Estimación de la incertidumbre en un sistema de visión para la evaluación experimental de un mezclador magneto-hidrodinámico

• Wendy Flores-Fuentes ^[1] ; Mónica Valenzuela-Delgado ^[1] ; Miguel Enrique Bravo-Zanoguera ^[1] ; Moisés Rivas-López ^[1] ; Daniel Hernández-Balbuena ^[1] ; Julio Cesar Rodríguez-Quiñonez ^[1] ; Oleg Sergiyenko ^[1] ; Lars Lindner ^[1]
  1. [1] Universidad Autónoma de Baja California

     Universidad Autónoma de Baja California

     México

     
• Localización: Ingeniería, investigación y tecnología, ISSN 1405-7743, ISSN-e 2594-0732, Vol. 21, Nº. 4, 2020
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Estimation of the uncertainty in a vision system for the experimental evaluation of a magneto-hydrodynamic mixer
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• Resumen
  • español

    Se presenta la metodología y los resultados de la estimación de incertidumbre de un sistema de visión basado en iluminación por campo oscuro para la evaluación experimental de un mezclador magneto-hidrodinámico (MHD, por sus siglas en inglés). Dicha evaluación se realizó a través de un sistema de visión diseñado para realizar mediciones de velocidad sobre la superficie libre del micro-fluido contenido en el mezclador MHD, el sistema de visión permite disminuir la restricción de transparencia de las paredes del contenedor (mezclador propuesto) y permite aplicar sus paredes como un par de electrodos distribuidos. La estructura del mezclador se clasifica como un canal anular abierto. El canal está formado por dos cilindros de material conductor, una base aislante y una superficie abierta. El canal anular contiene un micro-fluido de baja conductividad, el cual se gobierna por la ley de Lorenz debido a la presencia de un campo magnético y un campo eléctrico, resultando en un proceso de mezclado. La manipulación de fluidos a través de la MHD es muy útil y de gran interés para el diseño de sofisticados sistemas micro-electromecánicos (MEMS, por sus siglas en inglés), en especial para sistemas de microanálisis total ( μ T A S , por sus siglas en inglés), también conocidos como dispositivos laboratorio-en-un-chip (LOC, por sus siglas en inglés). Sin embargo, no es una tarea fácil para un control preciso del micro-fluido, se requiere considerar en el diseño de los mezcladores algunos parámetros como la forma y tamaño del canal, conductividad del micro-fluido y la interacción de los campos magnético y eléctrico. Además, se requiere de una herramienta que permita evaluar el comportamiento del micro-fluido, en esta ocasión, un sistema de visión basado en velocimetría en imágenes de partículas (PIV, por sus siglas en inglés), al cual bajo las especificaciones de experimentación descritas en el presente trabajo se estimó una incertidumbre de medición de ±0.001152 m/s para perfiles de medición con comportamiento de velocidad estables, cuya máxima velocidad de perfil es mayor a 0.003000 m/s y corresponden a micro-fluidos MHD de baja conductividad compuestos de 100 ml de agua destilada y 0.1 g de esferas S-HGS, inducidos por un campo magnético de 0.1624 T, un campo eléctrico inducido por la aplicación de una diferencia de potencial mayor a 4.0 V en un canal anular abierto con configuración de profundidad de 7 mm, relación de radios de 0.60, y relación de aspecto de 0.22. Con el sistema de visión se logra obtener una configuración optimizada geométrica y magnetohidrodinámica de mezcladores que abrirán nuevas posibilidades en la eficiencia del control automático del proceso de mezclado de fluidos.

  • English

    The methodology and the result of the estimation of uncertainty of a vision system based on darkfield lighting for the experimental evaluation of a magneto-hydrodynamic mixer (MHD) are presented. The evaluation was realized through a vision system designed to perform velocity measurements on the free surface of the micro-fluid contained in the MHD mixer, said vision system allows to reduce the transparency restriction of the container walls (proposed mixer) and allows to apply its walls as a pair of distributed electrodes. The structure of the mixer is classified as an open annular channel. The channel is formed by two cylinders of conductive material, an insulating base, and an open surface. The annular channel contains a micro-fluid of low conductivity, which is governed by the Lorenz law, due to the presence of a magnetic field and an electric field, resulting in a mixing process. The manipulation of micro-fluids through the MHD is very useful and of great interest for the design of sophisticated micro-electromechanical systems (MEMS), especially for total microanalysis system (μTAS), known as lab-on-a-chip (LOC) devices. However, it is not an easy task, for precise control of the micro-fluid it is necessary to consider in the design of the mixers parameters such as the shape and size of the channel, conductivity of the micro-fluidic, and the interaction of the magnetic and electric fields. In addition, a tool is required to evaluate the behavior of the micro-fluid, on this time, a vision system based on particle image velocimetry (PIV), to which, under the experimentation specifications described in this work, a measurement uncertainty of ± 0.001152 m/s was estimated for measurement profiles with stable velocity behavior, whose maximum profile velocity is greater than 0.003000 m/s and correspond to low conductivity MHD fluids composed of 100 ml of distilled water and 0.1 g of S-HGS spheres induced by a magnetic field of 0.1624 T, an electric field induced by the application of a potential difference greater than 4.0 V in an open annular channel with 7 mm depth setting, radius ratio of 0.60, and aspect ratio of 0.22. With the vision system it will be possible to obtain a geometrically and magnetohydrodynamic optimized configuration of mixers that will open up new possibilities in the efficiency of automatic control of the fluid mixing process.