XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF 2017)

Análisis del funcionamiento de un método basado en wavelets borrosos para la detección de bordes en imágenes sintéticas del tipo SAR

2020-09-30T20:02:50Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) La detección automática de líneas costeras y riberas, a partir de imágenes de radar de apertura sintética (conocidas como SAR, por las siglas en inglés de Synthetic Aperture Radar) es una tarea difícil dentro del campo del procesamiento de imágenes, debido a la presencia de retrodispersiones similares al ruido moteado multiplicativo. Recientemente, se presentó un Marco Wavelet Borroso (Fuzzy Wavelet Framework, FWF) para la detección de líneas costeras en imágenes SAR basado en una combinación de Wavelets unidimensionales, como filtro para la eliminación de parte del ruido moteado, y Lógica Difusa, para la detección de las líneas costeras, ya que tiene su potencialidad en la toma de decisiones en ambientes ruidosos y mal definidas (K. Nemer Pelliza, tesis doctoral, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Córdoba, Argentina, 2016). Para realizar la detección de líneas costeras, se construye un mapa borroso de la imagen Wavelet intermedia, extrayéndose sus bordes. Dicho algoritmo codifica las filas y columnas de píxeles de la imagen, por lo que posee buena exactitud y preferencia en identificar bordes verticales y horizontales; la ventaja de este algoritmo es su rapidez y eficiencia. En el presente trabajo se presenta un estudio para analizar la detección de bordes en situaciones desfavorables para el algoritmo con el objetivo de mejorarlo y resolver el problema con mayor exactitud. Para esto se generan imágenes dicotómicas, con figuras de bordes lisos con presencia de líneas no alineadas con filas o columnas (por ej. círculo, rombo, estrella, etc.), se les aplican las 120 combinaciones distribuciones de retrodispersiones, para obtener imágenes similares a las del tipo SAR. Se calcula el error de detección de borde y se muestran las características de las imágenes que generan un mayor nivel de error en el método. Finalmente, se indican las posibles vías de acción para mejorar el FWF. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 43

Box counting dimension of red blood cells samples when filtered with wavelet transform

2020-09-30T20:02:51Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) Automatic recognizing of different populations of several millions of red blood cells (RBCs) is a useful tool in Hematology and Clinical Diagnosis. In this work we studied samples of several millions of RBCs: on one hand healthy control RBCs and on the other hand control RBCs incubated with Trichinella spiralis larval parasites. The alteration on the cells membrane with the parasite can be studied with box-counting dimension on both samples. Previously we applied wavelet transform to all the samples in order to improve the results. The procedure to remove noise from an image is based on the decomposition of the observed signal in a set of wavelets and taking threshold values to select the appropriate coefficients through which the signal can be reconstructed. In our work we compared the results obtained when analyzing the raw signals and the ones obtained after applying wavelet transform, and the results were different and more clearly characterized when the signal were treated with wavelet transform. Finally, the present method using wavelet transform is suitable to optimize the characterization of the RBCs damage when incubated with the larval parasites. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 43

A method for enhancing eye movements data from eye-tracking devices

2025-12-01T18:08:50Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) Eye movements play an important role in actual neuroscience and in the last twenty years, many eye-tracking devices have emerged with different methods and performance features. Generally, the highest quality ones with best performance in terms of accuracy and high framerates, are the most expensive apparatus and very often complicated to assembly. Also, they tend to work in fixed setups and it is hard to perform outdoor experiments, like driving a real car or walking long distances. The comfortable and cheaper ones are usually those having the poorest measuring characteristics, reaching maximum framerates below 250 fps, yet with great advantages. These modern remote eye-tracking systems allow, in general, small head movements and the subject has not wear any kind of hardware. This feature is especially important when working with children or people with some kind of physical impairment. They are independent, small and one-piece hardware ready to plug into a mobile computer or laptop, making easy to set a large variety of experiments. In this work, we propose to use wavelet methods to improve real eye movements data, allowing the reconstruction of the signal at a higher resolution than the original one. Transformed data was upsampled and the new coefficients were obtained by interpolation using different techniques and looking for a minimum percentage error between the original and recovered signals. Then, treating the eyetracker data with low samplerate as a complete signal with periodic missing parts or information and inspired in a method for restoring very damaged images, we present an approach to adapt one of the the algorithms for images to 1D signals. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 43

An approach to the study of microsaccades during reading using wavelets

2020-09-30T20:02:54Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) Reading requires the integration of several central cognitive subsystems from attention and oculomotor control to word identification and language comprehension. When reading, the eyes alternate between long movements and relative stillness, that are called saccadic movements and fixations, respectively. The average fixation lasts for 150 to 250 ms and it is composed by three movements called microsaccades (or microsaccadic movements), tremor and drift. Drift and tremor are slow movements with small amplitude; microsaccades represent a ballistic component of fixational eye movements. Then, microsaccades are characterized as roughly linear movement epochs with durations up to 30ms and a frequency of one to two per second in fixations not related with reading. There are just a few works analyzing microsaccades while subjects are processing complex information and fewer when doing predictions about upcoming events. In all of them there is evidence that microsaccades are sensitive to changes of perceptual inputs as well as modulations of cognitive states. Changes in perceptual inputs are related to the type of sentences (low/high predictability, proverbs) and the characteristics of the words in the sentence (frequency, predictability, length, etc.). Let us recall the definition of maxjump: it is the word with the largest difference between the cloze predictability of two consecutive words. Then, in this work we present a first analysis of the energy of the wavelet coefficients of microsaccades during reading proverbs and low predictability sentences on words before maxjump, during maxjump and words after maxjump. The idea of this approach is to try to characterize its behavior along each one of those set of words in order to have another tool for evaluating microsaccades during reading sentences with different contextual predictability since this might provide information about specific effect of cue attention on complex task. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 43

Estudio del exponente de Hurst

2020-09-30T20:02:58Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) Harold Edwin Hurst (1880-1978) ideó un método estadístico que indica el nivel de persistencia de una serie temporal a partir de las observaciones de los caudales del río Nilo. En la bibliografía hay distintos métodos para calcular el parámetro de Hurst (el cual varía entre 0 y 1) ya que, entre uno de sus usos, ha demostrado ser de gran importancia para identificar si un proceso es de largo alcance. En este trabajo comparamos dos técnicas para hallar el exponente de Hurst, H, el rango Rescalado creado por Hurst y el promedio de los coeficientes wavelet que aplica la transformada wavelet. En el caso del método de los coeficientes wavelet proponemos dos nuevas variantes. Para tal fin, generamos series temporales con un H dado, también por medio de transformadas wavelets. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 43

Modelo de orden reducido global-local para problemas parabólicos con fuentes móviles concentradas

2020-09-30T20:03:01Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) El objetivo de este trabajo es resolver problemas parabólicos con altos gradientes móviles como los que se encuentran en aplicaciones con fuentes móviles altamente concentradas. Una manera de poder lidiar numéricamente con estos problemas es refinar tanto como sea necesario en la vecindad del camino que la fuente seguirá. Una alternativa es refinar la malla adaptativamente siguiendo la fuente. A pesar de que ambas opciones son válidas, las dos son muy caras y no facilitan la formulación de Modelos de Orden Reducido (MORs). Esto es debido a que no ayudan a atacar el problema que supone el acoplamiento espacio-temporal característico del tipo de aplicaciones que se desea estudiar. La alternativa que se propone en este trabajo es adoptar un esquema Global-Local, que consiste en utilizar un dominio local que se mueve siguiendo a la fuente para describir la vecindad de la misma y en utilizar un dominio global para describir el dominio de análisis. El acoplamiento entre los dominios local y global se basa en la utilización de multiplicadores de Lagrange que se definen sólo en el borde del dominio local móvil. Adicionalmente, no se necesita remallado alguno, ya que el dominio local preserva su malla durante toda la simulación. La ventaja de la estrategia propuesta es la posibilidad de reducir los grados de libertad del dominio local y los multiplicadores de Lagrange. Por medio de una serie de ejemplos se mostrarán las capacidades numéricas del esquema Global-Local y del ROM propuestos. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 42

Simulación computacional de problemas de convección natural en sistemas líquidos

2020-09-30T20:03:01Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) La convección natural es uno de los fenómenos más estudiados mediante la simulación computacional. Gran cantidad de autores abordan estos problemas en recintos cerrados y diferencialmente calentados, generalmente utilizando aire como fluido de estudio. El grado de comprensión de estos fenómenos es elevado para este tipo de sistemas, los cuales pueden alcanzar regímenes altamente turbulentos y altos números de Rayleigh. Sin embargo, aún estos altos Rayleigh resultan varios órdenes de magnitud menores a los encontrados habitualmente en procesos industriales donde intervienen líquidos. En este sentido, los fluidos líquidos, como puede ser el agua, presentan grandes variaciones de densidad que son deficientemente estimadas mediante la aproximación lineal de Boussinesq. En el presente trabajo se analiza la capacidad del método incompresible para estudiar problemas de convección natural en líquidos, estudiando las limitaciones del mismo y evaluando aproximaciones de mayor orden para las fuerzas boyantes. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 42

Comparación de modelos de equilibrio y no equilibrio para el análisis de la aireación de granos mediante simulación computacional

2020-09-30T20:03:02Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) En los silos y celdas convencionales, para reducir el deterioro se recurre a la aireación de los granos. Estos sistemas de aireación operan en relación a las variaciones climáticas estacionales y usualmente se intercalan con períodos sin ventilación. El control de los ventiladores puede realizarse adoptando distintos criterios. La adopción de un criterio de control determina las horas de ventilación, consumo energético y eventualmente puede tener incidencia negativa en parámetros de calidad del grano. La simulación computacional de este proceso resulta una herramienta muy versátil para evaluar diferentes estrategias y elegir la más adecuada. La transferencia de energía y masa asociada al proceso de aireación puede analizarse empleando modelos de equilibrio y no equilibrio. Los primeros suponen que existe equilibrio térmico y sorpcional entre el aire que circula y el grano almacenado. En este caso se determina la temperatura del lecho grano+aire, el contenido de humedad del grano, quedando determinado el contenido de humedad del aire intergranario por la curva de sorpción. A este grupo corresponden los modelos de Thompson (Trans. of ASAE 11(4) 582-586, (1968)) y de Sutherland et al. (J. Agric. Engng Res., 16 (4) 368-386 (1971)) que solamente consideran transporte convectivo y el modelo de Thorpe (Ecol. Model. 94, 255-286 (1997)) que incluye transporte difusivo en los balances de energía y materia. Este autor posteriormente, propuso remover del modelo la hipótesis de equilibrio sorpcional manteniendo el equilibrio térmico entre el aire y el grano. Finalmente, un modelo de no equilibrio considera que no existe equilibrio térmico ni sorpcional entre el grano y el aire intergranario, determinándose de este modo la temperatura y contenido de humedad del grano y la temperatura y contenido de humedad del aire intergranario. En este trabajo se presenta una comparación de los resultados obtenidos empleando los modelos mencionados para simular el proceso de aireación de granos. Se evalúa la influencia del número de capas consideradas en el lecho de granos (discretización espacial) y paso temporal, la velocidad del aire y el efecto de la humedad relativa del aire ambiente. Finalmente, la distribución de temperatura y la humedad del lecho obtenida con los diferentes modelos se comparan con datos experimentales de ensayos a campo realizados por el INTA. Para determinar la calidad del ajuste y evaluar la performance de los diferentes modelos se emplearon los siguientes estadísticos: la desviación relativa media (MRD), la desviación absoluta media (MAD) y el error cuadrático medio estándar (RMSE). Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 42

Análisis 3D de la distribución de temperatura y migración de humedad en sistemas de almacenamiento hermético (silos bolsa)

2020-09-30T20:03:03Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) El silo bolsa es un sistema de almacenamiento hermético para granos que ha ganado gran difusión en la actualidad. Una vez que el grano es almacenado en la bolsa, debido a la variación de la temperatura ambiente y la radiación solar se producen significativos gradientes de temperatura en el lecho. Estos gradientes gobiernan la convección natural y el flujo de aire resultante mueve la humedad de una región a otra en el interior del sistema. Los silos bolsa tienen una longitud standard de 60m y un diámetro 2.70 m. Por tal motivo en un estudio previo (Arias Barreto et al. 2016, Mecánica Computacional, 34: 1925-1925 (2016)) se adoptó un modelo 2D para analizar el transporte de energía, momento y materia para determina la evolución de la temperatura y humedad de los granos almacenados en el silo bolsa. Del estudio realizado se concluye que para las condiciones climáticas extremas de las zonas agrícolas analizadas el efecto de la convección natural en la redistribución de humedad no genera focos de deterioro que comprometan la conservación de los granos almacenados. En la práctica en los ensayos a escala piloto se trabaja con silos de menor longitud (6 a 20 m). Por este motivo en este trabajo se implementó un modelo 3D que permita analizar los efectos de borde (extremos del silo bolsa), especialmente en cuanto a la migración de humedad. El sistema de ecuaciones se implementó en COMSOL Multiphysics 5.3 y se resolvió por el método de elementos finitos. Con el objetivo de estudiar de forma detallada la distribución de temperatura y la migración de la humedad en el lecho se analizó la influencia de los diferentes mecanismos de transporte y además se incorporó en el estudio un modelo simple del fenómeno de condensación en las bolsas. Los estudios se realizaron para el almacenamiento de trigo bajo las condiciones climáticas de la ciudad de Balcarce considerando: a) transporte por difusión, b) transporte por difusión y convección natural, c) transporte por difusión, incluyendo condensación dentro de la bolsa, d) transporte por difusión y convección natural, incluyendo condensación en la bolsa. Los resultados del modelo 3D muestras que para los silos de 6 y 20 m de longitud, los efectos de la radiación solar y temperatura ambiente en los extremos del silo bolsa se extienden a una zona del orden de 0.5 a 1 m. En la zona central, la velocidad de las corrientes de convección en la dirección longitudinal de la bolsa resulta mucho menor (del orden de 10^-9 ms^-1) que las transversales (10^-5 ms^-1), resultando en esa zona, un patrón de circulación esencialmente bidimensional. Por otro lado bajo las condiciones climáticas de Balcarce, no se obtuvo condensación de humedad en el interior de la bolsa durante todo el año simulado. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 42

Modelización de la inyección directa en motores de combustión interna usando una formulación Euleriana-Lagrangiana

2020-09-30T20:03:04Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) La inyección directa de combustible en motores con ciclo Otto es una estrategia que permite reducir el consumo de combustible y las emisiones contaminantes. En condiciones de carga parcial, la inyección directa permite trabajar con relaciones relativas aire-combustible de la mezcla superiores a la unidad. De esta forma, es posible aumentar la cantidad total de aire que ingresa en el cilindro, por lo que se reducen las pérdidas por bombeo y se mejora la eficiencia del ciclo termodinámico. Para maximizar el rendimiento de la combustión, es necesario configurar los diferentes parámetros del sistema de forma tal de conseguir la distribución deseada de aire-combustible en la cámara de combustión. Dentro de los parámetros más importantes se encuentran la ubicación del inyector de combustible, la curva de inyección, la geometría de la cámara de combustión y las características cinemáticas del flujo dentro del cilindro. En este trabajo, se propone utilizar una herramienta basada en la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD por Computational Fluid Dynamics) para resolver la inyección directa de nafta en motores de combustión interna. El combustible inyectado se representa mediante un modelo Lagrangiano utilizando partículas, las cuales interactúan con la fase gaseosa intercambiando masa, momento y energía. Por otro lado, la fase gaseosa se resuelve mediante una formulación Lagrangiana-Euleriana-Arbitraria (ALE por Arbitrary Lagrangian Eulerian) necesaria para contemplar el comportamiento dinámico del motor. El modelo computacional se implementa en la suite OpenFOAM(R) donde las herramientas de malla dinámica y de seguimiento de gotas de combustible (partículas) se integran en un solver de flujo compresible. El modelo computacional se utiliza para estudiar la inyección directa de nafta en un motor de pistones opuestos desarrollado en la región. Se analiza la influencia de las diferentes variables del sistema de inyección con el objetivo de analizar las características de la mezcla aire-combustible para diferentes regímenes de funcionamiento del motor. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 42

Análisis modal de elemento viga con precarga axial

2020-09-30T20:03:04Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) Los ensayos no destructivos utilizados para estimar el nivel de solicitación de estructuras de espesor delgado, son una de las técnicas más importantes para la validación de nuevos diseños y modelos numéricos en la industria aeroespacial. En este contexto, con este trabajo se pretende indagar en las capacidades y limitaciones que resultarían de aplicar una Vibration correlation technique (VCT) para estimar el nivel de carga de una viga en condición de empotramiento en sus extremos. Aplicando esta metodología se analiza la variación de las frecuencias naturales de sus primeros tres modos de vibrar, al aplicarse una precarga axial de tracción o compresión a la viga en estudio. Se correlacionan resultados obtenidos por medio de modelos FEM con resultados experimentales obtenidos en los ensayos, analizando la influencia de considerar la imperfección geométrica del elemento viga en el modelado. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV no.46

Estudio aerodinámico de perfil alar Eppler 420 en condiciones de bajo número de Reynolds

2020-09-30T20:03:06Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) En este trabajo se presenta el estudio aerodinámico de un perfil alar con flap, en condiciones de bajo número de Reynolds, el cual es analizado mediante el uso de Ansys Fluent en una configuración 2D. Debido a que para este perfil no se ha conseguido resultados experimentales de referencia en condiciones similares al estudio, se ha decidido realizar un modelo de validación con un perfil FX63-137 para el cual ya se tenían resultados experimentales obtenidos en el túnel de viento. Una vez validado el modelo de cálculo se realizó el estudio sobre el perfil Eppler 420. El dominio que se va a utilizar es el modelado de perfil en el túnel de viento, ya que posteriormente se van a realizar estudios experimentales. La malla se ha estudiado con distintos refinamientos para lograr una independencia de mallado y asegurando que el valor de y+ sea el correspondiente para el modelo de turbulencia a utilizar para así poder capturar los fenómenos de capa límite de manera óptima. Para la simulación numérica se utilizó un solver basado en presiones con una formulación transitoria y un modelo de turbulencia k-omega – SST (Shear Stress Transport). Los resultados obtenidos para los distintos ángulos de ataque y deflexión de flap serán comparados con los valores experimentales de futuros ensayos en el túnel de viento. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV no.46

Transferencia de calor por conducción y radiación térmica combinadas en un medio semitransparente

2020-09-30T20:03:09Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) En este trabajo se ha resuelto numéricamente un proceso de transferencia de calor por conducción y radiación térmica combinadas en una cavidad de forma arbitraria rellena con un medio que absorbe, emite y dispersa anisotrópicamente la radiación térmica. Para resolver el problema planteado se ha desarrollado un código computacional basado en el método de los volúmenes finitos. En trabajos anteriores se analizó el proceso de transferencia de calor por conducción y radiación térmica combinadas en cavidades cilíndricas y esféricas con diferentes configuraciones térmicas y variadas condiciones de borde. En este trabajo la formulación en coordenadas cartesianas se extiende al análisis a cavidades bidimensionales irregulares y tridimensionales ortogonales, rellenas con un medio gris conductor, absorbente, emisor y anisotrópicamente dispersante. Las superficies de la cavidad son opacas, grises, difusas e isotérmicas y la emisión es difusa desde la frontera. Se analiza la influencia de la conductividad térmica, coeficiente de absorción, coeficiente de dispersión, dimensiones de la cavidad y reflectividad de las paredes. Se ha efectuado un exhaustivo y detallado análisis de error y los resultados obtenidos fueron comparados con resultados disponibles. El análisis permite concluir que la metodología de cálculo desarrollada en este trabajo, se puede aplicar con un amplio margen de seguridad. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 41

Micro-scale thermal analysis of energy storage in cement-based composites containing phase change materials (PCMS)

2020-09-30T20:03:11Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) In the last decades, the use of smart components embedded inside cementitious materials, like Phase Change Material (PCM), has become a more and more attractive solution for saving energy and for providing a more efficient thermal comfortability to modern buildings. Present research running at the Institute of Construction and Building Materials (WiB) of TU-Darmstadt deals with the investigation of advanced coupling of two physical mechanisms represented by a heat problem and microstructural heterogeneities. The thermal response of such a composite system, along with occurring phase change phenomena, will be simulated at the microscale level. A virtual 3D porous microstructure with embedded PCMs, created with the available hydration model Hymostruc, provides a fundamental basis for the analysis of the morphological influence of PCMs on the effective thermal diffusion parameters. The work is aimed at investigating the influence of the morphological effect on the thermal effective properties of hydrating cement combined with Micro-encapsulated (M)-PCMs. Laboratory characterization of the PCMs was performed using a designated test set-up. The thermal performance of cement-based pastes with and without MPCMs were experimentally evaluated and used as benchmark for calibration purposes. Particularly, the obtained results combined with specific heat capacity of PCM-cement pastes and thermal conductivity measurements were taken as reference for validating the proposed numerical technique. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 41

Estudio de la transferencia de calor en el régimen de transición temporal laminar-turbulento en canales angostos para Reynolds moderados

2020-09-30T20:03:12Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) En el presente trabajo se estudia la transferencia de calor en el régimen de transición temporal laminar-turbulento en canales rectangulares angostos mediante experimentos numéricos usando simulación numérica directa (DNS). Para este fin se utilizó el código Incompact3d que resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes con transporte de un escalar pasivo (temperatura). El flujo se inestabilizó utilizando la inestabilidad tipo K, la cual está compuesta por ondas de Tollmien-Schlichting y por un par de ondas oblicuas. Las amplitudes de las ondas de Tollmien-Schlichting (A2d) y del par de ondas oblicuas (A3d) fueron de 8% y de 1 %, respectivamente. Se muestran resultados para el número de Nusselt local para Re = 5000 y 4200 con Pr = 1, y para la condición de flujo de calor uniforme en las paredes. Este coeficiente muestra una zona laminar en un periodo inicial, seguido de una región temporal de intermitencia y luego un flujo turbulento completamente desarrollado. Finalmente, estos resultados se comparan correctamente, desde el punto mínimo de transferencia de calor hasta la zona turbulenta, con los resultados de la transición espacial laminar-turbulenta simulados con los mismos parámetros seleccionados para el presente trabajo. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 41

Estudio comparativo de transferencia térmica en tobera supersónica mediante CFD

2026-05-07T14:27:41Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017); Mecánica Computacional; vol. XXXV, no. 41 En el presente trabajo se reproduce mediante herramientas de fluidodinámica computacional un ensayo experimental de transferencia de calor del aire caliente hacia la pared de una tobera supersónica. El estudio de dicha transferencia de energía en forma de calor es una parte crítica con respecto al diseño de un motor cohete, ya que los gases calientes que fluyen en el interior de la tobera pueden alcanzar valores de temperaturas mucho más altos que las temperaturas de fusión de los materiales utilizados en su construcción. Por lo tanto, es esencial tener conocimientos del comportamiento de esta transferencia térmica para saber la cantidad de energía que se transfiere en forma de calor y estimar la distribución de temperaturas alcanzadas por los materiales. Estos resultados parciales servirán para validar los modelos numéricos y de turbulencia para que los mismos sean utilizados en los procesos de diseño de nuevos motores. Se procede a generar un modelo bidimensional con simetría axial con las dimensiones geométricas de la tobera convergente – divergente utilizada en el ensayo experimental presentado en los trabajos de Back y Massier en el Jet Propulsion Laboratory de Pasadena (L. Back, P. Massier and H. Gier, Int J Heat and Mass Transf, 7:549-569 (1964); L. Back, P. Massier and R. Cuffel, J Spacecraft and Rocket, 4:1040-1047 (1967)). Las simulaciones numéricas fueron realizadas mediante el código Fluent. Se usaron distintos solvers numéricos (basados en densidad y en presión) para comparar los diferentes resultados numéricos con las mediciones experimentales de las temperaturas y los flujos de calor en la pared interna de la tobera convergente – divergente.

Estudio de la longitud característica para convección natural en recintos trapezoidales

2020-10-01T04:01:50Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) Completando el estudio de la transferencia de calor en recintos trapezoidales, en este trabajo se realiza un estudio numérico del problema de convección natural transitoria en un recinto trapezoidal, cuyas paredes activas (inferior y superior) se inclinan en forma simétrica. La razón de aspecto, cociente entre altura máxima y largo del recinto, varía entre 0.5 y 0.7, el ángulo de inclinación de las paredes del recinto de 0 (geometría rectangular) hasta un ángulo máximo (geometría prácticamente triangular) y el salto de temperatura impuesto en las paredes inferior y superior de 1 °C a 40°C. En trabajos anteriores se ha analizado la misma geometría para razones de aspecto 0.1 a 0.4 (baja razón de aspecto) y 0.8 a 1.2 (prácticamente cuadrado). En el primer caso, se ha encontrado el establecimiento de celdas convectivas del tipo estacionarias, con movimiento lateral de las mismas, y creación y destrucción de celdas convectivas. En tanto que en el segundo caso, se ha determinado un ángulo crítico que permite distinguir dos regímenes: tipo calentado por debajo y calentado de lado. En este tipo de geometrías existen diferentes alternativas para la elección de una longitud característica que permita describir el comportamiento real del flujo y calcular el número de Nusselt y de Rayleigh, correspondiente. Para recintos con baja razón de aspecto, se ha utilizado la proyección vertical de la pared inclinada del recinto trapezoidal (S. Esteban, et al., Mecánica Computacional, 34: 1827-1841 (2016)), en tanto que para recintos prácticamente cuadrados, dependiendo del ángulo de inclinación se ha utilizado además la proyección vertical del lado inclinado, como longitud característica (S. Esteban, et al., AVERMA, 3: 08.173-08.183, (2015)). En este trabajo, se presenta y describe las características de flujo que se desarrolla en el interior del recinto y la evolución temporal del número de Nusselt. Se obtiene correlaciones entre el número de Nusselt, Rayleigh, ángulo de inclinación y razón de aspecto, para cada uno de los tipos de regímenes encontrados. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 41

Soluciones aproximadas para el problema de Stefan a una fase con una condición convectiva en el borde fijo

2020-10-01T04:01:51Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) En este trabajo se consideran diferentes aproximaciones para un problema unidimensional de Stefan (solidificación) a una fase con una condición convectiva en el borde fijo para un material semiinfinito. Se compara la solución exacta de dicho problema con las soluciones aproximadas obtenidas a partir del método de balance integral clásico y de una variante del mismo para un perfil de temperatura cuadrático en el espacio. En todos los casos, el análisis se realiza en forma adimensional utilizando dos parámetros: número de Stefan (Ste) y número de Biot (Bi). Además se analiza el caso cuando Bi tiende a infinito, recuperando las soluciones aproximadas obtenidas cuando se impone una condición de temperatura en el borde fijo. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 41

Elemento finito basado en la teoría de tensión de cupla para la vibración libre de micro vigas en voladizo

2020-10-01T04:01:56Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) Se presenta el desarrollo de un modelo en elementos finitos para el cálculo de las frecuencias naturales de micro vigas Timoshenko cantiléver. El material de la micro viga está compuesto por dos materiales constituyentes que se combinan siguiendo una ley funcionalmente graduada en la dirección longitudinal. Asimismo también se considera la variación del área de la sección transversal en esa dirección. El modelo se plantea en base una teoría de elasticidad no clásica, la Teoría Modificada de Tensión de Cupla (conocida por su sigla en inglés como MCST). Esta teoría contiene una sola constante de longitud de escala del material que permite capturar el efecto de las micro dimensiones de la estructura vibrante. El modelo desarrollado recobra la clásica teoría de vigas Timoshenko cuando el parámetro de longitud de escala del material se hace nulo. Y es posible reducirlo al modelo de microestructuras de Euler-Bernoulli cuando se desprecian los efectos del esfuerzo de corte y de la inercia rotatoria en la micro viga. El método de Elementos Finitos (MEF) es utilizado para plantear la solución aproximada y obtener los coeficientes de frecuencia natural de micro vigas cantiléver Timoshenko. Los resultados numéricos se comparan en el límite con vigas de macro escala que corresponden a la teoría de elasticidad clásica y cuando es posible con resultados para micro vigas publicados en la literatura. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 40

Modelo de optimización topológica aplicado al diseño de parches de material compuesto adheridos a placas fisuradas

2020-10-01T04:01:56Z

Objeto de conferencia XXIII Congreso de Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF) (La Plata, 7 al 10 de noviembre 2017) En el presente trabajo, se ha desarrollado un modelo numérico aplicado a la optimización de parches de material compuesto adheridos a placas prefisuradas. Los parches son adheridos a la placa utilizando una capa de adhesivo de pequeño espesor entre sus caras. El modelo desarrollado permite analizar el efecto de los parches sobre la placa fisurada, frente a distintos tipos de solicitaciones. El proceso típico de diseño de estos parches de material compuesto, en placas fisuradas, se realizan mediante procesos iterativos donde se adoptan arbitrariamente parches con distinta geometría y se verifica la estabilidad de la fisura en cada caso. Asimismo, existen estudios en los que se han analizado los parches más eficientes en casos sencillos, donde las placas a reparar son de espesor delgado y las fisuras son rectas. Sin embargo, este proceso de diseño no garantiza que la forma del parche sea la óptima, sino que permite establecer comparativamente la eficiencia de una configuración determinada en relación a otra. Con el objetivo de obtener diseños más eficientes, en este trabajo se ha propuesto un algoritmo de optimización topológica que ha sido implementado en un código comercial de análisis por el Método de los Elementos Finitos, aplicado el diseño de refuerzos de material compuesto en elementos estructurales. Para evaluar la capacidad del modelo se han estudiado distintos casos de placas fisuradas de distintos materiales reparada con parches de material compuesto. A partir de los resultados obtenidos, es posible concluir que el algoritmo de optimización topológica desarrollado es una herramienta numérica con gran potencial para ser aplicada al diseño eficiente de parches, permitiendo adaptar su geometría al material a reparar, a las forma de las fisuras, y a las solicitaciones. Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no.40