Laboratorio de Fenómenos de Transporte



Una amplia variedad de procesos industriales están basados en la ocurrencia de fenómenos naturales relacionados con los transportes de calor, masa y cantidad de movimiento. Estos fenómenos incluyen la difusión, la convección y la radiación térmica. Los procesos de mezclado entre líquidos o entre gases, la atomización de líquidos como el combustible en la cámaras de combustión, el transporte de especies contaminantes, la transferencia de calor, el transporte de partículas, los flujos granulares, los flujos multifásicos y los flujos capilares, entre otros, son los objetos de estudio de este laboratorio. Crear conocimiento en estas áreas permite mejorar la eficiencia de dispositivos como quemadores industriales de combustibles gaseosos, líquidos o particulados, intercambiadores de calor, turbomáquinas, motores térmicos, compresores, sistemas de inyección de combustible, generadores de vapor, secadores, hornos, entre otros.

El laboratorio de fenómenos de transporte cuenta con instalaciones que permiten, mediante el uso de distintas técnicas experimentales avanzados, el estudio de fenómenos que incluyen a la hidrodinámica, la aerodinámica, procesos de difusión de calor y masa en líquidos y gases, incluyendo flujos bifásicos. Los equipos con los que se cuenta son principalmente de tipo no intrusivo basados en técnicas ópticas como la Anemometría Láser Doppler, la termografía infrarroja, la visualización de alta velocidad, la velocimetría por imágenes de partículas PIV de dos dimensiones y la visualización mediante cámara intensificada.

Con la aplicación de estas técnicas es posible determinar cuantitativamente las características de los procesos de transporte en fluidos, incluyendo patrones de flujo, estructuras coherentes, distribución local de la velocidad, vorticidad, esfuerzos de Reynolds, intensidad de turbulencia, la temperatura y la concentración de especies químicas.



Equipo Especializado



Este es un equipo de Anemometría de efecto Láser Doppler (LDA) de una componente con fuente de 300 mW de la marca Dantec Dynamics. La técnica permite determinar la velocidad de flujos con gran exactitud y con alta resolución temporal. Es posible instrumentar sistemas en los que los efectos de la turbulencia son de gran importancia. El sistema LDA está montado en un mecanismo de posicionamiento 3D computarizado que permite trasladar la sonda de medición a través de una trayectoria previamente establecida de tal manera que es posible reconstruir el campo de velocidades de los flujos. Este equipo se emplea para determinar de forma no intrusiva la evolución del perfil de velocidades de los chorros de mezcla de aire combustible para caracterizar las condiciones de inyección desde las toberas.



La cámara de alta velocidad de la firma DANTEC es una cámara que por su alta velocidad y resolución (100, 000 fps) permite evaluar fenómenos transitorios de alta frecuencia, como los que ocurren durante la combustión de combustibles en motores de combustión interna. La utilidad principal que se le ha dado a esta cámara es la de definir la penetración de la inyección de un combustibles en base a sus características físico-químicas que se inyecta a elevadas presiones y temperaturas. Las propiedades que existen entre combustibles fósiles y biocombustibles tiene un interés especial de análisis, ya que parámetros como la densidad juegan un papel importante en un proceso de combustión y, en mezclas de combustibles es imprescindible el conocimiento del fenómeno cuando es inyectado en un medio termodinámico similar al que se suscita en un motor de combustión interna.



La cámara de volumen constante es una cámara diseñada y construida por el grupo de investigación. Esta cámara permite, gracias a sus accesos ópticos visualizar el proceso transitorio de inyección de un combustible, ya sea fósil o biocombustible, asimismo permite reproducir condiciones termodinámicas semejantes a las que se desarrollan en la cámara de combustión un motor de combustión interna en funcionamiento ordinario. El proceso de inyección es controlado con un sistema auxiliar de inyección, también desarrollado por el grupo de investigación y que puede alcanzar hasta los 2,000 bar de presión de inyección.



La cámara intensificada de la firma DANTEC es una cámara útil para caracterizar la reacción química mediante la visualización de la quimioluminiscencia, esto se logra mediante la captación de reacción química a través de accesos ópticos en sistemas cerrados como lo es el motor de compresión variable, o bien, en maquetas de visualización debidamente instrumentadas para tal efecto, también es posible caracterizar llamas en cualquier tipo de sistemas donde exista la combustión de un combustibles, como mecheros o quemadores. Esta técnica es de gran ayuda en el laboratorio para evaluar los retardos químicos que presentan los diversos combustibles que se están analizando en el motor de compresión variable.



Equipo de Termografía Infrarroja (IR) Científica de la marca FLIR de la serie SC4000. Esta cámara tiene la capacidad de tomar hasta 100 imágenes termográficas por segundo con resolución de 512 x 512 pixeles. Es posible determinar los cambios de temperatura a través de la emisión de infrarrojo, en un rango entre -100 a 500 °C y 350 a 1200 °C con el uso de filtros, con exactitud de +/- 3%. A través de un ajuste específico a las emisiones de infrarrojo es posible medir la distribución de temperatura en procesos transitorios. Se cuenta con el software necesario para visualizar con gran detalle y en tiempo real los datos de las temografía y determinar perfiles de temperatura en regiones específicas y a lo largo de las direcciones de interés. Es posible analizar a detalle las imágenes de infrarrojo grabadas y también cuenta con herramientas que se acoplan con MatLab para el tratamiento numérico de datos.