Presentación PFC Víctor Mtz. Abellán

“Estudio de la influencia de la geometría de

toberas planas transparentes en la formación

de cavitación mediante la visualización del

flujo interno”

Autor:

Víctor Martínez Abellán

Titulación:

Ingeniero Técnico Industrial.

Especialidad Mecánica

Director:

Jaime Gimeno García

Codirector:

Oscar Venegas Pereira

Índice

1. Introducción

2. Instalaciones experimentales

2.1. Maqueta de micro-visualización

2.2. Carrito de inyección

3. Metodología y resultados

3.1. Ensayo de permeabilidad

3.2. Ensayos de visualización

3.3. Influencia de la cavitación

4. Conclusiones

2 Proyecto final de carrera Julio 2013

Índice

1. Introducción








4. Conclusiones


4

1. Introducción

Objetivos del proyecto

• Caracterización hidráulica y estudio de la influencia de la geometría en la

formación de cavitación.

• Visualización del flujo interno y de los primeros milímetros del chorro.

• Comparativa de la formación de cavitación a partir de la caracterización

hidráulica y los resultados de visualización.

• Análisis de la influencia de la cavitación sobre el comportamiento del chorro.

. Justificación

• Necesidad de obtener mas información acerca de la influencia que

tiene el fenómeno de la cavitación en el desarrollo del chorro diesel.

Proyecto final de carrera Julio 2013

5

1. Introducción

Cavitación: Fenómeno físico de cambio de fase, de líquido a vapor, provocado

por el descenso local de presión en una zona de recirculación.

Zona recirculación

FLUJO INTERNO


Índice

1. Introducción








4. Conclusiones


2. Instalación experimental

2.1. Maqueta de micro-visualización.


Consta de 3 elementos principales:

•

•

•


8

• Láminas de hojalata (espesor 200 µm).

• Ventanas de visualización de

metacrilato.

• Orificio de descarga asimétrico.

Tobera

W

(μm)

re

(μm)

L

(mm)

A 232 0 1.42

B 256 150 1.42

C 254 0 2.14

D 118 0 1.42

E 834 0 1.42

F 447 0 1.42


Tobera plana transparente




Caudal de inyección: 2.5 l/min

Índice

1. Introducción








4. Conclusiones




11

• Se inyecta gasoil en gasoil (élite

plus).

• Inyección estacionaria

(continua).

• Presiones de inyección

(30, 50, 70 y 100 bar).

• Contrapresiones (1.5 a 35 bar).

• Balanza gravimétrica para medir

el gasto másico de combustible.



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Colapso del flujo másico: criterio tradicional (Nurick) para definir el

comportamiento cavitante (Kcrítico).



Medidas de gasto másico

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• Toberas con mayor W colapsan a condiciones de

presión menos críticas (mayor Kcrítico).

• Tobera (B) con radio de acuerdo muestran

menor tendencia a colapsar.

Piny = 100 bar

Tobera Kcrítico

A 1.39

B -

C 1.17

D 1.10

E 1.19

F 1.42


Tobera A, D, E, F Distinto W Cavitar

> W +

Tobera A y B Distinto re Cavitar

> re -

Tobera A y C Distinta L Cavitar

> L -

Tendencia a cavitar

Índice

1. Introducción








4. Conclusiones



15

Figura 12. Esquema de sincronización y captación de imágenes


• Inyectando en gasoil: observar la

cavitación en el interior del orificio.

• Inyectando en aire: visualizar los primeros

milímetros del chorro.

• Diferencias índice de refracción:

combustible líquido (1.483) y vapor/aire (1).

Visualización:

• Iluminación trasera difusa (Led).

• Tamaño ventana: 2.2 x 3 mm.

• Resolución: 465 pixel/mm.

• Tiempo de exposición: 300 ns.



16

Inyectando en combustible

• Se observa cavitación en el orificio y burbujas en el chorro.

• Nuevo criterio para detectar la aparición de cavitación: visualización de las

primeras burbujas de vapor dentro el orificio.

K incipiente


Número de

cavitación incipiente:

condiciones de

contrapresión en las que

aparecen las primeras

burbujas.


17



Piny 100 bar

Tobera C Tobera F

Piny = 100 bar

Tobera Kcrítico Kincipiente

A 1.39 1.59

B - 1.08

C 1.17 1.46

D 1.10 1.23

E 1.19 1.49

F 1.42 1.85

• La cavitación incipiente ocurre antes de que el

flujo másico colapse, para condiciones menos

críticas (mayor K).

Comparativa

números de

cavitación


18




19

Inyectando en aire


Instalación experimental

Flujo de aire


20

Regímenes de atomización observados

Inyectando en aire

• Se observan los primeros 3 milímetros del chorro.



21

Inyectando en aire

Mediante procesado de imágenes se obtiene el ángulo de apertura del

chorro. Muestra la influencia de la cavitación.



22

Inyectando en aire


Índice

1. Introducción








4. Conclusiones



24

3.3. Influencia de la cavitación en el chorro

Cavitación + direccionalidad del flujo aumento del ángulo superior del chorro

Cavitación aumento del ángulo de apertura del chorro


Índice

1. Introducción








4. Conclusiones



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4. Conclusiones

• Se ha caracterizado el comportamiento hidráulico en

diferentes tobera planas transparentes. Detección del punto de

colapso del gasto másico, Kcrítico.

• La cavitación incipiente (Kincipiente) aparece antes del

colapso del gasto másico.

• El ángulo del chorro sufre un incremento significativo bajo

condiciones de cavitación.

• La presencia de cavitación y la direccionalidad del flujo tiene

influencia sobre el ángulo de apertura.


“Estudio de la influencia de la geometría de toberas

planas transparentes en la formación de cavitación

mediante la visualización del flujo interno”

Autor:

Víctor Martínez Abellán

Director:

Jaime Gimeno García

Gracias por su atención

Anexo:

Diapositivas de apoyo

Anexo


A.1. Instalación experimental

Anexo


A.2. Carrito de inyección

• Inyectando

en régimen continuo.

• A través del

conducto de la tapa

superior.

• Diferente régimen

de giro motor (f).

• Caudal 2.5 veces

superior que el antiguo

carrito.

Anexo


A.3. Background

Grietas ventanas de visualización

• Deformaciones provocadas por los

esfuerzos flectores.

Anexo


A.4. Análisis datos permeabilidad

Correlaciones:

• Cd evalúa la capacidad de descarga

• A mayor W menor valor asintótico

del coeficiente de descarga (parámetro A)

Coeficiente descarga:

Anexo


A.4. Análisis datos permeabilidad

• Kincipiente para condiciones del

flujo menos turbulentas y mayor presión

de descarga.

Anexo


A.5. Análisis datos visualización

Procesado de imágenes:

Obtención del contorno para cada imagen y contorno promedio para cada CP.

Promedio Tobera F

Contorno Tobera C

Anexo


A.5. Análisis datos visualización

Distancia entre picos (S): Disminuye conforme aumenta la densidad y el ángulo

de apertura.

Anexo


A.6. Imágenes ensayos de visualización

Tobera A

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Automotive

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