Resumen de Contribución metodológica al estudio de la propagación de llamas sobre combustibles líquidos mediante procesamiento de vídeo termográfico
Hugo Franco Triana
Los mecanismos físicos que rigen la propagación de una llama sobre un combustible líquido son, todavía, objeto de intensa discusión cientíca en los campos de la Física de Fluidos y de la Combustión, al tratarse de un problema altamente complejo desde el punto de vista fenomenológico, en el que los diferentes procesos que determinan su dinámica inciden de manera simultánea y sutil. Así, el estudio de los mencionados mecanismos, que hacen que la propagación de llamas sobre combustibles líquidos sea signicativamente diferente a la que se da en el caso de combustibles sólidos (notoriamente más simple), requiere un riguroso estudio desde el punto de vista experimental, lo que permitirá establecer el carácter y la relevancia de cada uno de los mencionados mecanismos en la dinámica general del fenómeno de propagación. Para ello, es indispensable utilizar métodos de medida ables y precisos, a la par que se hace necesario que el empleo del material propio de dichos métodos respete, en el mayor grado posible, las condiciones experimentales en las cuales el fenómeno es observado y estudiado, más aún si se tiene en cuenta la alta sensibilidad de los fenómenos asociados a reacciones de combustión frente a las condiciones iniciales y a las irregularidades del medio. Esta Tesis Doctoral presenta el desarrollo y la implementación de una serie de herramientas metodológicas que contribuyen a la profundización del estudio de la propagación de llamas sobre combustibles líquidos, aprovechando los más recientes desarrollos en los campos de la tecnología del vídeo digital, la electrónica de la termografía infrarroja y los modelos de seguimiento y medida de campos de desplazamiento y deformación a través de los avances en Visión Articial. La utilización de las herramientas provistas por cada una de las mencionadas áreas descritas en el capítulo 3 ha permitido abordar dos diferentes líneas de trabajo que, hasta la fecha de iniciación de este trabajo de investigación, estaban a la espera de ser tratadas de manera sistemática. La primera de dichas líneas de investigación es la extensión, a través de métodos de medida más robustos y precisos, de los estudios experimentales1 de la dinámica del fenómeno en profundidad, particularmente en lo referido a los fenómenos de pequeña escala (pulsaciones de alta frecuencia en el frente de propagación de la llama, capas límite, perturbaciones de la supercie del combustible, etc.). Los detalles de la metodología necesaria para llevar a cabo este propósito se presentan en el capítulo 4, mientras que los resultados y su discusión son expuestos en el capítulo 6. La segunda línea de investigación abordada parte, justamente, del reconocimiento de que, a pesar de la geometría comúnmente utilizada para el estudio de propagación de llamas sobre combustibles (un canal largo y estrecho que reduce la aparición de inestabilidades en el frente de llama), los fenómenos de transporte en supercie que se dan en los intervalos de temperatura inicial del combustible 2 en los que la dinámica de la propagación se aleja de la observada para combustibles sólidos no pueden ser modelados completa y correctamente como procesos unidimensionales. Por ello, y atendiendo a las líneas indicadas por trabajos previos3, se ha dado comienzo al estudio detallado de la dinámica de los fenómenos de transporte de calor y masa en supercie como los procesos que, a través de su contribución a la vaporización del combustible líquido, determinan la dinámica de la propagación de la llama para temperaturas iniciales intermedias y la aparición de diferentes regímenes en dicha propagación. Siendo fundamental, en este contexto, el estudio del transporte de calor, es natural la introducción de técnicas de medida aplicadas a datos provenientes de termografía infrarroja. Ésta se ha empleado desde nales de los años 1960 para visualización, pero raramente para medida cuantitativa de campos de temperatura o para la estimación de ujos convectivos y difusivos. Éste es, de hecho, uno de los aportes metodológicos principales de la tesis: la aplicación de técnicas de medida no invasiva a la estimación del movimiento de los campos de temperatura presentes en la supercie del combustible en temperaturas iniciales intermedias, correspondientes al régimen pulsante de propagación (el más complejo y difícil de explicar), como medio para la obtención de datos que permitan en estudios teóricos subsiguientes la descripción de los mecanismos que rigen la aparición de pulsaciones en la velocidad de avance de la llama. Para ello, se extendió el modelo de Flujo Óptico4 para adaptarlo al caso del seguimiento de movimientos en vídeo termográfico y para resolverlo mediante un esquema numérico robusto basado en la solución multirresolución a través de la teoría Wavelet. La aplicación de estas técnicas, provenientes de la Visión Articial, a las medidas de ujos en uidos son detalladas en el capítulo 5 y en los apéndices D, E y F, en tanto que los resultados se describen y discuten en el capítulo 7. Para finalizar, esta tesis concluye con la presentación de las conclusiones más relevantes obtenidas a lo largo de la elaboración de esta Tesis Doctoral, tanto desde el punto de vista metodológico como aplicado al problema concreto de la propagación de llamas sobre combustible líquido. Algunas líneas de evolución futura para los campos de investigación incidentes en el trabajo desarrollado se proponen tras exponer dichas conclusiones.
