VISUALIZACION DE LA DINAMICA DEL AIRE EN LA SALIDA DE AERODUCTOS TUBULARES

 Roberto Velázquez Cabrera
Instituto Virtual de Investigación Tlapitzcalzin.

Documento consultivo en afinación.
Primera versión, 18 de marzo de 2009. Ultima versión, 28 de marzo de 2009.


Introducción

El objeto de este documento de hipertexto es mostrar fotos con comentarios breves de los resultados de experimentos de visualización de dinámica de fluidos realizados para dar a conocer la dinámica del aire a la salida de aeroductos tubulares. En particular, se trata de explorar el efecto en la longitud de los aeroductos.

Con modelos experimentales de resonadores ya se ha visto que al incrementar la longitud del aeroducto los tonos producidos son más puros y si se disminuye su longitud se agrega ruido a los sonidos generados, pero no se conoce bien la causa. Algunos investigadores han planteado hipótesis sobre su posible funcionamiento, pero no han publicado pruebas experimentales que las sustenten. El caso es interesante para la organología antigua, porque existen varios tipos de resonadores antiguos con aeroducto tubular como algunos singulares resonadores líticos mexicanos encontrados en la Cuenca de México cuyo origen exacto se desconoce como un silbato tubular transverso del Templo del Fuego Nuevo. Resonadores globulares (silbatos) de barro antiguos, como algunos zapotecos de Monte Alba, que ha analizado y dado a conocer Gonzalo Sánchez, tienen protoaeroductos cortos que producen sonidos con ruido. Los llamados silbatos de la muerte, que funcionalmente son generadores de turbulencia y ruido con aeroducto tubular, tienen un corazón sonoro que opera con una dinámica compleja que ya hemos analizado experimentalmente la explosión turbulenta que genera el ruido. Ahora analizaremos uno de los detalles de su morfología. El silbato de la muerte tiene un aeroducto que puede ser largo o corto, como cuando tienen una tapa en el extremo del aeroducto con una perforación circular de diámetro menor, variaciones que analizaremos es estos experimentos.

Se hicieron videos de experimentos para analizar el funcionamiento real de dos tubos (Fig.1). Uno es un poco largo (8 cm) y de 0.8 cm de diámetro. Otro es de la misma longitud (8 cm) y un poco mas ancho en su interior (1.7 cm) con una tapa perforada de igual diámetro de salida que el del largo (0.8 cm), para poder comparar la dinámica del aire producida por ambos, cuando son operados en condiciones similares. Los tubos son de mayores dimensiones que los aeroductos reales, para poder grabar los videos con una cámara digital sencilla1. Ahora, no se pueden mostrar esos videos, porque sus archivos ocupan mucha memoria, pero se pueden incluir fotos de los dos experimentos. Para poder visualizar la dinámica del aire en la salida de los tubos se inyecta mezclado con polvo de talco por un tubo conectado a una bomba de fuelle de pie.

Ya han simulado matemáticamente en computadoras la dinámica de un chorro de aire, porque tiene diversas aplicaciones industriales como el los aviones de propulsión a chorro2. Ya hemos hecho experimentos similares sencillos para conocer ese tipo de chorro de aire a la salida de un de un tubo usando aire y talco, en el estudio del resonador del llamado "Dios L", pero ahora mostraremos el efecto principal de varia su longitud.

Ya he recomendado que cada tipo de resonador se deba analizar con profundidad. Ahora se demuestra que el efecto funcional real de la variación de cada detalle o elemento morfológico de los resonadores se puede examinar experimentalmente con técnicas sencillas.

Fotos de los experimentos


Fig. 1. Bomba de fuelle de pie y tubos usados como modelos experimentales.


Fig. 2. Chorro del aire con talco a la salida del tubo largo de diámetro interior constante.
(Iluminado con foco fluorecente)


Fig. 3. Chorro del aire con talco a la salida del tubo corto o con un hoyo en el extremo.
(Iluminado con foco de luz de día)

Conclusiones

El resultado del primer experimento (Fig. 2) confirma que un tubo largo produce una corriente de aire casi sin dispersión a poca distancia de la salida. Eso hace que un resonador con aeroducto similar genere tonos con poco ruido o sonidos con mayor calidad acústica Q3. Por el contrario, el resultado del segundo experimento con un tubo corto (Fig.3) muestra que se produce una mayor dispersión del chorro de aire turbulento a menor distancia de la salida, lo que se muestra con el ángulo mayor del cono formado. Por ello, cuando un chorro de aire con turbulencia similar choca con el bisel de un resonador se generan tonos con ruido. En un generador de ruido con aeroducto tubular corto o con un hoyo en el extremo, la turbulencia producida es mayor en la cámara de caos, por las mayores difracciones del aire generadas hacia los lados que chocan con las esquinas del resonador de Helmholtz y producen reflexiones hacia atrás y se agregan a las que regresan del resonados para chocar con el chorro de aire de estrada, por lo tanto, se generan más componentes de frecuencias de ruido. En ambos casos, si los hoyos sonoros operan a corta distancia y frente a frente, se puede generar un tono, porque la cámara de Helmholtz funciona bien en su frecuencia de resonancia natural correspondiente a sus dimensiones físicas, ya que casi todo el aire se introduce en su interior para excitarlo.

Los resultados de estos experimentos de visualización también demuestran que la experimentación puede ayudar a saber más de los resonadores antiguos que lo que se ha escrito de ellos en la literatura publicada.

Notas
1. Los experimentos se hicieron en casa y con equipos personales, porque no se han encontrado laboratorios bien equipados disponibles para estos trabajos de investigación. Se trata de evitar las inversiones o gastos en equipos finos y caros (como cámaras de mayor velocidad y definición) y mostrar que aun con equipos baratos y modelos experimentales sencillos y un poco de imaginación y trabajo se pueden hacer descubrimientos importantes sobre los resonadores.
2. Glase, David. Visualising a Turbulent Jet Simulation. Pordue University. 2002. (http://www.adeptscience.com/products/dataanal/tecplot/showcase/studies/2002/purdue.htm)
3. La calidad del sonido Q, como medida de dispersión de las frecuencias de un sonido, se pueden determinar con la ecuación Q = w0/(w2 - w1). Donde, w2 y w1 son las dos frecuencias angulares, arriba de la frecuencia de resonancia (w0) para la cual la potencia relativa promedio ha caído a la mitad de su valor. Y la frecuencia de resonancia w0 = 2 * Pi *f0, dónde Pi=3.1416...