Los sistemas de velocimetría por imágenes de partículas (PIV) permiten mediciones ópticas no intrusivas de campos de velocidad en fluidos líquidos y gaseosos.

Históricamente, estos sistemas han estado fuera del alcance de la mayoría de los laboratorios educativos debido a su elevado coste y, lo que es más importante, a preocupaciones de seguridad debido a la iluminación láser que suele incorporar.

La serie EduPIV, de nuestro socio tecnológico Dantec Dynamics, consta de sistemas para PIV en un plano y estéreo, ofreciendo una solución segura, asequible y llave en mano para presentar a los estudiantes esta poderosa técnica. Estos sistemas emplean una fuente de iluminación basada en LED, segura y fácil de operar y que combina excelente confiabilidad y rendimiento. Incluyen todo el hardware, software y experimentos de flujo necesarios para llevar a cabo demostraciones y experimentos PIV simples y avanzados sin la necesidad de ningún equipo adicional que no sea un PC.

Para la adquisición de datos, el procesamiento de imágenes y análisis de flujo, el sistema incluye el software DynamicStudio EduPIV para brindar a los estudiantes las últimas herramientas.

Beneficios del sistema EduPIV

• Mediciones PIV para cursos de laboratorio de mecánica de fluidos
• Soluciones Planar PIV y Stereo PIV disponibles
• Posibilidad de actualización de EduPIV a EduStereoPIV y a sistemas más avanzados
• Formación de estudiantes, preparándoles para la investigación PIV durante y después de la universidad
• Operación segura con iluminación LED: No se requiere láser
• El potente software DynamicStudio EduPIV ofrece a los estudiantes una experiencia PIV integral
• Diseño de circuito de flujo simple y flexible. Fácil de agregar experimentos creados por estudiantes

Las soluciones EduPIV y EduStereoPIV

La velocimetría por imagen de partículas (PIV) es una técnica de medición óptica no intrusiva, para la investigación y el diagnóstico de procesos de flujo, turbulencia, microfluidos, atomización por pulverización y combustión.

El fluido se siembra de pequeñas partículas que siguen su movimiento. Estas partículas se iluminan y captan mediante al menos una cámara para, posteriormente, analizar su movimiento utilizando el software PIV.

El PIV 2D2C estándar (2 dimensiones, 2 componentes) utiliza una sola cámara y mide dos componentes de velocidad en el plano iluminado. Normalmente, estos sistemas constan de una cámara, un láser con algunos componentes de guía del haz, una óptica de lámina de luz, un sincronizador y un PC para la adquisición, almacenamiento y análisis de datos.

En el caso de un sistema StereoPIV (2D3C), se requiere una segunda cámara y un objetivo de calibración, que se utilizan para proyectar los vectores planos en el plano de iluminación en la tercera dimensión.

Para ambos sistemas se utiliza una fuente de iluminación LED y fibra óptica en lugar de un láser, y la sincronización de la imagen se controla completamente mediante la configuración de la cámara en el software DynamicStudio. La configuración del sistema hace que su funcionamiento sea seguro y sencillo, lo que permite a los estudiantes centrarse en aprender los principios de medición en lugar de operar un hardware complejo.

Se incluye un sistema de medición y configuración experimental completo para proporcionar una solución llave en mano para la instrucción PIV. La base de la configuración del flujo es un experimento con un tanque de agua (circuito de flujo) con una bomba y una boquilla variables. La boquilla produce un chorro de agua que permite realizar una variedad de pruebas y el circuito de flujo se puede reconfigurar fácilmente para pruebas adicionales.

Se utilizan esferas de poliamida del tamaño de una micra para sembrar el flujo, y una o dos cámaras FlowSense USB 2M-165 capturan el movimiento de las partículas.

Las imágenes se analizan utilizando el software DynamicStudio para proporcionar mapas de velocidad globales, estadísticas de turbulencia, análisis escalar, evaluación temporal/espectral y visualización del flujo.

Experimento de bucle de flujo EduPIV

El circuito de flujo consta de un tanque de agua sobre un marco de aluminio con un soporte deslizante para la cámara y una óptica de lámina de luz.

El LED y la óptica iluminan el plano de medición y el brazo deslizante mueve la cámara y la lámina de luz juntas para obtener imágenes de diferentes áreas del flujo. La bomba y la boquilla incluidas proporcionan un flujo con salida variable, controlado por un controlador electrónico.

El chorro de agua puede funcionar en los siguientes modos:

Flujo constante: Este es el modo de flujo más básico, que se utiliza para enseñar a los estudiantes los fundamentos del método PIV. Consiste en un flujo en chorro turbulento y casi constante. La velocidad del flujo es variable hasta aproximadamente 50 cm/s con la boquilla suministrada. Se pueden lograr velocidades más altas o bajas usando diferentes boquillas.

Aquí, los estudiantes aprenden los parámetros básicos para realizar experimentos PIV: Conceptos básicos de sincronización, siembra, configuración de la cámara e iluminación.

Flujo periódico: La velocidad del chorro fluctúa periódicamente para crear un flujo de chorro dinámico. Esto permite a los estudiantes realizar análisis temporales, espectrales y modales.

Se introduce una mayor consideración de los parámetros PIV para tener en cuenta las mayores variaciones en la velocidad.

DynamicStudio

El software DynamicStudio EduPIV vincula la adquisición, el procesamiento de datos y el análisis de resultados en una potente interfaz de usuario.

Para calcular los campos de velocidad a partir de imágenes sin procesar adquiridas y analizar los resultados, se utilizan el paquete DynamicStudio Base y el complemento para el análisis PIV 2D2C.

El sistema EduPIV incluye el potente software DynamicStudio EduPIV para brindar a los estudiantes una experiencia PIV del mundo real con las técnicas de procesamiento más avanzadas disponibles para 2D2C PIV y Stereo PIV. Dado que la adquisición y el análisis de datos se realizan en el mismo software, no hay necesidad de mover los datos. Las rutinas de análisis dedicadas y las secuencias de análisis personalizadas permiten una rápida investigación y visualización de los resultados.

El software es muy fácil de usar e incluye amplias funciones de intercambio de datos (por ejemplo, MATLAB) para proyectos e informes de estudiantes más avanzados.

Sistema estéreo y actualización

Para enseñar y capacitar los conceptos básicos de Stereo PIV, se puede actualizar el sistema 2D2C o se puede solicitar directamente un sistema EduStereoPIV.

Con este sistema, también es posible medir la tercera componente de velocidad del flujo dentro del plano de la lámina de luz, lo que da como resultado datos 2D3C. Para ello, además del sistema EduPIV estándar, se entregan una cámara adicional, soportes Scheimpflug y un objetivo de calibración.

Con las monturas Scheimpflug se corrige el problema de la profundidad de campo al mirar un plano en ángulo. Al igual que con los sistemas estándar, las monturas inclinan el plano del sensor en lugar de la lente. Esto tiene múltiples ventajas ya que el campo de visión sigue siendo el mismo al inclinar el sensor con una lente fija. Si la lente estuviera inclinada, el campo de visión cambiaría, por lo que habría que mover y alinear la cámara nuevamente.

Además, es posible alinear con precisión la posición del sensor con el punto de giro. Esto es necesario para compensar las tolerancias ópticas y de fabricación. Combinada con las brillantes lentes con montura F de 35 mm f2.0, la configuración óptica está lista para cualquier cosa, incluidas mediciones más avanzadas dentro o fuera de este circuito de flujo.

Para acomodar las monturas Scheimpflug y las lentes más grandes, el equipo de cámara para el sistema EduStereoPIV también se rediseñó y utiliza perfiles más grandes en comparación con el sistema EduPIV estándar, lo que añade más rigidez y reduce la probabilidad de que las cámaras se desalineen.

Para referenciar la posición de las cámaras y la relación entre ellas, es necesario calibrarlas espacialmente. Esto se hace mediante el objetivo de doble cara y doble capa que forma parte del sistema y agrega valor, ofreciéndole una calibración de las dos cámaras con una sola imagen. Este proceso establece el estándar de la industria con sus algoritmos de detección de puntos totalmente automáticos. Con él, la configuración se puede calibrar hasta un error de reproyección inferior a 0,15 píxeles. Este valor, que ya es excelente, se puede refinar aún más, hasta menos de 0,05 píxeles, aplicando un refinamiento de calibración, lo que casi elimina los errores de calibración.

Si desea recibir información adicional o que nos pongamos en contacto con Ud. para comentar más en detalle esta u otras soluciones, no tiene más que llamarnos al 91 805 19 10 o enviarnos un e-mail. ¡Estaremos encantados de ayudarle!