Inestabilidades en Fluidos

La dinámica de los fluidos es un problema notablemente complejo debido esencialmente a la no linealidad de las ecuaciones que la modelan. La ausencia de una solución general a este tipo de problemas obliga a adaptar las técnicas a cada situación particular. En el laboratorio de inestabilidades en fluidos se han montado diversos experimentos e implementado varias técnicas experimentales inéditas en el país para el estudio de la dinámica de fluidos.

Problemas de estudio:

  • Fluidos visco-elásticos
  • Fuentes turbulentas y fluidos estratificados
  • Vórtices en resaltos hidráulicos circulares
  • Transporte de sedimentos.

 

Fluidos viscoelásticos

Se estudia la formación y evolución de las estructuras dinámicas, esta es una de las temáticas más activas de las ciencias no lineales y está presente en muchas áreas de la física.

Se estudia el comportamiento de los fluidos complejos cuando se desarrolla algún tipo de inestabilidad en el sistema. También se estudia cómo se aparta el comportamiento del sistema con respecto al de un fluido newtoniano. En particular, debido a que los fluidos complejos tienen una escala de tiempo característica (tiempo de relajación) es muy interesante estudiar la evolución del sistema cuando cesan las acciones externas. Esto abre un amplio campo ya que en los fluidos newtonianos la persistencia de estructuras, una vez que deja de actuar el agente externo, desaparecen.

Proyectos específicos:

  • Estudio del efecto de la concentración de polímero en el rompimiento de vórtices entre dos cilindros giratorios concéntricos.
  • Interacción sólido-fluido viscoelástico.
  • Inestabilidad de Faraday en fluidos viscoelásticos.

Teórico: A. Martí, G. Sarasúa, S. Kahan
Experimental: C. Cabeza, D. Freire y N. Barrere
Numérico: D. Freire
Investigador asociado: G. Usera, IMFIA, UDELAR

 

Fuentes turbulentas y fluidos estratificados

En esta línea se plantean varios problemas de relevancia tanto básica como aplicada. Primeramente, el problema de una fuente (chorro de fluido más pesado que su entorno estratificado) es de gran interés tecnológico en nuestro país por su conexión con el desarrollo de estrategias activas para mitigar heladas agro-meteorológicas de radiación. El dispositivo desarrollado en nuestro país, denominado SIS (Selective Inverted Sink), genera un movimiento vertical ascendente de aire frío, lo que induce una mezcla de aire de la superficie terrestre con aire a mayor temperatura localizado a algunos metros de altitud.

En el Laboratorio de Inestabilidades del Fluidos se ha montado un experimento a escala que posibilita (a través de técnicas de fluorescencia inducida y velocimetría por imágenes de partículas) visualizar la estructura del flujo y caracterizarlo, así como apoyar un eventual cambio de estrategia y/o mejora tecnológica de una aplicación en la que Uruguay ostenta la vanguardia, con patentes internacionales exitosas.

Videos de campos FTLE en una fuente turbulenta (click derecho -> guardar): Tiempo de advección fijo y Tiempo inicial fijo.

Proyectos específicos: Estudio de los efectos de introducir un chorro de fluido frío en una atmósfera cuya temperatura crece con la altura.

Teórico: A. Martí, G. Sarasúa, S. Kahan
Experimental: C. Cabeza, D. Freire y N. Barrere
Numérico: D. Freire y N. Barrere.
Investigadores asociados: Ernani Nacimento y Otavio Acevedo, UFSM, Brasil

 

Vórtices en resaltos hidraúlicos circulares

Un “microburst” es un fenómeno atmosfércio que consta de una ráfaga localizada y descendente de aire frío que impacta la superficie a gran velocidad. El resalto hidráulico.que se produce, genera un flujo de alta velocidad y vorticidad a nivel del suelo cuyo estudio resulta de interés para la física y la ciencia aplicada. En el laboratorio de inestabilidades en fluidos se montó un experimento a escala de un microburst en el que se usan las técnicas de fluorescencia y PIV para obtener campos de velocidad y vorticidad.

Proyectos específicos: Estudio del efecto de introducir un chorro de fluido frío cayendo a alta velocidad desde grandes alturas.

Proyecto en colaboración con el Departamento de Micrometeorología de la Universidad Federal de Santa María, Brasil.

 

Transporte de Sedimentos

El transporte de sedimento es un fenómeno complejo de gran interés práctico, dado que sus aplicaciones van desde el estudio de erosión de suelos, lechos de ríos y costas, hasta el análisis de procesos industriales relacionados con la manipulación de alimentos o medicamentos, en donde puede ser de interés (o no) desprender sedimentos depositados en las paredes de las cañerías. Esta línea de trabajo se enmarca en un vínculo de larga data con el Grupo de Medios Porosos de la Universidad de Buenos Aires y la inquietud de investigadores del Instituto de Mecánica de los Fluidos de utilizar la técnica PIV para caracterizar los procesos descriptos, utilizando a las partículas (que se siembran en el lecho) como sedimento. Entonces, los resultados podrán usarse para responder preguntas que aporten soluciones a problemas nacionales.

Proyectos específicos: Resultados de medidas detalladas del transporte de sedimentos en un canal con re-circulación que emula cómo se orada un lecho fluvial cuando se fuerza al agua a atravesar una compuerta

Teórico: G. Sarasúa
Experimental: I. Bove, S. Kahan
Investigador asociado: M. Piva, UBA, Argentina