PIV

La velocimetría por imágenes de partículas (PIV) es una técnica de medición óptica que captura el movimiento de diminutas partículas trazadoras suspendidas en un fluido. Un láser pulsado ilumina un plano delgado a través del flujo, y una cámara de alta velocidad registra las posiciones de las partículas en fotogramas sucesivos separados por un intervalo de tiempo conocido, típicamente de 15 a 100 microsegundos. Luego, el software compara las ubicaciones de las partículas entre los fotogramas para calcular la velocidad local del fluido en miles de puntos simultáneamente.

El método se basa completamente en sembrar el flujo con partículas de flotabilidad neutra, generalmente de 1 a 100 micrómetros de diámetro, hechas de materiales como esferas de poliestireno o vidrio recubierto de plata. Estos trazadores deben seguir fielmente al fluido sin asentarse ni agruparse. La lámina de iluminación, formada al pasar el rayo láser a través de ópticas cilíndricas, se mantiene delgada, a menudo de solo 1 a 2 milímetros, para asegurar que las partículas permanezcan enfocadas y para aislar un campo de velocidad bidimensional.

La PIV sobresale en la resolución de patrones de flujo complejos: núcleos de vórtices en chorros de mezcla, separación de la capa límite cerca de las alas de los aviones o estadísticas de turbulencia en el flujo de tuberías. Proporciona datos de velocidad de campo completo en lugar de mediciones puntuales, lo que la hace invaluable para la validación de modelos de dinámica de fluidos computacional. Sin embargo, la técnica tiene dificultades en fluidos opacos, en flujos con concentraciones muy altas de partículas que dispersan la luz de manera impredecible y en situaciones en las que no se pueden introducir partículas trazadoras o no pueden igualar la densidad del fluido.

Variantes y consideraciones de configuración

La PIV estéreo utiliza dos cámaras en diferentes ángulos para capturar tres componentes de velocidad desde un solo plano de medición. La PIV volumétrica, o PIV tomográfica, reconstruye la velocidad en una región tridimensional utilizando múltiples vistas de cámara y reconstrucción tomográfica. La PIV resuelta en el tiempo adquiere imágenes a velocidades de kilohertzios para capturar la dinámica de flujo inestable fotograma a fotograma, aunque esto exige una potencia informática extrema para el procesamiento. En contraste, la PIV estándar captura dos fotogramas por pulso de disparo y produce resultados estadísticos de muchos eventos de disparo.

El nombre refleja la física central: las trayectorias de las partículas codifican el movimiento del fluido. La parte de velocimetría se refiere a la medición de la velocidad; imagen indica el método de detección óptica. La PIV se originó en la década de 1980 en laboratorios de investigación y ahora es estándar en aerodinámica, hidráulica y pruebas termohidráulicas, aunque su costo y complejidad de configuración la mantienen principalmente dentro de la investigación experimental en lugar de los diagnósticos industriales in situ.