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Instrumentación óptica basada en microprocesadores de alta velocidad para la detección y análisis de la cavitación hidrodinámica aguas abajo de una boquilla fabricada aditivamente

Autores: West, Luís Gustavo Macêdo; Simões, André Jackson Ramos; Teixeira, Leandro do Rozário; Oliveira, Lucas Ramalho; Gomes, Juliane Grasiela de Carvalho; Anjos, Igor Silva Moreira dos; Devesa, Antonio Samuel Bacelar de Freitas; Gomes, Leonardo Rafael Teixeira Cotrim; Pereira, Lucas Gomes; Neto, Iran Eduardo Lima; Gonçalves, Júlio Cesar de Souza Inácio; Junior, Luiz Carlos Simões Soares; Guedes, Germano

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2026

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Acceso abierto

Artículo científico
2026

Instrumentación óptica basada en microprocesadores de alta velocidad para la detección y análisis de la cavitación hidrodinámica aguas abajo de una boquilla fabricada aditivamente


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Desarrollo
Validación
Cavitación hidrodinámica
Sistema de adquisición de datos ópticos
Análisis espectral
Intensidad de turbulencia

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 2

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este estudio presenta el desarrollo y validación de un sistema de adquisición de datos óptico de alta velocidad para detectar y caracterizar la cavitación hidrodinámica aguas abajo de una boquilla triangular. El sistema integra un fotodiodo PIN, un amplificador de transimpedancia y un microcontrolador de alta tasa de muestreo. Su rendimiento fue evaluado inicialmente utilizando señales sinusoidales controladas, y la estabilidad estadística se evaluó en función del número de muestras adquiridas. Posteriormente, se llevaron a cabo experimentos en un conducto convergente-divergente bajo condiciones de flujo bifásico, donde se analizaron la irradiancia media, la desviación estándar y los espectros de frecuencia aguas abajo de la boquilla. Las distribuciones de señales ópticas revelaron transiciones en el comportamiento del flujo asociadas con el desarrollo de la cavitación, que se cuantificaron a través de métricas estadísticas y características espectrales. El número de Strouhal se estimó a partir de las frecuencias dominantes extraídas de los espectros, exhibiendo una dependencia no monótona del número de Reynolds, consistente con los cambios en la estructura del flujo y la intensidad de la turbulencia. El análisis espectral indicó además bandas de frecuencia asociadas con la transferencia de energía a través de escalas turbulentas y la dinámica de burbujas. En general, los resultados demuestran que el sistema óptico propuesto constituye una metodología viable y no intrusiva para detectar y caracterizar la intensidad de la cavitación de una manera que complementa otros métodos ópticos y acústicos.

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