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INFORME TÉCNICO FINAL

TÍTULO DEL PROYECTO

Procesamiento de imágenes utilizando el software DigiFlow en la

implementación del schlieren sintético para el estudio de la ventilación

natural en edificaciones.

Presenta:

Montserrat Alejandra Cantoral Mendoza

Director del proyecto: Dr. Ramón Tovar Olvera

Temixco, Morelos; 25 de febrero de 2017.

UNIVERSIDAD

POLITÉCNICA DE CHIAPAS

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ÍNDICE

IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO ...........................................................................................3

PRESENTACIÓN ............................................................................................................................4

AGRADECIMIENTO .........................................................................................................................4

CONTENIDO ....................................................................................................................................5

RESUMEN .......................................................................................................................................5

ABSTRACT .......................................................................................................................................5

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................5

MATERIALES Y MÉTODOS .........................................................................................................6

RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................................................14

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................15

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................16

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IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO

TÍTULO DEL PROYECTO: Procesamiento de imágenes utilizando el software

DigiFlow en la implementación del schlieren sintético para el estudio de la

ventilación natural en edificaciones.

CARRERA: Licenciatura en ingeniería en energía.

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN INNOVACIÓN O DESARROLLO TECNOLÓGICO:

Energía en edificaciones.

FECHA DE INICIO: 05 de septiembre del 2016.

FECHA DE TERMINACIÓN: 09 de diciembre del 20116.

UNIDAD EJECUTORA: Maestría en ingeniería en energía con especialidad en

arquitectura bioclimática/laboratorio de termociencias.

INSTITUCIÓN DE CONVENIO: Instituto de Energías Renovables de la UNAM.

DIRECTOR DEL PROYECTO: Dr. Ramón Tovar Olvera.

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PRESENTACIÓN

Debido a la colaboración que tiene la Universidad Politécnica de Chiapas con el

Instituto de Energías Renovables de la UNAM se logran llevar a cabo proyectos de

investigación en el área de energía en edificaciones en los cuales miembros de

ambas instituciones trabajan en conjunto cumpliendo los objetivos.

Dichas instituciones tienen personal capacitado en áreas de estudio a fines al igual

que cuentan con un equipamiento óptimo de talleres y laboratorios lo que

promueve un trabajo en equipo eficiente y con ello el cumplimiento de metas. Por

lo tanto el ser parte del desarrollo de un proyecto de investigación es gratificante

debido a que estas en constante retroalimentación aportando y adquiriendo

conocimiento.

El proyecto llevado a cabo en el reporte técnico presente, se enfoca en el estudio

de la transferencia de energía en edificaciones, utilizando la técnica del schlieren

sintético, el cual es un tema sumamente interesante e importante ya que se

analiza el comportamiento del flujo de fluidos que presentan un gradiente de

temperatura y con ello se identifica el tipo de ventilación adecuada en una

edificación.

El desarrollo del proyecto se realizó en las instalaciones del Instituto de Energías

Renovables de la UNAM, en el laboratorio de transferencia de energía y masa, el

cual contaba con el schlieren sintético así como el hardware y software necesario

para el estudio.

AGRADECIMIENTO

Al Instituto de Energías Renovables de la Universidad Nacional Autónoma

de México, por recibirme como institución y facilitarme los medios necesarios para

realizar este trabajo.

A mi asesor laboral el Dr. Ramón Tovar, por el apoyo y confianza brindada

durante todo el trabajo realizado.

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CONTENIDO

RESUMEN

Se llevó a cabo el procesamiento de fotografías generadas en el trabajo

experimental de la Implementación del schlieren sintético para el estudio de la

ventilación natural en edificaciones [7]. Mediante el software DigiFlow para realizar

el análisis del flujo de fluido en una habitación a escala con diferentes

configuraciones de ventanillas para estudiar el comportamiento de las plumas

térmicas generadas y así llegar a una conclusión científica fundamentada en el

área de ventilación natural en edificaciones.

ABSTRACT

We carried out the processing of photographs generated in the experimental work

of the Implementation of synthetic schlieren for the study of natural ventilation in

buildings [7]. Using DigiFlow software to perform fluid flow analysis in a scale room

with different configurations of windows to study the behavior of the generated

thermal plumes and so arrive at a scientific conclusion based on the area of natural

ventilation in buildings.

INTRODUCCIÓN

El viento es uno de los parámetros más importantes a considerar de la

arquitectura, ya sea para captarlo, para evitarlo, o controlarlo. El viento es un

elemento de climatización pasiva que ha sido utilizado de manera muy importante

en la arquitectura de todos los tiempos y de todo lugar [4].

La ventilación es el proceso de hacer llegar aire nuevo a un espacio específico, es

decir, hacer circular el aire del interior y/o intercambiarlo por aire fresco del exterior

ya sea de manera forzada o natural [1]. La ventilación natural es aquella que

aprovecha los fenómenos naturales que producen el movimiento del aire para

generar la circulación y renovación de mismo aire en el interior de un espacio sin

consumir energía eléctrica [2].

Consideramos la ventilación como el proceso de proporcionar aire fresco a los

ocupantes del edificio, con el fin de mantener una buena calidad del aire estándar

con un costo mínimo de capital y del impacto ambiental [3]. Por ello, para realizar

el diseño de las edificaciones se requiere considerar la ventilación, ya que es

sumamente importante debido a que con ella logramos la renovación del aire, el

control del calor, entre otras, proporcionando condiciones de confort en la

edificación.

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El estudio de la ventilación natural se hace para resolver el problema de

insatisfacción generada en los habitantes de los edificios debido a las condiciones

climáticas interiores. Con el análisis del flujo de calor en un prototipo a escala,

expuesto a diversos casos de estudio se identifica cuál es el más eficiente en

cuanto a la recirculación del aire.

MATERIALES Y MÉTODOS

El laboratorio de Transferencia de Energía y Masa cuenta con el equipamiento para llevar a cabo la técnica del schlieren sintético. El equipamiento consiste en un tanque de acrílico, lámpara de LED, cámara fotográfica, computadora, tarjeta de adquisición.

Anteriormente con dicha técnica “se realizó la metodología de modelado de

pequeña escala para representar a nivel de laboratorio la ventilación natural en

una habitación, el modelo cuenta con diversas aberturas que pueden actuar de

manera individual o combinada para producir distintas configuraciones de

ventilación. Además, se instaló y se ocupó la técnica de schlieren sintético como

herramienta de visualización de fluidos en movimiento, se emplearon termopares

como método para la medición de temperaturas, tal y como se ha descrito

previamente (Edgar Peralta, 2015)” [7].

En dicho trabajo experimental fueron captadas una serie de fotografías de los

distintos casos de estudio para el análisis del flujo de fluidos las cuales sirvieron

para realizar el procesamiento de imágenes y así analizar su comportamiento.

El procesamiento de fotografías obtenidas en los experimentos realizados con

anterioridad, se llevaron a cabo utilizando el software especializado DigiFlow

versión 3.6.0 de Dalziel Research Partners, el cual ofrece diversas funciones para

el análisis del flujo de fluidos [5]. Dicho software se encontraba instalado en una

computadora de escritorio, la cual contaba con una tarjeta madre Gigabyte

GZ87MD3H1150, procesador Intel I7 4770 4-CORE, memoria DDR3 8 GB,

Windows 8 OE y Office Profesional. En la cual se llevó a cabo todo el

procesamiento.

Al arrancar el software, se recomienda que utilice un nuevo directorio para cada

nuevo conjunto de experimentos y para cada nuevo proyecto. De esta manera,

facilitará el uso de DigiFlow para el almacenamiento de archivos. Es conveniente

iniciar DigiFlow desde el símbolo del sistema dentro de la estructura de directorios

adecuada [6].

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Figura 1. Arranque de DigiFlow desde el símbolo del sistema.

Para el análisis de imágenes schlieren, en DigiFlow se utilizó la herramienta

Pattern Matching.

Figura 2. Localización de la herramienta Pattern Matching.

En el cuadro de diálogo Synthetic Schlieren, se configuró conforme a los datos

que nos indicó el programador de DigiFlow el Dr. S. Dalziel al solicitarle ayuda

para realizar el procesamiento de imágenes en el software DigiFlow.

De los 6 menús disponibles, sólo se configuraron 3 de ellos los cuales son: Inputs,

Outputs e Interrogation.

En el apartado Inputs se realizó la siguiente configuración:

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Figura 3. Configuración menú Inputs.

En la pestaña Outputs se configuró de la siguiente manera:

Figura 4. Configuración menú Outputs.

Por último en la pestaña interrogation se configuró de esta forma:

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Figura 5. Configuración menú Interrogation.

Iniciamos el procesamiento de imágenes dando click en el botón Aceptar

Figura 6. DigiFlow durante el procesamiento de Imágenes.

Con las imágenes procesadas se realizó una película en el software DigiFlow con

la herramienta Export Simple AVI con la finalidad de realizar el estudio del análisis

del flujo de fluido de mejor manera.

Se presentan las siguientes imágenes de los pasos que se llevaron a cabo en

orden cronológico para dar como resultado la película en formato .AVI

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Figura 7. Selección de la herramienta Export Simple AVI.

Figura 8. Localización de los archivos a procesar.

Se seleccionaron las imágenes que serán utilizadas para la creación de la

película, debido a que será una serie de imágenes, se hizo uso de #### para que

se le indicara al software que al procesar tomaría toda la cadena de imágenes en

las cuales varía únicamente los 4 últimos dígitos [6]. Tal como se puede apreciar

en la imagen:

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Figura 9. Selección de las imágenes a procesar

Una vez que se seleccionaron las imágenes se indicó como se guardaría el

producto del proceso.

Figura 10. Denominación y almacenamiento del archivo a procesar.

Se le proporcionó un nombre a la película el cual sería fácil de rastrear para

futuros usos o análisis.

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Figura 11. Asignación del nombre de la película.

Para cambiar la escala de colores con la que las imágenes serían procesadas, se

realizó la configuración de la herramienta Sift

Figura 12. Selección de la herramienta Sift.

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Dentro del menú Sift en la opción Region se indicó que para la creación de la

película se utilizara la gama de colores Default colours con la finalidad de que el

comportamiento del flujo del fluido fuera más notorio.

Figura 13. Selección de gama de colores con la opción Default colours .

Una vez configurado lo anterior únicamente se dio click en el botón OK para que el

software iniciara con la creación de la película.

Figura 14. Finalización de la configuración - inicio del procesamiento.

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Después de unos minutos, el software concluye el procesamiento y arrojó como

resultado una película en formato .AVI

Figura 15. Visualización de la película.

Para cada caso de estudio fue necesario realizar la configuración para el

procesamiento de imágenes como para la elaboración de la película.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se muestran los resultados obtenidos del procesamiento de fotografías obtenidas

de los experimentos realizados anteriormente en el modelo de la habitación

utilizando la metodología de pequeña escala [7]. Las fotografías comprendían los

flujos obtenidos con la técnica del schlieren sintético y mediciones de temperatura

adquiridas con un sistema de termopares [7]

Las imágenes procesadas fueron empleadas para crear películas en las cuales se

pudiera ver de manera más clara el comportamiento del flujo de fluido en los

diferentes casos de estudio.

Al reproducir las películas, estas mostraron plumas en las que indica la dirección

del flujo de fluido, en algunos casos el flujo se presentaba en una sola dirección y

en otros de manera bidireccional.

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El procesamiento de las fotografías se realizó con la finalidad de analizar el flujo

de fluidos y su comportamiento en una habitación a escala, cambiando la

localización de las ventanillas en dicha habitación, con tal estudio se pretende

llegar a una conclusión sustentada científicamente y así poder publicar un artículo

relacionado con el tema de ventilación natural en edificaciones escrito por el Dr.

Ramón Tovar y demás colaboradores.

Aún se continúa realizando el procesamiento de las fotografías de los casos de

estudio restantes, una vez terminado dicho procesamiento se analizarán los datos

y así llegar a una conclusión general sobre el tema “ventilación natural en

edificaciones”.

Se recomienda que al hacer uso del software DigiFlow, se estudie el manual del

mismo ya que como se trata de un software especializado, se requiere tener

ciertos conocimientos anteriores a su uso para hacer más fácil el manejo del

mismo.}

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BIBLIOGRAFÍA

[1] N. khan, Y. Su, and S. Riffat. A review on wind drive ventilation techniques.

Energy and Buildings, 40(8):1586-1604, 2008. ISSN 03787788.

[2] E. Yarke and A. Mermet. Ventilación natural en edificios. Fundamentos y

métodos de cálculo para la aplicación de ingenieros y arquitectos. Nobuko,

2005. ISBN 987584036X.

[3] C. Gallo, M. Sala, A.A.M. Sayingh. Architecture: Comfort and energy, 158-

139, 1998. ISBN 0-08-043004-X.

[4] Viqueira Rodríguez Manuel. Introducción a la arquitectura Bioclimática,

81(2-3), 2011. ISBN 978-968-18-6212-1.

[5] S. Danziel and Danziel Research Partners. DigiFlow. URL

http://www.danzielresearch.com/digiflow/. Disponible el: 6 de septiembre de

2016.

[6] S. Danziel and Danziel Research Partners. DigiFlow User Guide version

3.6. 9, 20, junio 2014.

[7] E. Peralta. Implementación del schlieren sintético para el estudio de la

ventilación natural en edificaciones. Master´s thesis, Universidad Politécnica

del Estado de Morelos, 2015.