“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
Titulación:
Ingeniero Técnico Industrial.
Especialidad Mecánica
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
Proyecto final de carrera
Julio 2013
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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
Proyecto final de carrera
Julio 2013
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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.
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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
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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
Proyecto final de carrera
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2. Instalación experimental
2.1. Maqueta de micro-visualización.
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2. Instalación experimental
Tobera plana transparente
Tobera
W
(μm)
re
(μm)
L
(mm)
A
232
0
1.42
B
256
150
1.42
C
254
0
2.14
• Ventanas de visualización de
metacrilato.
D
118
0
1.42
E
834
0
1.42
• Orificio de descarga asimétrico.
F
447
0
1.42
• Láminas de hojalata (espesor 200 µm).
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2. Instalación experimental
2.2. Carrito de inyección
Caudal de inyección: 2.5 l/min
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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
Proyecto final de carrera
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3. Metodología y resultados
3.1. Ensayo de permeabilidad
• 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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3. Metodología y resultados
Colapso del flujo másico: criterio tradicional (Nurick) para definir el
comportamiento cavitante (Kcrítico).
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3. Metodología y resultados
Medidas de gasto másico
Piny = 100 bar
Tobera
Kcrítico
A
1.39
B
-
C
1.17
D
1.10
E
1.19
F
1.42
Tendencia a cavitar
Tobera A, D, E, F
• Tobera (B) con radio de acuerdo muestran
menor tendencia a colapsar.
Proyecto final de carrera
Distinto re
Cavitar
-
Distinta L
Cavitar
>L
Tobera A y C
+
> re
Tobera A y B
Cavitar
>W
• Toberas con mayor W colapsan a condiciones de
presión menos críticas (mayor Kcrítico).
Distinto W
-
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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
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3. Metodología y resultados
3.2. Ensayos de visualización
• Diferencias índice de refracción:
combustible líquido (1.483) y vapor/aire (1).
• Inyectando en gasoil: observar la
cavitación en el interior del orificio.
• Inyectando en aire: visualizar los primeros
milímetros del chorro.
Figura 12. Esquema de sincronización y captación de imágenes
Visualización:
•
•
•
•
Proyecto final de carrera
Iluminación trasera difusa (Led).
Tamaño ventana: 2.2 x 3 mm.
Resolución: 465 pixel/mm.
Tiempo de exposición: 300 ns.
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3. Metodología y resultados
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
Proyecto final de carrera
Número de
cavitación incipiente:
condiciones de
contrapresión en las que
aparecen las primeras
burbujas.
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3. Metodología y resultados
Tobera C
Inyectando en combustible
Tobera F
• La cavitación incipiente ocurre antes de que el
flujo másico colapse, para condiciones menos
críticas (mayor K).
Piny = 100 bar
Tobera
1.59
-
1.08
C
1.17
1.46
D
cavitación
1.39
B
números de
Kincipiente
A
Comparativa
Kcrítico
1.10
1.23
E
1.19
1.49
F
1.42
1.85
Proyecto final de carrera
Piny 100 bar
Julio 2013
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3. Metodología y resultados
Inyectando en combustible
Proyecto final de carrera
Julio 2013
18

3. Metodología y resultados
Inyectando en aire
Instalación experimental
Flujo de aire
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3. Metodología y resultados
Inyectando en aire
• Se observan los primeros 3 milímetros del chorro.
Regímenes de atomización observados
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3. Metodología y resultados
Inyectando en aire
Mediante procesado de imágenes se obtiene el ángulo de apertura del
chorro. Muestra la influencia de la cavitación.
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3. Metodología y resultados
Inyectando en aire
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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
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3. Metodología y resultados
3.3. Influencia de la cavitación en el chorro
Cavitación  aumento del ángulo de apertura del chorro
Cavitación + direccionalidad del flujo  aumento del ángulo superior del chorro
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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
Proyecto final de carrera
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3. Metodología y resultados
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.
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“Estudio de la influencia de la geometría de toberas
planas transparentes en la formación de cavitación
mediante la visualización del flujo interno”
Gracias por su atención
Autor:
Víctor Martínez Abellán
Director:
Jaime Gimeno García

Anexo:
Diapositivas de apoyo

Anexo
A.1. Instalación experimental
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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.
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Anexo
A.3. Background
Grietas ventanas de visualización
• Deformaciones provocadas por los
esfuerzos flectores.
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Anexo
A.4. Análisis datos permeabilidad
Coeficiente descarga:
Correlaciones:
• Cd evalúa la capacidad de descarga
• A mayor W menor valor asintótico
del coeficiente de descarga (parámetro A)
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Anexo
A.4. Análisis datos permeabilidad
• Kincipiente para condiciones del
flujo menos turbulentas y mayor presión
de descarga.
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Anexo
A.5. Análisis datos visualización
Promedio Tobera F
Contorno Tobera C
Procesado de imágenes:
Obtención del contorno para cada imagen y contorno promedio para cada CP.
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Anexo
A.5. Análisis datos visualización
Distancia entre picos (S): Disminuye conforme aumenta la densidad y el ángulo
de apertura.
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Anexo
A.6. Imágenes ensayos de visualización
Tobera A
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