Estudio experimental de la técnica de inducción de ondas mecánicas de alta frecuencia en medio acuoso y análisis de sus posibles aplicaciones industriales

Abstract

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El objetivo del presente proyecto es doble: por una parte, estudiar las características del movimiento de las partículas de agua bajo la influencia de ondas mecánicas de alta frecuencia; y por otra, estudiar la variación de transmisión de calor en este medio acuoso cuando también son aplicados dichos ultrasonidos. Ambos experimentos se llevan a cabo en agua en estado de reposo (convección natural), para ello, se procede a la construcción y montaje de un tanque de acero con dimensiones 1m largo x 1m ancho x 0.5m altura. Las ondas mecánicas son aplicadas con frecuencias de 25 kHz y 40 kHz con una potencia de 60W por el transductor piezoeléctrico situado en una pared lateral del tanque La altura del agua se ha mantenido constante en todos los experimentos con un valor de 0.3m. La adquisición de datos en el experimento sobre el movimiento de partículas se realiza mediante un sensor de hilo caliente, también llamado anemómetro, situado en un motor paso a paso para conseguir una alta precisión sobre las distintas posiciones y alturas de medida en el haz. En el segundo proceso experimental, en el que se estudia la variación de la transmisión de calor en el agua, introduciremos una resistencia de 150W dentro del tanque y analizaremos los valores de temperatura antes y después de la aplicación de ultrasonidos (sin ultrasonidos, minuto 0, y minuto 20, con mediciones durante 120 segundos). Los datos en este caso serán tomados por 3 termopares de hoja delgada colocados equidistantes en el soporte de la propia resistencia. Estos estudios servirán para mostrar las reacciones físicas macromoleculares surgidas en el agua debido al uso de transductores ultrasónicos, y a su influencia en la transferencia de energía en forma de calor en este fluido. Los resultados obtenidos serán de gran interés en el campo de la hidrodinámica y de la termodinámica bajo la influencia de ultrasonidos de alta potencia (y por tanto baja frecuencia en el rango ultrasónico). Los sectores industriales que pueden beneficiarse de la información aportada por el presente estudio son numerosos: limpieza ultrasónica, cavitación sonoquímica, tratamiento de aguas residuales, sensores acústicos, micro mezclado, ecografías, tratamiento de cálculos renales etc. además de una mejora notable en el rendimiento de los intercambiados de calor