Optimización de motores a reacción y sistemas de flujo supersónico

Se tiene el proceso de optimización motores a reacción a través de modificar la geometría de la tobera de salida para generar condiciones de flujo que permitan obtener un incremento considerable de fuerza de empuje. Se tienen pruebas experimentales para distintos gases en las cuales se observa en algunos casos, empujes que van del orden de los 100 N para una carga pequeña del orden de 10 cm x 1 cm de combustible sólido, estos prototipos son evaluados en un banco de pruebas experimental bajo condiciones estrictas de seguridad. Así mismo se prueba un prototipo a base de gasolina con dos diseños distintos de tobera. También se tiene una aproximación sobre el proceso de diseño de la zona de pruebas de un túnel de viento supersónico el cual concuerda bastante bien con el diseño experimental de un fabricante de túneles de viento.

Movimiento de un Ludion en un fluido estratificado

Mostramos resultados experimentales sobre la dinámica del Descartes Diver sumergido en una capa estable de agua salada estratificada. Cuando un pistón oscila dentro de un cilindro que comunica con un recipiente que contiene el cilindro, la capa de agua salada se estratifica de manera estable, de esta manera la presión hidrostática del fluido se varía periódicamente [1]. El Ludion inicialmente en equilibrio oscila verticalmente cuando es forzado por cambios de presión. Dependiendo de la relación entre la frecuencia de forzamiento y la frecuencia de Brunt-Väisälä (N) del fluido estratificado, el ludion puede emitir sus propias ondas de gravedad internas que medimos utilizando una técnica clásica de velocimetría de imágenes de partículas [2]. Nuestros resultados experimentales describen primero la resonancia de los movimientos verticales del ludion cuando se excita a diferentes frecuencias [3]. A continuación, se deriva un modelo teórico de oscilador teniendo en cuenta la masa agregada y los coeficientes de fricción y sus predicciones se comparan con los datos experimentales. Luego, para las amplitudes de oscilación más grandes, observamos y describimos una bifurcación hacia movimientos horizontales libres. Aunque las frecuencias de las ondas de gravedad internas se ven afectadas por el desplazamiento Doppler inducido por las velocidades de desplazamiento horizontal, parece que, contrariamente a las ondas superficiales asociadas con al movimiento estas son la causa del desplazamiento horizontal [4]. Sin embargo, esto no excluye posibles interacciones entre el ludion, ya que en experimentos actuales basados en el método de visualización Schelieren Sintético, se observó una relación entre la generación de ondas internas y el movimiento del ludion, lo que sugiere que las ondas de gravedad internas son las los resonables del ludion. References [1] Bush J. (2015). Pilot-wave hydrodynamics. Ann. Rev. Fluid Mech. 47, 269–292. [2] Couder Y., Protiere S., Fort E., Boudaoud

Comparación de los métodos de Schlieren sintético y PIV para la medición de Ondas internas en un fluido estratificado

El método de Schlieren sintético fue planeado para medir fluctuaciones de densidad ante una perturbación en la interfaz entre dos medios de distinta densidad como por ejemplo aire y agua. El método de Velocímetros por Imágenes de Partículas (PIV) fue diseñado para medir la velocidad de partículas trazadoras con el objetivo de poder realizar un análisis sobre diferentes aspectos del fenómeno. Pero si el medio no contara con sólo dos tipos diferentes de índices de refracción si no con ‘’n ’’ índices de refracción. El objetivo de este trabajo es comparar los métodos de Schlieren sintético y PIV para determinar el campo de velocidades uno para las fluctuaciones de densidad medidas por schlieren sintético y las velocidades medidas para las partículas que se introdujeron para el método PIV. Demostrando que cada uno de los métodos muestra la llamada Cruz de San Andrés el cual es el patrón de onda que se genera a partir de un forzamiento vertical en un fluido estratificado, si la frecuencia es menor que la frecuencia de Brunt-Väisälä y revelando dichos procedimientos características únicas para el mismo fenómeno, predichas por la teoría. Para cumplir con este propósito partimos de la deducción de la ecuación de onda que caracteriza a las ondas internas en fluidos estratificados, mostrando así sus propiedades características e iniciales que cuentan las ondas internas. También mostramos el método utilizado para generar el medio estratificado el cual es llamado de ‘’dos tanques’’[1], posteriormente mostramos el desarrollo teórico realizado por Sutherland [2], el cual muestra el enfoque del método de schlieren sintético para fluidos estratificados y la adaptación del método PIV para dichos medios [3].

Precisión de modelos de bajo orden para convección doble difusiva

La precisión de cualquier modelo en hidrodinámica tales como los modelos de bajo orden (LOM) tipo Galerkin para la convección doble difusiva 2-dimensional, pueden determinarse con el análisis el campo de velocidad es la temperatura y la concentración de la salinidad que se obtienen con estos modelos y comparándolos con los campos obtenidos de las ecuaciones hidrodinámicas completas. Los modelos que consideraremos son los que conservan la energía y la vorticidad y los que no las conservan, analizando los campos de velocidades, temperatura y salinidad para diferentes números de Rayleigh que yacen en la rama oscilatoria del umbral del inicio de la convección. Determinamos el grado de precisión de los diversos modelos. [1] Gluhovsky, Alexander, Christopher Tong, and Ernest Agee. "Selection of modes in convective low-order models." Journal of the atmospheric sciences 59.8 (2002): 1383-1393. [2] Thiffeault, Jean‐Luc, and Wendell Horton. "Energy‐conserving truncations for convection with shear flow." Physics of Fluids 8.7 (1996): 1715-1719. [3] Da Costa, L. N., E. Knobloch, and N. O. Weiss. "Oscillations in double-diffusive convection." Journal of Fluid Mechanics 109 (1981): 25-43.

Modulación simultánea del flujo principal y del gradiente de temperatura en la covección forzada

En este trabajo se considera el efecto que tienen pequeños cambios en la modulación del flujo de corte y de la temperatura en la estabilidad hidrodinámica lineal de una capa de fluido newtoniano calentado por abajo. En ambos casos la modulación se introduce en el estado básico. Se presentarán resultados preliminares para valores fijos del número de Prandtl y de Reynolds mediante el uso del método de Galerkin para estudiar el problema de valor propio. Se mostrará a través de curvas de estabilidad el efecto a favor o en contra del parámetro de modulación. Las posibilidades de usar esta aproximación como herramienta para controlar los movimientos convectivos serán discutidos en comparación con aproximaciones mas recientes por otros autores.

Convección natural en una cavidad cúbica: Experimentos y simulaciones

La convección natural es un fenómeno presente en diversas áreas de la física, desde la metalurgia hasta el núcleo de la tierra. En este trabajo se analizan patrones de flujo dependientes del tiempo para fluidos de trabajo como el agua y la aleación eutéctica del metal líquido Galio-Indio-Estaño (GaInSn). Los fluidos están confinados en una cavidad cúbica en la que se impone una diferencia constante de temperatura en el rango de 2 a 8 K en la dirección vertical. Mediante el uso de técnicas como PIV (para el agua) y UDV (para el GaInSn) se realizaron mediciones de velocidad de los patrones de flujo. Con el software ANSYS Fluent se realizaron simulaciones de la configuración y condiciones experimentales. El estudio busca brindar información sobre las magnitudes de velocidad en nuevos sistemas de almacenamiento como las baterías de metal líquido (BML), en las cuales la presencia del fenómeno de convección natural es inminente debido a las altas temperaturas de operación y a la generación de calor por efecto Joule. Dependiendo de los órdenes de magnitud para la velocidad, se puede tener una mejora en la transferencia de calor y masa o condiciones de fallo como un cortocircuito debido al mezclado de las capas de fluidos al interior. Existe una buena comparación entre resultados numéricos y experimentales; adicionalmente, ha sido posible reproducir correlaciones reportadas en la literatura para números adimensionales como el Nusselt como función del Rayleigh. Se agradece el financiamiento de las actividades a través de los proyectos CONAHCyT CF-2023-I-1373 y UNAM-DGAPA-PAPIIT IN107722.

Efecto Leidenfrost: de la coalescencia al diseño de gotas levitantes

Esta plática está enfocada en el efecto Leidenfrost, esto es, gotas que levitan sobre su propio vapor sobre una superficie muy caliente. Aunque este fenómeno fue una simple curiosidad observada hace más de 250 años, es durante las últimas décadas que ha sido estudiado de manera sistemática en áreas de física e ingeniería. En esta plática, les mostraré una serie de experimentos sobre la coalescencia de gotas en estado Leidenfrost y un fenómeno al que denominamos "Efecto Leidenfrost triple" [Phys. Rev. Lett. 127, 204501 (2021)]. Además, mostraré que dicho efecto se puede observar para grandes volúmenes de líquido, e incluso podemos estabilizar y diseñar las gotas en estado Leidenfrost. Por último, mostraré brevemente otros experimentos recientes en el área de dinámica de fluidos que hemos realizado en mi laboratorio GrainsLAB.

Análisis Teórico del Modelo Aerodinámico para Auto de Carrera (Electraton)

Un monoplaza Formula Student, tiene varios aspectos fundamentales para poder conseguir un podio, uno muy importante a destacar es la aerodinámica. La importancia de contemplar la aerodinámica en los vehículos recae en que la dirección y velocidad de un vehículo siempre será distinto a la del viento. Esto resulta en flujo torcido deformado asimétricamente haciendo del flujo un fenómeno mucho más complejo, de la cual deriva una investigación donde se hizo un análisis teórico del diseño aerodinámico el cual está centrado en la “downforce”. El “downforce” aumenta la fuerza lateral que los neumáticos pueden ejercer sobre el suelo, lo que resulta en una mayor velocidad en las curvas y, por lo tanto, en mejores tiempos de vuelta. El resultado de la investigación se interpretará para poder implementarlo en la categoría Electraton.

Efecto electrostático en un fluido no newtoniano

La propuesta de este trabajo es caracterizar el comportamiento de un fluido no-Newtoniano bajo la influencia de un campo electrostático de baja intensidad. El experimento presentado es una forma ingeniosa para estudiar la fluidez que presentar la mezcla de aceite y maicena bajo la influencia de un globo cargado. Además, se propone un modelo geométrico que explica, en buena medida, el comportamiento entre los parámetros reportados como perímetro y área, en el trabajo.

Optimización del diseño de turbina hidrocinética de un sistema recolector de basura autónomo y sustentable

En este trabajo se presenta el modelado y simulación de un sistema recolector de basura autónomo y sustentable basado en la optimización del diseño de turbina hidrocinética tipo Gorlov, con el objetivo de contribuir al desarrollo de sistemas de cuidado del medio ambiente marítimo. Dicha optimización se desarrollará considerando las variables de entrada y salida del sistema, utilizando los softwares SolidWorks y MATLAB como herramienta base para modelar y simular el comportamiento de las aletas en movimiento bajo diferentes condiciones de flujo de agua. Se emplearán ecuaciones físicas y matemáticas para describir cómo la fuerza del agua afecta el movimiento de las aletas y, por ende, la generación de potencia mecánica. Además, mediante MATLAB, se realizará el análisis de sensibilidad para comprender cómo pequeños cambios en el diseño de las turbinas o en las condiciones del agua pueden impactar la eficiencia y la potencia generada. Esto permitirá la optimización del diseño de las turbinas para obtener el máximo rendimiento posible en diversas situaciones. Una vez que se obtenga el modelo físico y matemático en MATLAB, se podrán realizar simulaciones para evaluar el comportamiento del sistema en tiempo real. Esto proporcionará información valiosa sobre la respuesta de las turbinas ante diferentes escenarios y ayudará a tomar decisiones informadas sobre ajustes o mejoras adicionales.

Perfiles de temperatura al exterior de cámaras de vapor perforadas en SAGD

Las operaciones de SAGD requieren grandes cantidades de agua y un aporte energético significativo. Uno de los problemas en dicho método es la formación de la cámara de flujo de vapor en yacimiento, entender la transferencia de calor es crucial para saber la relación entre flujo de vapor inyectado y petróleo recuperado. En consecuencia, hemos modelado el flujo de vapor utilizando las ecuaciones de conservación de masa, energía y la ecuación de Darcy dentro de dicha cámara. El problema de transferencia de calor resultante se puede resolver, por un breve instante, además de las condiciones de contorno y el cambio de fase de vapor a agua, como un problema de estado estacionario [1]. La solución teórica arroja que es posible obtener una solución única para un conjunto específico de parámetros físicos, incluida la forma específica del borde de la cámara de vapor. Un problema crucial es la trasferencia de calor entre el sistema y los bordes, las isotermas en el exterior de la cámara interactúan con el borde de la cámara de vapor lo que hace que afecta la condensación del vapor de agua. Por lo que resulta extremadamente importante saber cómo evolucionan e interactúan con dicho borde de condensación dentro de la cámara de vapor. A través de experimentos, en este trabajo analizamos experimentalmente la condensación de vapor en cámaras de vapor preformadas (construidas en losas de hierro) que cumplen con todas las características físicas de las cámaras en reservorios reales. Nuestros experimentos confirman la existencia de caudales másicos óptimos específicos de vapor inyectado para bordes de cámaras circulares, elípticas y como afecta la evolución de las isotermas en la recuperación Finalmente, discutimos el impacto de nuestros resultados para los procesos reales de recuperación de crudo usando SAGD. REFERENCIAS [1] F. J. Higuera, A. Medina, A simple model of the flow in the steam chamber in SAGD oil recovery. In: Torres M., Klapp J. (eds) Supercomputing. ISUM 2019

Movimiento de un Ludion en un fluido estratificado, Interacción Onda-Partícula

Mostramos resultados experimentales sobre la dinámica del Descartes Diver sumergido en una capa estable de agua salada estratificada. Cuando un pistón oscila dentro de un cilindro que comunica con un recipiente que contiene el cilindro, la capa de agua salada se estratifica de manera estable, de esta manera la presión hidrostática del fluido se varía periódicamente [1]. El Ludion inicialmente en equilibrio. oscila verticalmente cuando es forzado por cambios de presión. Dependiendo de la relación entre la frecuencia de forzamiento y la frecuencia de Brunt-Väisälä (N) del fluido estratificado, el ludion puede emitir sus propias ondas de gravedad internas que medimos utilizando una técnica clásica de velocimetría de imágenes de partículas [2]. Nuestros resultados experimentales describen primero la resonancia de los movimientos verticales del ludion cuando se excita a diferentes frecuencias [3]. A continuación, se deriva un modelo teórico de oscilador teniendo en cuenta la masa agregada y los coeficientes de fricción y sus predicciones se comparan con los datos experimentales. Luego, para las amplitudes de oscilación más grandes, observamos y describimos una bifurcación hacia movimientos horizontales libres. Aunque las frecuencias de las ondas de gravedad internas se ven afectadas por el desplazamiento Doppler inducido por las velocidades de desplazamiento horizontal, parece que, contrariamente a las ondas superficiales asociadas con al movimiento estas son la causa de la desplazamiento horizontal [4]. Sin embargo, esto no excluye posibles interacciones entre el ludion, ya que en experimentos actuales basados en el método de visualización Schelieren Sintético, se observó una relación entre la generación de ondas internas y el movimiento del ludion, lo que sugiere que las ondas de gravedad internas son las los resonables del ludion, lo que hace parecer que estamos ante una posible analogía hidrodinámica cuántica[5]. References [1] Bush J. (2015). Pilot-wave hydrod

Comparación de los métodos de Schlieren sintético y PIV para la medición de Ondas internas en un fluido estratificado

El método de Schlieren sintético fue planeado para medir fluctuaciones de densidad ante una perturbación en la interfaz entre dos medios de distinta densidad como por ejemplo aire y agua. El método de Velocímetros por Imágenes de Partículas (PIV) fue diseñado para medir la velocidad de partículas trazadoras con el objetivo de poder realizar un análisis sobre diferentes aspectos del fenómeno. Pero si el medio no contara con sólo dos tipos diferentes de índices de refracción, si no con ‘’n ’’ índices de refracción. El objetivo de este trabajo es comparar los métodos de Schlieren sintético y PIV para determinar el campo de velocidades uno para las fluctuaciones de densidad medidas por Schlieren sintético y las velocidades medidas para las partículas que se introdujeron para el método PIV. Demostrando que cada uno de los métodos muestra la llamada Cruz de San Andrés el cual es el patrón de onda que se genera a partir de un forzamiento vertical en un fluido estratificado, si la frecuencia es menor que la frecuencia de Brunt-Väisälä y revelando dichos procedimientos, características únicas para el mismo fenómeno, predichas por la teoría. Para cumplir con este propósito partimos de la deducción de la ecuación de onda que caracteriza a las ondas internas en fluidos estratificados mostrando así sus propiedades características e iniciales que cuentan las ondas internas. También mostramos el método utilizado para generar el medio estratificado el cual es llamado de ‘’dos tanques’’[1], posteriormente mostramos el desarrollo teórico realizado por Sutherland [2], el cual muestra el enfoque del método de Schlieren sintético para fluidos estratificados y la adaptación del método PIV para dichos medios [3].

Propagación de ondas ultrasónicas a través de materia blanda: Modelo Computacional

Como es bien conocido que, en el diseño de la instrumentación electrónica, se deben realizar varias etapas para solucionar un problema. En el caso para desarrollar nuevos detectores y/o sensores, se deben de cubrir una cantidad de procedimientos para obtener una eficiencia casi ideal. En este trabajo se presenta un análisis, diseño y simulación de un detector acústico piezoeléctrico (DAP) monocapa. Se utiliza como elemento activo al piezopolímero fluoruro de polivinilideno (PVDF), en modo espesor. Se aplicaron las ecuaciones constitutivas piezoeléctricas para realizar el análisis. El DAP fue diseñado utilizando el modelo Leach, y simulado por medio del modelo Morris y Hutchens. El DAP fue sometido a dos pulsos y formas de presión, una senoidal y la otra una onda de choque, aplicando el programa OrCAD. Se utilizó como medio de propagación a la materia blanda, como: manzana, tomate y queso. Se comprobaron la velocidad de fase acústica longitudinal de estos productos. Se exploró los efectos de distorsión que tiene la señal de salida del detector al atravesar al medio de propagación. Los resultados muestran el comportamiento de la onda a través de los diversos materiales de materia blanda, donde resalta la atenuación de ésta. Se tiene interés de continuar con los estudios a través de materiales sólidos y posteriormente construir físicamente un conjunto de detectores acústicos.

Presión de radiación acústica emitida por superficies planas: caso de estudio de uno y tres emisores acústicos

Los emisores acústicos de alta intensidad (EAAI), tienen una gran cantidad de aplicaciones importantes, entre los que destaca la eliminación de impurezas (limpieza). Los EAAI, se presentan en forma de sonotródos y/o adjuntos en superficies planas, como en los ultrasonicadores. En este trabajo, se presenta un estudio sobre la presión de radiación acústica generado por EAAI en dos configuraciones, emisor individual y emisores en conjunto (posición delta), cuyo objetivo es determinar la homogeneidad de su emisión acústica a través de toda la superficie. Se resuelve la ecuación de onda en estado estacionario, bajo condiciones de contorno. Los resultados describen los modos de trabajo para una frecuencia variable. Se detalla la solución y se representa la presión radiación acústica emitida, la cual muestra una imagen 3D, cuya figura geométrica representa la función seno-cardinal. De forma análoga, para profundizar la comprensión se describe el funcionamiento de los EAAI en configuración amortiguador-masa-resorte. Se tiene interés es continuar explorando la presión radiación acústica por medio de los EAAI para futuras aplicaciones en el campo de la arquitectura colonial.

Modelado de las fuerzas de Marangoni mediante el método de diferencias finitas generalizadas (GFDM)

En este trabajo se presenta una alternativa a la simulación numérica de flujos termo capilares, con especial interés en la medición de las fuerzas de Marangoni, mediante el uso del método de diferencias finitas generalizadas (GFDM) para la extensión de su rango de aplicación y la comprobación de la viabilidad del método. Para el modelado de este fenómeno se resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes para un flujo incompresible haciendo uso de la descripción lagrangiana en conjunto con la ecuación de transferencia de calor \begin{equation} \frac{d\vec{v}}{dt} = g - \frac{1}{\rho}\nabla P + \frac{1}{\rho} (F^{(v)} + F^{(s)}) \end{equation} \begin{equation} \nabla \cdot \vec{v} = 0 \end{equation} \begin{equation} \rho \frac{dH}{dt} = k \nabla^{2} T , \end{equation} en donde $\rho$,$\vec{v}$, P y g representan la densidad, velocidad, presión y aceleración gravitacional respectivamente. $F^{(v)}$ es la fuerza viscosa y $F^{(s)}$ es la fuerza interfacial. Particularmente, se considera un sistema 2D multifase con un dominio cuadrangular en donde se plantean tres ejemplos numéricos diferentes para la verificación del modelo planteado por el método de diferencias finitas generalizadas. El primero consiste en un problema de Stefan en 1D en el caso de un dominio 2D, esto con el objetivo de comprobar el modelo de transferencia de calor. El segundo ejemplo consiste en el estudio de un dominio multifase 2D con un perfil térmico lineal estático con el fin de reproducir las fuerzas de Marangoni. Finalmente, en el tercer ejemplo se calcula el movimiento de una gota inmersa en una fase continua debido a flujos termo capilares. Es en esta simulación en donde se pone aprueba la capacidad de predecir el flujo termo capilar a través del modelo planteado por GFDM. Palabras clave: diferencias finitas generalizadas, transferencia de calor, fuerzas de Marangoni, flujo termo capilar.

Distribución de calor en una varilla finita de Silicio

En este trabajo se presenta la distribución de calor mediante la solución de la ecuación de calor numéricamente para analizar una varilla finita aislada de Silicio utilizando el método de diferencias finitas, basado en ecuaciones diferenciales parciales parabólicas.

Modelo de la propagación de calor en dispositivos electrónicos

En este trabajo se presentará una solución numérica del modelo de propagación del calor utilizando Matlab, para una mejor interpretación del fenómeno y el análisis de su aplicación a dispositivos electrónicos recurrentes para aumentar su eficiencia y su tiempo vida

Planta tratadora de agua

Introducción El acceso a agua limpia es un problema importante en muchas partes del mundo el presente proyecto tiene como objetivo abordar esta problemática mediante el diseño y la implementación de una planta tratadora de agua que permita reutilizar el agua y aumentar su acceso a la población La planta utilizará un proceso de tratamiento que incluye filtración, desinfección y otros procesos químicos para garantizar la calidad del agua se implementarán sensores de presión y temperatura para monitorear y controlar los procesos de tratamiento Para este proyecto usaremos temas como: Los principios de Arquímedes son fundamentales en el diseño y operación de una planta tratadora de agua, ayudando a garantizar su eficiencia, seguridad y funcionamiento óptimo mediante la aplicación adecuada de conceptos relacionados con la flotación, la densidad, el calor y la temperatura del agua. Tenemos planeado implementar métodos para optimizar nuestro proyecto. 1. Implementa sistemas de automatización y control para optimizar los procesos. 2. Mejora la eficiencia energética mediante equipos de alta eficiencia y fuentes de energía renovable. Desarrollo: Para realizar este proyecto se llevarán a cabo una planeación rigurosa para que el proyecto funcione de manera adecuada, haciendo también simulaciones de este, así como prototipos para que funcione de manera adecuada. Conclusión La implementación de esta planta tratadora de agua representa un paso importante hacia la reutilización del agua y el acceso a agua limpia para la población, así como también queremos que nuestro proyecto sea de apoyo tanto como a nivel industria como perso

Fabricación de impulsor y carcasa para bomba centrifuga impresa con filamento PETG

En este trabajo, reportamos el diseño y favricación del impulsor y la carcasa de una bomba centrifuga, con el objetivo de llevar a cabo la tarea de bombear un fluido. Este proyecto es la punta de lanza para para la realización de pruebas en inyectores de aceite usados en la industria aeronáutica. El proceso de fabricación se realizó con materiales alternativos, y de menor costo que además pueden ser utilizados con fines educativos. Para la impresión en 3D se utilizó filamento de PETG, y se siguió un proceso general de diseño mecánico para el que se toman en cuenta todos los posibles factores que pueden afectar su eficiencia. Los resultados de la parte experimental, y la parte analítica muestran variaciones menores al 10%. Además, se hicieron las simulaciones en elemento finito para corroborar los resultados con la parte experimental y analítica.

Caracterización de las oscilaciones de un líquido en estado Leidenfrost bajo confinamiento

El presente trabajo consiste en la caracterización de las oscilaciones presentes en un líquido en estado Leidenfrost que ha sido puesto bajo confinamiento al depositar una lámina rectangular delgada de aluminio sobre su superficie, empleando técnicas experimentales. Haciendo uso de una cámara de alta velocidad y el software de análisis de video ImageJ, se mide la frecuencia de oscilación y la longitud de onda, para un volumen de líquido dado. Se estudia la frecuencia de oscilación y la longitud de onda, como función de la temperatura, las dimensiones y el grosor de la lámina de aluminio.

El Efecto Suelo y Principio de Bernoulli en los Autos de Carreras

LXVII Congreso Nacional de Física del 6 al 11 de Octubre de 2024 Área Temática: Dinámica de Fluidos, Caracterización de Materiales El Efecto Suelo y Principio de Bernoulli en los Autos de Carreras Gael Rojas Castillo (gael.rojas@alumno.buap.mx) Martín Rodolfo Palomino Merino Dr. ( palomino@fcfm.buap.mx) Roberto Álvarez Zavala Lic (Ralvarez@fcfm.buap.mx) José Eduardo Espinosa Rosales Dr (espinosa@fcfm.buap.mx) El denominado “Efecto Suelo” en la F1 es el fenómeno que se obtiene al colocar un ala de avión de forma invertida en los costados del monoplaza lo cual provoca el efecto de elevación de un avión de forma contraria y asi obtenga un agarre al asfalto mucho más efectivo y por ende más velocidad punta para la competición, este efecto es una variante y aplicación de la ecuación de Bernoulli la cual define la presión de un fluido como constante a lo largo de corriente de flujo y en donde las propiedades como la conservación de la energía se mantienen aún en movimiento. En este trabajo se realiza un modelo a escala del monoplaza de competición “Lotus 78” el cual fue el primero en llevar el efecto suelo a las carreras de coches para después medir su coeficiente aerodinámico mediante sensores de Arduino, junto a esto se realiza lo mismo con diferentes tipos de materiales para registrar diferencias, ventajas y desventajas comparados con cada uno de los seleccionados.

Visualización del flujo en micro toberas con la técnica óptica de Schlieren

En este trabajo se diseñaron micro toberas mediante el software NX, se maquinaron y se probaron con la técnica óptica de Schlieren. A la entrada de la tobera se inyectó aire a presión que induce velocidades supersónicas, generando celdas de choque en forma de diamante. Se grabó un video del desarrollo del experimento del que se obtuvieron imágenes, que fueron procesadas en el software GNU Octave. Eso nos permitió obtener los gradientes de índice de refracción del aire circundante a la salida de la tobera, así como los campos de densidad en dos dimensiones. El estudio del régimen supersónico en micro toberas permite obtener resultados relevantes que pueden ser utilizados en sistemas de micropropulsión.

Diseño y construcción de un dispositivo para generar campos eléctricos rotantes

En este trabajo presentamos un dispositivo con cuatro electrodos desfazados 90 grados y alimentados con corriente alterna AC, para generar un campo eléctrico rotante en una solución electrolítica donde están inmersas micropartículas. El objetivo principal es facilitar la manipulación por electrorotación de micropartículas metálicas, dieléctricas y semiconductores con un tamaño mínimo de 7 micras, para obtener características del sistema fluido-dispersión de partículas. La importancia de este dispositivo radica en su capacidad para controlar la rotación de estas micropartículas, lo que tiene aplicaciones significativas en diversos campos, como la medicina, la química y la ingeniería. En cuanto al diseño, se emplearon simulaciones utilizando el software COMSOL para modelar y analizar el comportamiento del dispositivo, con lo que se muestra la región de electrorotación y de electroorientación, calculando el torque sobre la micropartícula. Presentamos el dispositivo de electrorotación en una escala con dimensiones en milímetros, el escalamiento a micras lo estamos desarrollando. Los electrodos son alimentados con una señal senoidal de 10 V pico-pico para garantizar la correcta sincronización de los microelectrodos. Luego, se realizó la amplificación de corriente hasta alcanzar un mínimo de 3 A para garantizar la eficiencia del sistema, se energizaron los microelectrodos a diferentes frecuencias (10 Hz, 100 Hz, 1 KHz, 10 KHz y 100 KHz). La rotación de las micropartículas en la suspensión a una velocidad determinada por el campo eléctrico permitió obtener información sobre sus propiedades físicas. Presentamos los espectros de electrorotación de nuestro estudio de simulación y algunas mediciones de electrorotación obtenidas de emplear nuestro dispositivo de electrorotación para partículas en la escala de milímetros.

Análisis Aerodinámico de la Pelota de Béisbol

Se analizó el perfil aerodinámico, el arrastre, la sustentación y la elevación de la pelota de baseball recolectando datos de múltiples lanzamientos en contraste con lanzamientos disponibles en fuentes de datos como Statcast para reducir las variaciones provocadas por factores externos y tomando como variables el ángulo de lanzamiento respecto de la dirección del bateador, los tipos de agarres; curvo, recto, slider, knuckleball y changeup, la velocidad y la distancia del lanzamiento para realizar simulaciones en ANSYS que permiten comprender la interacción entre la pelota y la fricción del aire durante el recorrido. La información obtenida de los modelos puede emplearse para mejorar y comprender las técnicas de lanzamiento en el béisbol, optimizando así el rendimiento deportivo.

Velocidad de ondas viajeras no gravitacionales en la superficie de líquidos constreñidos por membranas elásticas

Las ondas son una manifestación omnipresente en nuestro entorno natural, manifestándose en una amplia gama de escalas y contextos. Dentro de este panorama, las ondas mecánicas que no involucran la gravedad poseen una problemática relevante en diversos problemas biológicos, lo cual representa nos motivó a su estudio. El fundamento de este fenómeno tiene base en la propagación de ondas en la superficie de líquidos, la cual es un fenómeno fundamental en la física y la mecánica de fluidos, donde las fuerzas restauradoras juegan un papel crucial. Estas ondas pueden tomar diversas formas, como las ondas de superficie en cuerpos de agua ya que las fuerzas restauradoras de la tensión superficial de líquidos devuelven el sistema al equilibrio después de una perturbación. Las ondas mecánicas que no consideran la gravedad desempeñan un papel crucial en la dinámica de la interfaz entre dos fluidos, como el agua y el aire. En la superficie de un líquido, como el agua, las ondas de superficie, como las ondas capilares, pueden propagarse independientemente de la gravedad. En el presente trabajo exponemos el análisis de un sistema mediante el cual se determina la velocidad de ondas viajeras no gravitacionales en la superficie de líquidos constreñidos por membranas elásticas. Explicamos la elaboración y el funcionamiento del sistema, que consiste en un par de cajas rectangulares con una membrana elástica herméticamente constreñida entre ellas. Agradecemos al club de robótica INCUBOT con sede en el Taller de control y electrónica de la Facultad de Ciencias, UNAM.

Simulación de la trayectoria de un Cohete en Fortran

El trabajo busca obtener las ecuaciones de movimiento de un cohete a escala, introduciendo las ecuaciones de Navier Stokes al considerar los efectos de viscosidad del aire. Al resolver las ecuaciones obtenidas se hacen variar los correspondientes parámetros, que nos permiten optimizar el diseño y fungir como base en la construcción de un cohete a escala .

Estudio numérico de los microjets no newtonianos con métodos sin malla

En este proyecto se propone el estudio y análisis computacional del comportamiento de un chorro de fluido no newtonianos a través de diferentes boquillas con respecto a su largo y diámetro así como a la velocidad del chorro. Para ello se desarrollara un método sin malla que simule las condiciones deseadas y permita obtener resultados tomando variaciones de los parámetros anterior. Los flujos de chorro multifásicos implican contribuciones complicadas de varias fuerzas (cohesivas y disruptivas). La compleja interacción de tales fuerzas dicta el comportamiento final de los chorros y gotitas resultantes. Están influenciados por la reología de los fluidos, el tipo de gas, la geometría de la boquilla y los parámetros del proceso.

Optimización de la sustentación con el método Nelder-Mead

Los perfiles aerodinámicos son de vital importancia en el diseño de aeronaves y estructuras que interactúan con fluidos. Esta rama se centra en el estudio de las características que permiten a los sólidos interactuar eficientemente con los fluidos transónicos. En concreto, este trabajo se centra en analizar el rendimiento y mejora de características esenciales propias de la aviación, como maximizar la sustentación o minimizar la resistencia aerodinámica. Dichos objetivos se logran con una correcta manipulación de la geometría del perfil alar, como su curvatura, espesor o ángulo de ataque. Esta última característica es un parámetro clave en la generación de sustentación. El ángulo de ataque (\(\alpha\)), al tener variaciones, permite que el perfil alar experimente diferentes regímenes de flujo, lo que afecta directamente a las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre él. Para abordar la optimización se utilizan diversos métodos y algoritmos. Uno de los más comunes es el Nelder-Mead, el cual es un algoritmo de optimización sin derivadas, ampliamente utilizado por su simplicidad y eficacia. El objetivo de nuestra optimización es maximizar la función de sustentación \(L\), que se define como: \[ L = 0.5 \cdot \rho \cdot V^2 \cdot S \cdot C_L(\alpha) \] donde: \(\rho\) es la densidad del aire, \(V\) es la velocidad del aire, \(S\) es el área del ala y \(C_L\) es el coeficiente de sustentación en función del ángulo de ataque \(\alpha\). El algoritmo comienza con un conjunto inicial de vértices llamado "simplex" y se actualizan iterativamente los vértices en función de la evaluación objetiva de esos puntos. De este modo, el proceso continúa hasta que se cumpla con un criterio de convergencia, que en nuestro caso, es la máxima fuerza de sustentación. En resumen, en este trabajo exploraremos los principios fundamentales de los perfiles aerodinámicos, los conceptos básicos del método Nelder-Mead y su aplicación en la búsqueda de ángulos de ataque óptimos.