Grado en ingeniería Aeroespacial Desarrollo de una interfaz de seguimiento para un PIV. Análisis para su uso docente. Grado en ingeniería Aeroespacial Trabajo de fin de grado Alumno: Carlos Guirado Navarro Tutores: Miguel Ardid Ramírez y Jaime Riera Guasp

Contenido del proyecto 0. Objetivos. Introducción y antecedentes de la técnica. Componentes de la técnica. Función de correlación. Descripción de la interfaz. Instalación piloto del laboratorio. Análisis de los resultados. Presupuesto. Conclusiones y mejoras.

1. Introducción y Antecedentes de la técnica Leonardo da Vinci fue uno de los primeros que se dedicó en parte a la investigación del flujo de líquidos. El estudio de materiales granulares tiene aplicaciones prácticas en fenómenos naturales, avance para PIV. Inicios del láser, utilizado para iluminar las partículas sembradas dentro del fluido. Primer experimento PIV en 1984, cuando se pudo procesar y analizar mediante computadoras las cantidades masivas de datos brutos asociados con esta técnica.

¿Qué es piv? PIV es un método no intrusivo de visualización de flujo.

2. Componentes de la técnica

Fuente de luz: láser Generación de un haz de luz plano combinando óptica y láser. Normalmente su utiliza un láser pulsado, con un tiempo de exposición corto, y una cámara CCD sincronizable con el láser. El láser más empleado por la técnica PIV es el Nd:YAG (Neodimio YAG), que es un láser de estado sólido y a su vez tiene la capacidad de seguir movimientos de fluido rápidos. En la instalación desarrollada se va a utilizar el láser ACCULASE-PWM (650 nm y 5 mW) con modulador y control de patrón de puntos +4.75 a +5.25 V.

Partículas trazadoras Se mide la velocidad de las partículas inmersas en el fluido. Los principales requisitos son: Seguir de forma fiable el flujo de fluido. Buena dispersión de la luz. Buen precio. No afectar a las propiedades del fluido.

Cámara de alta velocidad usada en la instalación. Cámara ccd/cmos Cámara de alta velocidad usada en la instalación. Imágenes de alta calidad y bajo ruido. Consumen mucha energía. Período de tiempo más largo y más píxeles. Menor sensibilidad a la Luz. Sensor de baja potencia. En línea de producción y más económico.

Óptica (lentes) Función de dirigir el láser en la posición correcta y además conseguir la formación de un plano (2D) en dicha dirección. Es importante tener cuidado con la configuración del sistema, pues puede provocar la disminución de la intensidad del haz. El elemento esencial para la generación de plano de luz es una lente cilíndrica ( con láser de potencia suficiente ). Generalmente, al menos se requiere una lente adicional para generar planos de luz que tengan un espesor apropiado.

Registro de imágenes Se divide la imagen en las llamadas áreas de interrogación, medidas en píxeles. El tamaño de la ventana suele ser seleccionado por el usuario. PIV controla y sigue la intensidad de los píxeles, buscando un patrón en la segunda imagen mediante la correlación cruzada. El resultado de la correlación es un campo vectorial. En estos casos, la imagen de una partícula de diámetro finito es la convolución de la respuesta puntual. De esta manera si la lente está limitada por difracción, la función de respuesta puntual será una función de Airy (patrón de difracción).

3. Función de correlación Para valores de desplazamiento en los que las imágenes de las partículas estén alineadas unas con otras, el valor de será maximo. Se crea algoritmo de correlación.

4. Descripción de la interfaz

Primera interfaz Cargarvideopiv.m

Segunda interfaz Algoritmo de correlación Pruebaestudioimagenes.m Algoritmo de correlación CC = normxcorr2( ventana,imagen)

Tercera interfaz Resultados.m

5. Instalación piloto del laboratorio

6. Análisis de resultados PRIMEROS CASOS: Vídeos ideales (gran cantidad de partículas). Vídeo obtenido de Internet, grabación con láser e instalación profesional. Velocidad: 0.1 a 0.35 m/s. Incremento de t de imágenes: 100 ms Región: 300x300 px 5 ventanas.

Incremento de t de las imágenes: 100 ms Vídeo grabado en el laboratorio, sin láser (iluminación natural). Con obstáculo y sin obstáculo. Región: 300x300 px 5 ventanas. Región: 600x600 px 10 ventanas. Velocidad: 0.01 a 0.05 m/s. Incremento de t de las imágenes: 100 ms

Resultados finales reales Análisis de vídeos obtenidos en el laboratorio. Láser y cámara de alta velocidad. Sin obstáculo. Región: 300x300 px 5 ventanas. Velocidad: 0.1 a 0.3 m/s. Incremento de t de las imágenes: 10 ms

Caso final: Con obstáculo. Región: 600x600 px 10 ventanas. Velocidad: 0.1 a 2.5 m/s (obstáculo). Incremento de t de las imágenes: 10 ms

7. Presupuesto

8. Conclusiones y mejoras PIV es una técnica sencilla de comprender y que a su vez es capaz de obtener grandes resultados. No obstante es mejorable. El tiempo de retraso entre los impulsos del láser debe ser lo suficientemente largo como para capturar el desplazamiento de las partículas correctamente y suficientemente corto para que las partículas tengan una componente de velocidad fuera del plano. El tamaño del área de interrogación debe ser pequeño para evitar gradientes de velocidad. Debido a ello se crean otras técnicas como 3D PIV o Micro PIV.

Gracias por su atención