Distribución de densidad en láminas de fluido por medio de

Distribución de densidad en láminas de fluido por medio de
Fluorescencia Inducida por Luz
La técnica diagnóstica de Fluorescencia Inducida por Luz (o LIF, del inglés Light-Induced
Fluorescence) es frecuentemente empleada para la visualización de flujos y para
mediciones cuantitativas de parámetros escalares en líquidos y gases. Provee
información instantánea no intrusiva en un plano del campo de flujo, sin el promediado en
la línea de visión propio de las técnicas schlieren, shadowgraph o basadas en el uso de
colorantes. Se basa en la estimulación de moléculas contenidas en el fluido capaces de
emitir una radiación característica después de ser excitadas con una radiación de longitud
de onda apropiada. La fuente de luz usada comúnmente es un láser, pero también
pueden emplearse lámparas de arco que emiten luz en la longitud de onda de absorción
del material.
La técnica LIF ha sido generalizada para su implementación en recipientes de forma
arbitraria y aplicada, en particular, a la investigación de los flujos no estacionarios
generados en un canal de sección transversal no rectangular. Estos flujos constituyen el
paradigma apropiado para estudiar en el laboratorio las corrientes presentes en estuarios
y desembocaduras de ríos como, por ejemplo, la intrusión de agua marina provocada por
las mareas.
Pantalla
Agua salada
Compuerta
Hoja de luz
Agua
Lámpara
de xenón
Obturador
Mecánico
Video Cámara
Figura 1. Disposición experimental para aplicar LIF a un flujo en un canal de sección
transversal triangular.
Las imágenes son capturadas con una cámara con el plano objeto en foco coincidente
con la región iluminada del flujo. Un obturador mecánico (shutter) se coloca entre la
cámara y el tanque, sincronizado con el obturador electrónico de la cámara en el modo de
integración para eliminar la pequeña diferencia temporal (1/50s) usual entre los dos
campos de las imágenes capturadas. De esta forma se obtiene la resolución vertical
completa (400 líneas horizontales) con una velocidad máxima de captura de 25 imágenes
por segundo.
(d)
(b)
(c)
(e)
(f)
Figura 2: Distribución transversal de densidad en falso color para diferentes tiempos de
una corriente densa desplazándose sobre el fondo del canal.
Las imágenes ya procesadas de la Figura 2 están ordenadas de acuerdo al tiempo t
a partir del momento en el que el punto mas avanzado de la corriente aparece en la
imagen. La paleta de colores está relacionada con la densidad desde un valor mínimo
(fluido ambiente) hasta un valor máximo (fluido denso sin mezclar).
y (cm)
-10
-10
-12
-12
-14
-14
-16
-16
-18
y (cm)
-20
0
2
4
6
8
-10
-12
-12
-14
-14
-16
-16
-20
2
4
6
8
-10
-12
-12
-14
-14
-16
-16
-20
2
4
6
x (cm)
2
8
6
8
4
6
8
t=2.36s
-18
t=1.92s
0
4
t=1.48s
0
-10
-18
2
-18
t=1.04s
0
t=0.64s
0
-10
-18
y (cm)
-18
t=0.2s
0
2
4
6
8
x (cm)
Fig. 3. Isocontornos de densidad para los mismos casos de la Figura 2. El incremento
entre dos contornos consecutivos corresponde al 10% de la diferencia máxima de
densidad entre los fluidos usados.