USO DE ALGINATOS EN VELOCIMETRÍA POR IMÁGENES DE PARTÍCULAS Y PROCEDIMIENTO PARA MEDIR LA VELOCIDAD DE UN FLUIDO.

Uso de alginatos en velocimetría por imágenes de partículas y procedimiento para medir la velocidad de un fluido.

Un procedimiento de velocimetría por imágenes de partículas para medir la velocidad de un fluido mediante el sembrado de partículas trazadoras en el fluido y el registro de la luz que reflejan en dos momentos diferentes donde las partículas trazadoras son partículas de alginato. Este método puede usarse en sistemas con partes metálicas en contacto entre ellas ya que no las daña. Las partículas son esféricas y además no son tóxicas ni perjudiciales para el medio ambiente y, al ser porosas, su densidad se puede igualar fácilmente a la del fluido para un seguimiento eficaz del mismo.

USO DE ALGINATOS EN VELOCIMETRÍA POR IMÁGENES DE PARTÍCULAS Y PROCEDIMIENTO PARA MEDIR LA VELOCIDAD DE UN FLUIDO

D E S C R I P C I Ó N

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la velocimetría por imágenes de partículas (particle image velocimetr y , o PIV) , y en particular al uso de un nuevo tipo de partículas trazadoras en PIV.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La velocimetría por imágenes de partículas es una técnica ampliamente utilizada que consiste en sembrar un fluido (líquido o gas) con partículas trazadoras para medir 20 directamente el desplazamiento de las partículas y determinar así la velocidad del fluido. Las partículas trazadoras deben tener el menor tamaño posible para asegurar un buen trazado del flujo. Sin embargo, no deben ser demasiado pequeñas, porque en ese caso no reflejarían suficiente luz. Las 25 partículas trazadoras del fluido se iluminan al menos dos veces en un corto intervalo de tiempo con un láser en un plano del flujo. Se asume que las partículas trazadoras se desplazan a la velocidad del fluido entre cada una de las iluminaciones. La luz que reflejan las partículas se registra en una única 30 imagen o en una secuencia de imágenes. Después se determina el desplazamiento de las partículas entre cada una de las iluminaciones mediante el análisis de las imágenes PIV. Se trata de una técnica indirecta porque mide la velocidad de las partículas en lugar de la velocidad del fluido, por lo que deberán comprobarse las propiedades mecánicas del flujo de las partículas para evitar discrepancias significativas entre el flujo del fluido y el de las partículas. Las partículas trazadoras más usadas en investigación con PIV son el poliestireno, el aluminio, las microesferas de cristal, diferentes aceites y burbujas de aire. La intensidad de la imagen que se obtiene de las partículas es directamente proporcional a su capacidad para reflejar la luz. Por lo tanto, resulta más efectivo y económico aumentar la intensidad de la imagen mediante una correcta selección de partículas antes que mediante el uso de un láser de mayor potencia. La solicitud de patente US5124071 describe las partículas trazadoras para uso en PIV. Las partículas microscópicas propuestas se componen de una resina acrílica (metacrilato) y su diámetro oscila entre los 10 y los 30 micrones. Para la generación de estas partículas se requiere una cámara especial, lo que complica su producción. Además, estas partículas no son apropiadas para ciertas aplicaciones, como el análisis experimental de dinámicas de flujo en sistemas que contienen partes metálicas en contacto, puesto que la interacción de las partículas rígidas con el contacto entre metales dañaría el sistema.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención solventa los problemas expuestos en la sección anterior mediante el uso de partículas de alginato en velocimetría por imágenes de partículas (PIV) . En particular, la invención propone un procedimiento para medir la velocidad de un fluido mediante el sembrado de partículas trazadoras en el fluido y el registro de la luz que reflejan en dos momentos diferentes y donde las partículas trazadoras son partículas de alginato. El diámetro de las partículas de alginato oscila preferiblemente entre 0, 2 y 30 micrones y opcionalmente se les puede aplicar un tinte fluorescente embebido como la fluoresceína. El uso de partículas de alginato con tinte fluorescente mejora el contraste con cualquier fluido en las aplicaciones en las que se use láser verde para iluminar las partículas y que estas reflejen la luz.

Las partículas de alginato pueden producirse en forma de esfera con diámetros exactos como 0, 2 μm, 1 μm, 5 μm, 10 μm o superiores. Gracias a su forma esférica y a un diámetro adecuado, las partículas de alginato presentan una buena fluidez (seguimiento del fluido en el que se encuentran inmersas) . En general, es importante que las partículas tengan forma esférica debido a sus conocidas interacciones con fluidos y a la respuesta visual a la iluminación. Las partículas son muy apropiadas para los sistemas con partes metálicas en contacto entre sí o giratorias, ya que no dañan los sistemas porque su estructura es blanda y gelatinosa. Además, los alginatos no son tóxicos ni perjudiciales para el medio ambiente y, al ser porosos, se puede igualar su densidad a la del fluido para que el seguimiento del flujo se realice con mayor eficacia.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Las figuras adjuntas tienen por objeto completar la descripción y facilitar la comprensión de la invención. Las 30 mismas ilustran una puesta en práctica preferente de la invención pero no deben interpretarse como una restricción al alcance de la invención, sino simplemente como un ejemplo de la forma que podría adoptar la misma. Se incluyen las siguientes figuras:

Figura 1: gráfico que muestra la distribución por tamaño de las partículas de alginato y de las burbujas de aire como un porcentaje del número de partículas de cada tamaño comparado con el número total de partículas.

Figura 2: gráfico que muestra el tiempo de respuesta de distintas partículas trazadoras de 5 μm de diámetro en un flujo de agua en aceleración.

Figura 3: fotografía de las partículas esféricas de alginato usadas en la presente invención.

Figura 4: gráfico que muestra los errores de desplazamiento derivados del uso de burbujas de aire y de partículas de alginato en las mediciones de velocidad del análisis de una bomba de engranajes con diferente número de imágenes de promedio de fase.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El alginato es un polisacárido natural y no tóxico presente en todas las especies de algas pardas. Químicamente, el alginato es un copolímero lineal consistente en uniones (1-4) de ácido β-D-manurónico y ácido α-L-gulurónico. Generalmente, las microesferas de alginato se producen mediante uno de los dos métodos conocidos: (i) por goteo de una solución acuosa de alginato en una solución de sales cálcicas, o (ii) por emulsificación, agitando suavemente. Las partículas producidas con el método (i) suelen ser más grandes (más de 1 mm de diámetro) y la producción de partículas más pequeñas requiere de un dispositivo especial que puede presentar desventajas como su alto coste y potencial de obstrucción. El método (ii) se ha extendido recientemente al campo de la nanotecnología. 5 Las pruebas experimentales indican que se han producido con éxito nanopartículas de alginato gracias a la creación de las condiciones ideales para la formulación. Para el método de la presente invención, se han escogido partículas con un diámetro de entre 0, 2 y 30 micrones. La emulsificación/gelificación interna es un procedimiento adecuado y económico para la producción de microesferas de alginato de ese tamaño.

La producción de microesferas de alginato mediante emulsificación/gelificación interna presenta además varias 15 ventajas. La encapsulación en esferas de alginato se considera un sistema seguro, sencillo y económico que presenta una buena estabilidad mecánica. En la gelificación interna, los iones calcio se distribuyen homogéneamente en la solución de alginato, por lo que la difusión de protones hacia las gotas 20 pregelificadas induce la gelificación desde la superficie, y crea gotas homogéneas. Además, el bajo cizallamiento de la gelificación interna protege los encapsulantes frágiles. También se pueden considerar aplicaciones en las industrias biológica y alimentaria, ya que este procedimiento no requiere 25 el uso de reactivos ni solventes tóxicos. Este método permite la producción eficiente de grandes cantidades de micro y nanoesferas de diámetro pequeño y controlado. Las partículas producidas por gelificación interna son más porosas que las producidas por gelificación externa, que no son apropiadas para aplicaciones alimentarias y biomédicas. Esta desventaja puede convertirse en ventaja si se usan estas partículas en un sistema PIV.

Por lo tanto, para producir microesferas de gel de alginato se prefiere el método de la emulsificación/gelificación interna, que es posible gracias a la formación de una emulsión agua/aceite cuyas gotas se estabilizan mediante el uso de surfactantes. Para producir partículas más pequeñas, típicamente con un diámetro inferior a 10 μm, se usa una sonda ultrasónica para agitar y desprender las partículas. Se agitan 50 g de solución acuosa con una concentración del 3% de alginato de sodio durante 6 horas con un agitador magnético a 900 rpm. El tipo de alginato que se usa es la sal sódica del ácido algínico de baja viscosidad, procedente de algas pardas. Según el tipo de láser,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para medir la velocidad de un fluido mediante el sembrado de partículas trazadoras en el fluido y el registro de la luz que reflejan en dos instantes diferentes caracterizado porque las partículas trazadoras son partículas de alginato.

2. Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado porque las partículas de alginato son esencialmente esféricas, con un diámetro de entre 0, 2 y 30 micrones.

3. Procedimiento según la reivindicación 2 caracterizados porque las partículas de alginato se componen de sal sódica del ácido algínico de baja viscosidad, procedente de algas pardas.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque al menos algunas de las partículas de alginato se tiñen con fluoresceína.

5. Procedimiento según la reivindicación 4 caracterizado porque las partículas de alginato se iluminan mediante un láser verde para que reflejen la luz.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las partículas de alginato se producen mediante un proceso de gelificación interna.

3.

7. Uso de partículas de alginato en velocimetría por imágenes de partículas.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4