Cavitation in Medicine

We generally think of bubbles as benign and harmless and yet they can manifest the most remarkable range of physical effects. Some of those effects are the stuff of our everyday experience as in the tinkling of a brook or the sounds of breaking waves at the beach. But even these mundane effects are examples of the ability of bubbles to gather, focus and radiate energy (acoustic energy in the above examples). In other contexts that focusing of energy can lead to serious technological problems as when cavitation bubbles eat great holes through ships’ propeller blades or cause a threat to the integrity of the spillways at the Hoover Dam. In liquid-propelled rocket engines bubbles pose a danger to the stability of the propulsion system and in artificial heart valves they can cause serious damage to the red-blood cells. In perhaps the most extraordinary example of energy focusing, collapsing cavitation bubbles can emit not only sound but also light with black body radiation temperatures equal to that of the sun. But, harnessed carefully, this almost unique ability to focus energy can also be put to remarkably constructive use. Cavitation bubbles are now used in a remarkable range of surgical and medical procedures, for example to emulsify tissue (most commonly in cataract surgery or in lithotripsy procedures for the reduction of kidney and gall stones) or to manipulate the DNA in individual cells. By creating cavitation bubbles non-invasively thereby depositing and focusing energy non-intrusively, one can generate minute incisions or target cancer cells. Research is also underway on using cavitation bubbles to inject medication or replacement DNA into cells. This lecture will begin by briefly reviewing the history of cavitation phenomena and will end with a vision of the new horizons for the amazing cavitation bubble.

Vibración inducida por vórtices de un cilindro en pivote a bajo número de Reynolds: física fundamental para aplicaciones en energía renovable

La interacción entre fluidos y estructuras da lugar a fascinantes fenómenos que han despertado la curiosidad y el interés de la comunidad científica por décadas. Desde las vibraciones de los cables del alumbrado público, hasta la destrucción del puente de Tacoma, los increíbles efectos de la vibración inducida por vórtices han sido objeto de estudio a múltiple escala y con diversos propósitos. En los últimos años, se han dearrollado dispositivos generadores de energía que confían en las propiedades de la VIV. Uno de los más recientes y creativos es el que ha motivado la presente investigación, donde un cilindro en pivote con una montura elástica que está dentro del flujo de un fluido vibra por desprendimiento de vórtices para generar energía eléctrica. Se presenta el modelo matemático utilizado para describir la interacción fluido-estructura del sistema y los resultados obtenidos en las trayectorias seguidas por el cilindro, las amplitudes máximas de oscilación, las fuerzas hidrodinámicas, la estructura de la estela y detalles del proceso de desprendimiento de vórtices. Se resaltarán semejanzas con el sistema clásico del cilindro montado elásticamente con uno y dos grados de libertad que sugieren interesantes líneas de investigación. Es notable que este sistema es lo suficientemente complejo para presentar todas las propiedades físicas relevantes de sistemas complejos de interacción fluido-estructura en general y lo suficientemente sencillo para permitir el estudio de algunas de sus características desde una perspectiva casi analítica. Lo que lo convierte en un excelente caso de análisis.

Multiaxial Deformation of Soft Crystals: Liquid Crystal Kaleidoscopes

Liquid crystals (LCs) are states of matter where the molecules exhibit fluid properties while follow a preferential order that can be orientational and/or positional. Chiral liquid crystals, for instance, can form cubic crystalline structures, the so called Blue Phases, where the unit cells are orders of magnitude larger than the atomic crystals. The optical response of a liquid crystal is related to its internal structure which can be changed by small cues from outside making them ideal materials not only for the well-known LCD-display technologies, but for detection of particles and structures of biological interest, among other intriguing phenomena. In this talk, we are going to explore some interesting facts about the directed self-assembling of chiral liquid crystals and their amazing optical response that can be induced by geometrical deformation.

Análisis cfd de tratamiento de agua con ozono

El ozono es un agente de oxidación muy poderoso, es fácilmente soluble en agua y su capacidad para eliminar los microorganismos que forman contaminantes es elevada. El modelado de CFD multifase es crítico para diseñar sistemas de ozonización en los cuales la transferencia de masa ocurre de manera eficiente y completa. En este trabajo se usa software de simulación CFD para aplicar módulos de física para análisis del proceso de ozonificación en tratamientos de agua y su comportamiento en la simulación. Con estos resultados se diseñó un prototipo con herramientas CAD que permite recrear las condiciones que se desean. Finalmente, se compararon los resultados del prototipo con los procesos ya establecidos para su futura optimización.

Modelado matemático de la evolución de covid-19 mediante funciones tipo Gompertz

Un severo brote del virus SARS-CoV-2 ha llevado a una gran parte del mundo a la cuarentena a finales de 2019 e inicios de 2020. Seis meses después del brote inicial, las pérdidas humanas se cuentan por centenas de miles y los daños económicos son aún difíciles de calcular. Observando las reacciones y efectos de los diferentes países frente a la pandemia, se pueden hacer dos observaciones importantes para apoyar en la planeación de la respuesta de los sistemas de salud pública. Primero, tal vez más que nunca necesitamos modelos matemáticos precisos de enfermedades infecciosas que permitan aproximar el número máximo de casos, la ocupación hospitalaria esperada y los otros factores determinantes de la epidemia. Segundo, y tan importante como lo anterior, necesitamos con urgencia comunicar de manera efectiva el conocimiento que dichos modelos producen a la sociedad en general. Los países más exitosos en reducir los efectos negativos de la enfermedad lo han logrado mediante respuestas sociales articuladas y ordenadas. La comprensión de la transmisión de infecciones que brindan los modelos matemáticos pueden ser una herramienta de gran valor al momento de elaborar material de comunicación social de cara al futuro. En la presente charla se expondrán los resultados de un modelo matemático simplificado que conduce a la descripción de las curvas epidémicas como funciones de tipo Gompertz. Se presentan los resultados del modelo aplicado a países de Europa y América. Se plantean también las posibilidades para utilizar este modelo como una herramienta divulgativa.

Diseño de una cascada de álabes para un aeroreactor

Los compresores axiales han tenido gran importancia en la industria trasfiriendo energía al fluido, con el fin de transformarla en energía mecánica. Para ello los compresores llevan una gama de estudio para determinar la forma de los álabes, aumentando la eficiencia del compresor y reduciendo costos, para sus diversas aplicaciones como en la generación de energía, propulsión de aviones, barcos, helicópteros, submarinos y en más maquinaria. Según la revista El Economista; la Industria Aeroespacial en México está en auge, al presentar crecimiento en sus exportaciones de 11% en el 2018 respecto al año previo. Esto nos inclina a hacer investigación acerca de eficientar los costos de producción, y nos permita el incremento de la industria en México. De acuerdo con la Organización de Aviación Civil Internacional, la aviación contribuye en 2% a las emisiones de efecto invernadero a nivel mundial. Somos conscientes que no podemos dejar los aviones convencionales de una manera abrupta, pero si extraer de ellos la mayor eficiencia. Es este trabajo se discuten los principales aspectos físicos en la construcción de una cascada de alabes que deben ser considerados para un diseño óptimo en una turbina. Para ello se desarrolla investigaciones buscado la mejora formas en los álabes. Una de las problemáticas es el costo de fabricación de cada álabe. Su forma, material y maquinaria ocupada en su fabricación elevan su costo, por ello el desarrollo de los compresores axiales (parte compresión en un motor de avión) con el menor número posible de álabes con el fin de reducir el costo de producción y aumentado su eficiencia en la industria.

Análisis numérico de transferencia de calor en fluidos

La transferencia de calor ocurre en distintos procesos de ingeniería, el medio ambiente y los organismos vivos. Todos los procesos de producción de poder involucran flujos y la transferencia de calor es esencial en dichos procesos, como en los intercambiadores de calor de las aeronaves, donde su funcionamiento depende de los fluidos, sus propiedades y dinámica; y en última instancia el intercambio de calor. Mediante el método de los volúmenes finitos podemos discretizar y resolver numéricamente las ecuaciones diferenciales de la dinámica de los fluidos involucrados a fin de poder comprender dichos procesos y predecir su comportamiento. Esta predicción nos permite reducir costes, ser más rápidos y con información detallada. Trabajando con sistemas de una, dos o tres dimensiones, podemos simular sistemas de fluidos con condiciones ideales o lo más apegados a la realidad posible. Este trabajo hace énfasis en el desarrollo de los métodos numéricos utilizando los algoritmos SIMPLE y SIMPLER aplicados a flujos con turbulencia o en geometrías como las de los intercambiadores de calor.

Método de malla de Boltzmann en variedades curvas

El método de la malla de Boltzmann (LBM) ha sido utilizado exitosamente para simular fluidos en una gran variedad de escenarios y ha mostrado en algunos casos ventajas sobre métodos numéricos clásicos donde se resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes. LBM ha demostrado ser bastante robusto al momento de incorporar geometrías en los sistemas estudiados. En este trabajo se presenta una derivación explicita para tratar la ecuación discretizada de Boltzmann en coordenadas curvilíneas. La función de distribución $f=f(t,x^i,p^i)$ de la ecuación de Boltzmann, definida en el espacio fase es expandida en polinomios de Hermite (como funciones del momento $H=H(p^i)$) y la cuadratura de Gauss-Hermite es usada para obtener la estructura de la malla. La formulación obtenida es válida para variedades Riemannianas de dimensión en principio arbitraria e incluso cuando el tensor métrico se conoce sólo numéricamente. El método es totalmente explícito y trivialmente paralelizable, haciendolo bastante útil para el computo científico a gran escala. Se espera que la formulación del método desarrollado aquí sea de utilidad para físicos aplicados, experimentales e ingenieros y cuyas futuras aplicaciones parecen prometedoras.

Plumas t\'ermicas en una cavidad cuadrada en presencia de una fuerza de Lorentz

Usando el m\'etodo de la ecuaci\'on de Boltzmann en redes, presentamos el flujo de un electrolito en un cavidad vertical bidimensional con paredes cuadradas en la direcci\'on vertical y angosta en la direcci\'on horizontal. Hay un im\'an circular centrado en una de las paredes verticales y se aplica una diferencia de voltaje en la direcci\'on horizontal. Centrado en la parte inferior de la cavidad hay un calentador con longitud igual al di\'ametro del im\'an. Las paredes verticales son adiab\'aticas y el resto de las paredes son diat\'ermicas a una temperatura menor que la del calentador. Lo que interesa es la competencia entre el flujo convectivo producido por el calentaor y el flujo generado por la fuerza de Lorentz.

CFD en intercambiadores de calor de carcasa y tubos

Los intercambiadores de calor son dispositivos diseñados para la transferencia de calor entre un fluido en movimiento y una superficie sólida. De todos los intercambiadores de calor los más usados en la industria son los de carcasa y tubos que son tubos cilíndricos montados sobre una carcasa también cilíndrica por los cuales se hace pasar el fluido a enfriar y este transfiere su calor hacia los deflectores y al otro fluido del lado de la carcasa. En este trabajo se hace un estudio de la eficiencia en la transferencia de calor a un intercambiador de carcasa y tubos utilizado en la industria, haciendo uso de modelos físicos y programas de simulación CFD para analizar y comparar los coeficientes de transferencia entre fluidos y superficies. Utilizamos los resultados para proponer nuestro propio diseño optimizado de un intercambiador de calor de carcasa y tubos.

Análisis cfd de un motor de cohete de combustible líquido

La propulsión térmica química en el sector aeroespacial se divide en dos subgrupos; motores de cohetes de combustible solido y motores de cohetes de combustible líquido. Este último es uno de los más usados en la industria aeroespacial. En este trabajo se hizo uso de software de análisis CFD para realizar investigación a bajo costo de motores de cohetes de combustible líquido, desarrollando simulaciones de un motor, en las cuales se platean varios escenarios con diferentes variables. Se obtienen resultados de temperatura, presión y empuje generado con los cuales se desarrollan varios análisis y comparación de estos para plantear una optimización del motor.

Efecto de patrones de anclaje variable en la estructura de cristales líquidos quirales

Los cristales líquidos son estados de la materia donde las moléculas pueden fluir pero exhiben, en promedio, un cierto grado de orden orientacional y/o posicional. Materiales que presentan este tipo de fases han sido de gran utilidad en la tecnología de pantallas, en la elaboración de sensores, materiales fotónicos y para el estudio de auto-ensamblaje de partículas coloidales. En este plática se abordará el uso de superficies con patrones de anclaje variable en la estabilización de cristales líquidos quirales.

Firma acústica del “First Bubble Entrainment” en recipientes confinados

Laboratorio de Fluidos, Departamento de Física, Facultad de Ciencias, UNAM. Se reportan observaciones de la primera captura de una burbuja de aire “First Buble Entrainment”, cuando una gota de agua (en caída libre) se impacta sobre una superficie libre líquida (agua). Dichas observaciones son llevadas a cabo usando una cámara de video a 940 f/s, y un hidrófono Omnidireccional H1a Aquarium Audio. Las señales acústicas fueron grabadas empleando dos contenedores (cilindros) con diámetros de 7.46 cm y 8.55 cm respectivamente; y éstas muestran dos comportamientos (firmas) diferentes. Para el diámetro de 7.46 cm se observa una firma acústica de una señal que se amortigua al paso del tiempo, y tiene una ligera semejanza a un beat. En tanto que para el diámetro de 8.55 cm la firma acústica es una señal de un beat (bien desarrollado) amortiguado en el tiempo. Para ambos casos se realizaron los sonogramas y análisis de FFT correspondientes.

Programación Multi-hilo en Simulaciones de Medios Granulares

Se muestra el desarrollo y desempeño de un código desarrollado para ejecución en PC's que cuentan con multiples “cores” y “multi-threading”, se utiliza el modelo de partículas blandas como modelo para el medio granular en 2 dimensiones y el modelo de vecinos más cercanos para la detección de contactos entre partículas, la paralelización se realiza en la detección de vecinos de cada partícula del medio y en el cálculo de las fuerzas de contacto entre partículas. Para determinar el desempeño se comparan tiempos de ejecución entre el código serial y el código en paralelo para distintos números de partículas, el código paralelizado se ejecuta en computadoras con distintas especificaciones (número de “cores” y de “hilos”) por ende con diferentes tipos de procesador y memorias en cpu, así como diferentes cantidades de memoria RAM (a diferentes frecuencias ) para así comparando su desempeño en el mismo SO (Ubuntu 18.04 LTS).

Estudio sobre el efecto de transmisión del ultrasonido de alta intensidad aplicado a los productos empacados

Las técnicas para procesamiento y conservación de los alimentos juegan un papel importante para la inocuidad de los mismos. Un caso particular que se presenta son las metodologías aplicadas para realizar conforme a normas, el empaquetado de los productos. Sin embargo, cuando no se cumplen con seguridad y rigor, se ponen en riesgo la seguridad del consumidor. En las últimas décadas se ha utilizado la técnica del ultrasonido de alta intensidad para realizar no solo procesamiento, sino también la conservación de los alimentos. Esto sucede debido a que surge el efecto de la cavitación acústica, la cual consiste en la generación, crecimiento y colapso de microburbujas. Sin embargo, como el caso de los productos cárnicos empacados al vacío con o sin marinado, la literatura revisada hasta el momento muestran resultados contradictorios referente a la textura de los cárnicos. Por tal motivo, en este trabajo se presenta un estudio aplicando ultrasonido de alta intensidad a un objeto empacado al vacío. El objetivo fue determinar la presencia de transmisión de cavitación acústica a través de una doble interfase dada por un polímero, a simple vista. Se utilizó papel aluminio como objeto de estudio, con un área aproximada de 5X5cm2. El papel aluminio se ubicó dentro de bolsa de plástico, que se usa para empaques de productos cárnicos. Se emplearon dos tipos de experimentos, el primero fue objetos al vacío y el segundo, depositando dentro del empaque 25ml de agua destilada. Se aplicó el ultrasonido de alta intensidad utilizando un conjunto de baños ultrasónicos de diversas capacidades, 6, 16 y 90 W/cm2@24kHz. Los resultaron mostraron que el papel aluminio bajo las condiciones de vacío no presentó ningún daño. Por el contrario, el papel aluminio embebido en agua destilada, presentó un daño apreciable. Se observó que la implosión de las microburbujas generó radiación acústica generando el deterioro del papel aluminio dadas las ondas de choque a través del agua destilada. Se plantea continuar con los estudios de productos empacados al vació, utilizando ahora diversos alimentos.

Cavitación acústica y el efecto de las ondas del esfuerzo de corte: una introducción a la sonoporación

El ultrasonido de alta intensidad se ha aplicado a diversos sectores industriales, como farmacéuticos, bélicos, odontológicos, estéticos, médicos, de limpieza, etc., esto debido a que se genera el efecto de cavitación acústica, el cual consiste en la formación, crecimiento e implosión de microburbujas inmersas en fluidos. Dicho efecto, se ha utilizado principalmente en la limpieza y desinfección de piezas e instrumentación en diversos rubros, como se menciono anteriormente. Sin embargo, la técnica del ultrasonido de alta intensidad ha incrementado su potencial de aplicación en las últimas décadas, en el procesamiento y conservación de los alimentos; como por ejemplo, para homogenizar, cristalizar, suavizar, emulsificar, etc. En este trabajo se presenta la descripción del ultrasonido de alta intensidad, y la fenomenología de los modelos de cavitación acústica y sus diferencias, desarrollados por Rayleigh-Plesset, Gilmore y Keller-Miksis. Se revisa el efecto de crecimiento y las consecuencias del colapso de las microbubujas, las cuales generan, fuerzas de radiación acústica, ondas de choque y ondas de esfuerzo cortante, donde ésta última es la que proporciona el principio de la sonoporación. Se presenta un caso de estudio sobre la sonoporación aplicando ultrasonido de alta intensidad por medio de un ultrasonicador tipo sonda, de 4cm de diámetro y 12W/cm2@24kHz con cuatro tiempos diferentes sobre leche comercial agregando el probiótico Lactobacillus Acidofillus, (LA-5). Los resultados muestran que posterior a ultrasonicar, los glóbulos de grasa de la leche disminuyeron y el efecto de las ondas de esfuerzo de corte afecto en un mínimo a LA-5, por los tiempos tan reducidos. Se propone continuar con el estudio aumentando los tiempos de ultrasonicación para obtener el crecimiento de biomasa esperado.

Estudio de una ola solitaria sobre aguas profundas incidiendo en un fondo en forma de rampa

Considerando olas planas sobre una superficie líquida se tiene inicialmente una ola solitaria viajando un una dirección a su velocidad de propagación con un fondo plano profundo hasta que llega a otra región en la que el fondo tiene forma de rampa en que la profundidad disminuye hasta que llega a otra profundidad menor pero plana. En este trabajo se caracterizan los parámetros de la onda transmitida, de la transición y de la onda reflejada. Se presenta la simulación y un experimento para comparar los resultados.

Inestabilidades y modos oscilatorios de la convección natural en un cilindro parcialmente calentado

Este trabajo presenta el estudio numérico de un flujo de convección natural en un contenedor cilíndrico con paredes parcialmente calentadas. Las ecuaciones de conservación de masa, cantidad de movimiento y energía se resuelven utilizando un método híbrido de Fourier - volumen finito con un algoritmo SIMPLEC para desacoplar las ecuaciones. En este trabajo se realiza un estudio de los parámetros más relevantes en el flujo: la razón de aspecto, el número de Prandtl y el número de Rayleigh. Con base en las simulaciones se identificaron inestabilidades que rompen la simetría y modos hidrodinámicos oscilatorios. Las soluciones principales son los estados base, $C_m$, con número de onda azimutal $m$. Los resultados muestran la competencia entre los distintos estados del sistema que conlleva a una variedad de soluciones con diversas simetrías espacio-temporales.

Bases Moleculares de la Ley de Stokes y Ecuaciones de Stokes

Las bases moleculares de ley de Stokes de las fuerzas viscosad y de las ecs. de Stokes son investigadas con dinámica molecular. Para la ley de Stokes, se utilizan 2 niveles de teoría: i) la teoría de Langevin se emplea para simular una partícula Browniana moviéndose en un fluido, donde los efectos del fluido son tomados en cuenta de una forma estadística, y ii) la teoría de Newton se emplea al simular una partícula moviéndose en un fluido explícito en donde se consideran las moléculas del fluido. En ambos esquemas, las partículas tienen una estructura atomísitca explícita con diferentes formas geométricas. Una fuerza constante externa actúa sobre los átomos de las partículas simulando un ‘jalón gravitacional’ que hace mover a las partículas en el fluido. Los resultados muestra que las partículas alcanzan una velocidad terminal tal como lo predice la ley de Stokes en el caso macroscópico. Sin embargo, los resultados de este trabajo proporcionan un origen microscópico de la ley de Stokes. Por otro lado, se evalúan directamente las ecs. de Stokes en diferentes regiones infinitesimales del fluido, cuando las partículas caen por la acción de la fuerza constante en el caso que existe un fluido explícito (teoría de Newton). Los cálculos muestran que, a pesar de estar en la escala de angstroms, las ecuaciones de Stokes predicen con buena aproximación las variaciones en el campo de velocidad y de presión, a pesar de que estas se plantean con la hipótesis del medio continuo. Para ambos casos, se presentan valores para la viscosidad del fluido acorde con los resultados obtenidos por los cálculos de dinámica molecular y lo predicho por la teoría de Stokes. Los valores de la viscosidad estan en concordoncia con los valores obtenidos de forma experimental. El esquema presentado, además de validar cualitativamente la teoría de Stokes en una escala de muy pocos nanómetros, sugiere un método para medir viscosidades in silico y pone limitaciones en la hipótesis del medio continuo cuando la naturaleza discreta de la materia toma relevancia.

Estudio numérico de la electrorotación de una macropartícula en forma de discoide bicóncava, por medio de campos eléctricos AC

En este trabajo estudiamos la electrorotación de una macropartícula en forma de discoide bicóncava, inmersa en una solución electrolítica por medio de campos eléctricos AC. Consideramos que la macropartícula es metálica y la doble capa que se forma a su alrededor es delgada. En un experimento las macropartículas están muy separadas una de otra, de manera que la interacción entre ellas no es relevante. En esta situación cuatro fenómenos están presentes, la interacción del campo eléctrico con el dipolo inducido, la influencia del flujo electroosmótico sobre la macropartícula, la influencia de las paredes del substrato con la macropartícula y el movimiento browniano. En este estudio solo las dos primeras influencias son consideradas. Calculamos espectro de electrorotación eléctrico y las componentes del dipolo inducido, para esto resolvemos las ecuaciones de Laplace y de Navier-Stokes empleando la técnica de elemento finito. La forma de discoide bicóncava es justo la de un glóbulo rojo, comparamos estos resultados con los de una macropartícula en forma de lenteja, estudio realizado anteriormente. En base al espectro de electrorotación encontramos características eléctricas de un glóbulo rojo y las comparamos con las reportadas en la literatura.

Dielectroforesis y dielectroforesis de onda viajera de micropartículas metálicas

Estudiamos teórica y numéricamente el comportamiento electrocinético de las micropartículas metálicas. sumergido en electrolitos acuosos. Consideramos pequeñas partículas sometidas a no homogénea campos eléctricos de corriente alterna y describimos su movimiento como resultado de la combinación de fuerzas (dielectroforesis) y los flujos electroosmóticos en la superficie de la partícula (carga inducida electroforesis). También estudiamos la partícula movimiento inducido por los campos eléctricos que viajan. Encontramos expresiones analíticas para la dielectroforesis y electroforesis de carga inducida de esferas metálicas y las comparamos con valores numéricos soluciones, esto valida nuestro método numérico.

Velocidad Electroosmótica y electroforética de una solución electrolítica confinada en un microcapilar

Estudiamos una solución electrolítica confinada en un microcapilar el cual está expuesto a un gradiente de presión constante y un campo eléctrico a lo largo del eje del microcapilar, donde la superficie interna tiene una densidad de carga superficial constante. El estudio se basa en dos formulaciones Poisson-Boltzmann y de Poisson Nernst-Planck, ambas se hace uso de la ecuación Navier-Stokes, consideramos la condición de una densidad de carga superficial uniforme en la superficie interna del microcapilar y condiciones de frontera de no deslizamiento, también asumimos que el fluido es incompresible, de este modo obtenemos los perfiles de potencial eléctrico, los perfiles de velocidad de la solución electrolítica y los perfiles de concentración iónica en el interior del microcapilar, estos cálculos se realizaron de manera teórica y de simulación por computadora, usando el software comercial COMSOL, donde hemos obtenido que ambos resultados coinciden muy bien.

Manipulación de micropartículas esféricas conductoras y semiconductoras inmersas en solución electrolítica

La manipulación de partículas microscópicas inmersas en solución electrolítica por medio de gradientes de presión y campos eléctricos es de gran interés en la actualidad, tanto desde el punto de vista de la investigación como en las aplicaciones tecnológicas. El estudio de los fenómenos electrocinéticos de micropartículas ha llamado mucho el interés, sobre todo por sus aplicaciones en la biotecnología o en la microelectrónica, lo cual ha hecho que se desarrollen en los laboratorios dispositivos microfluidicos en los que se integran microelectrodos, microbombas para identificar y separar micropartículas, células, bacterias, etc. En este trabajo presentamos un estudio la electrorotación de micropartículas metálicas y semiconductoras en forma esférica. Calculamos los espectros de la velocidad angular de electrorotación de las micropartículas obtenidos de resolver las ecuaciones de Laplace y Navier-Stokes. Los resultados teóricos coinciden muy bien con los numéricos.

Estudio teórico y por simulación de la electrorotación de nanovarillas metálicas y semiconductoras inmersas en una solución electrolítica, actuadas por campos eléctricos AC

Se estudia tanto teórico como por medio de simulación de computadora la electro-rotación de nanovarillas metálicas y semiconductoras inmersas en una solución electrolítica mediante campos eléctricos alternos. La electrorotación se debe al para ejercido por el campo eléctrico rotatorio sobre el dipolo inducido y el par debido al flujo inducido sobre la doble capa. En este estudio no consideramos el movimiento browniano. El par eléctrico es calculado por medio del tensor de esfuerzos de Maxwell, mientras que el para debido al flujo electroosmótico es evaluado usando el teorema de reciprocidad. Encontramos que los resultados teóricos y de simulación por computadora describen cualitativamente muy bien los resultados experimentales, se presenta también un estudio de convergencia de los resultados por simulación por computadora, donde se emplea el método de elemento finito.

Detección del tamaño y la localización de una obstrucción inmersa en el flujo de una tubería mediante métodos de inteligencia artificial

In this work we have developed a study focused on the detection of blockages in pipes. To this end, two methods of artificial intelligence (AI), Artificial Neural Networks (ANN) and Support Vector Machines (SVM), were implemented, estimating from them, the size and location of an obstruction present in a two-dimensional pipeline. To make the desired estimates, both methods learned from databases derived from the results of numerical simulations performed with the Lattice Boltzmann method (LBM) for the simulation of flow around a quadrangular obstacle. We analyzed several cases by varying the size of the obstacle and its position along the $x$ axis, obtaining at least 89.3\% of the patterns classified correctly with the ANNs and at least 91.50\% with the SVMs in the more realistic case studied. From the results obtained in this project, it has to be said that in general a good performance was achieved for both methods in practically all the cases studied. Standing out SVM in most of these. For all the cases studied, the size or location of the obstacle was estimated with high precision independently, obtaining in general an error of less than 2\%. This shows that it is possible to detect the presence of a blockage by recognizing changes in the flow pattern generated after the obstacle by both AI methods, being able to estimate its location or its size. However, one would like to be able to estimate the location and size parameters at par when there is a blockage in the flow in a duct. For this we developed another study, which focuses on this perspective, and it was clear that at least through SVM this estimate can be made with great precision. With this, we have built an artificial intelligence tool capable of detecting with high precision the location of an obstacle and its size when it obstructs the flow within a pipe. Considering that, for such detection, it is only required to measure the evolution in time of the flow velocity.