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INFORME TÉCNICO FINAL
TÍTULO DEL PROYECTO
Procesamiento de imágenes utilizando el software DigiFlow en la
implementación del schlieren sintético para el estudio de la ventilación
natural en edificaciones.
Presenta:
Montserrat Alejandra Cantoral Mendoza
Director del proyecto: Dr. Ramón Tovar Olvera
Temixco, Morelos; 25 de febrero de 2017.
UNIVERSIDAD
POLITÉCNICA DE CHIAPAS
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ÍNDICE
IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO ...........................................................................................3
PRESENTACIÓN ............................................................................................................................4
AGRADECIMIENTO .........................................................................................................................4
CONTENIDO ....................................................................................................................................5
RESUMEN .......................................................................................................................................5
ABSTRACT .......................................................................................................................................5
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................5
MATERIALES Y MÉTODOS .........................................................................................................6
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................................................14
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................15
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................16
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IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO
TÍTULO DEL PROYECTO: Procesamiento de imágenes utilizando el software
DigiFlow en la implementación del schlieren sintético para el estudio de la
ventilación natural en edificaciones.
CARRERA: Licenciatura en ingeniería en energía.
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN INNOVACIÓN O DESARROLLO TECNOLÓGICO:
Energía en edificaciones.
FECHA DE INICIO: 05 de septiembre del 2016.
FECHA DE TERMINACIÓN: 09 de diciembre del 20116.
UNIDAD EJECUTORA: Maestría en ingeniería en energía con especialidad en
arquitectura bioclimática/laboratorio de termociencias.
INSTITUCIÓN DE CONVENIO: Instituto de Energías Renovables de la UNAM.
DIRECTOR DEL PROYECTO: Dr. Ramón Tovar Olvera.
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PRESENTACIÓN
Debido a la colaboración que tiene la Universidad Politécnica de Chiapas con el
Instituto de Energías Renovables de la UNAM se logran llevar a cabo proyectos de
investigación en el área de energía en edificaciones en los cuales miembros de
ambas instituciones trabajan en conjunto cumpliendo los objetivos.
Dichas instituciones tienen personal capacitado en áreas de estudio a fines al igual
que cuentan con un equipamiento óptimo de talleres y laboratorios lo que
promueve un trabajo en equipo eficiente y con ello el cumplimiento de metas. Por
lo tanto el ser parte del desarrollo de un proyecto de investigación es gratificante
debido a que estas en constante retroalimentación aportando y adquiriendo
conocimiento.
El proyecto llevado a cabo en el reporte técnico presente, se enfoca en el estudio
de la transferencia de energía en edificaciones, utilizando la técnica del schlieren
sintético, el cual es un tema sumamente interesante e importante ya que se
analiza el comportamiento del flujo de fluidos que presentan un gradiente de
temperatura y con ello se identifica el tipo de ventilación adecuada en una
edificación.
El desarrollo del proyecto se realizó en las instalaciones del Instituto de Energías
Renovables de la UNAM, en el laboratorio de transferencia de energía y masa, el
cual contaba con el schlieren sintético así como el hardware y software necesario
para el estudio.
AGRADECIMIENTO
Al Instituto de Energías Renovables de la Universidad Nacional Autónoma
de México, por recibirme como institución y facilitarme los medios necesarios para
realizar este trabajo.
A mi asesor laboral el Dr. Ramón Tovar, por el apoyo y confianza brindada
durante todo el trabajo realizado.
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CONTENIDO
RESUMEN
Se llevó a cabo el procesamiento de fotografías generadas en el trabajo
experimental de la Implementación del schlieren sintético para el estudio de la
ventilación natural en edificaciones [7]. Mediante el software DigiFlow para realizar
el análisis del flujo de fluido en una habitación a escala con diferentes
configuraciones de ventanillas para estudiar el comportamiento de las plumas
térmicas generadas y así llegar a una conclusión científica fundamentada en el
área de ventilación natural en edificaciones.
ABSTRACT
We carried out the processing of photographs generated in the experimental work
of the Implementation of synthetic schlieren for the study of natural ventilation in
buildings [7]. Using DigiFlow software to perform fluid flow analysis in a scale room
with different configurations of windows to study the behavior of the generated
thermal plumes and so arrive at a scientific conclusion based on the area of natural
ventilation in buildings.
INTRODUCCIÓN
El viento es uno de los parámetros más importantes a considerar de la
arquitectura, ya sea para captarlo, para evitarlo, o controlarlo. El viento es un
elemento de climatización pasiva que ha sido utilizado de manera muy importante
en la arquitectura de todos los tiempos y de todo lugar [4].
La ventilación es el proceso de hacer llegar aire nuevo a un espacio específico, es
decir, hacer circular el aire del interior y/o intercambiarlo por aire fresco del exterior
ya sea de manera forzada o natural [1]. La ventilación natural es aquella que
aprovecha los fenómenos naturales que producen el movimiento del aire para
generar la circulación y renovación de mismo aire en el interior de un espacio sin
consumir energía eléctrica [2].
Consideramos la ventilación como el proceso de proporcionar aire fresco a los
ocupantes del edificio, con el fin de mantener una buena calidad del aire estándar
con un costo mínimo de capital y del impacto ambiental [3]. Por ello, para realizar
el diseño de las edificaciones se requiere considerar la ventilación, ya que es
sumamente importante debido a que con ella logramos la renovación del aire, el
control del calor, entre otras, proporcionando condiciones de confort en la
edificación.
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El estudio de la ventilación natural se hace para resolver el problema de
insatisfacción generada en los habitantes de los edificios debido a las condiciones
climáticas interiores. Con el análisis del flujo de calor en un prototipo a escala,
expuesto a diversos casos de estudio se identifica cuál es el más eficiente en
cuanto a la recirculación del aire.
MATERIALES Y MÉTODOS
El laboratorio de Transferencia de Energía y Masa cuenta con el equipamiento para llevar a cabo la técnica del schlieren sintético. El equipamiento consiste en un tanque de acrílico, lámpara de LED, cámara fotográfica, computadora, tarjeta de adquisición.
Anteriormente con dicha técnica “se realizó la metodología de modelado de
pequeña escala para representar a nivel de laboratorio la ventilación natural en
una habitación, el modelo cuenta con diversas aberturas que pueden actuar de
manera individual o combinada para producir distintas configuraciones de
ventilación. Además, se instaló y se ocupó la técnica de schlieren sintético como
herramienta de visualización de fluidos en movimiento, se emplearon termopares
como método para la medición de temperaturas, tal y como se ha descrito
previamente (Edgar Peralta, 2015)” [7].
En dicho trabajo experimental fueron captadas una serie de fotografías de los
distintos casos de estudio para el análisis del flujo de fluidos las cuales sirvieron
para realizar el procesamiento de imágenes y así analizar su comportamiento.
El procesamiento de fotografías obtenidas en los experimentos realizados con
anterioridad, se llevaron a cabo utilizando el software especializado DigiFlow
versión 3.6.0 de Dalziel Research Partners, el cual ofrece diversas funciones para
el análisis del flujo de fluidos [5]. Dicho software se encontraba instalado en una
computadora de escritorio, la cual contaba con una tarjeta madre Gigabyte
GZ87MD3H1150, procesador Intel I7 4770 4-CORE, memoria DDR3 8 GB,
Windows 8 OE y Office Profesional. En la cual se llevó a cabo todo el
procesamiento.
Al arrancar el software, se recomienda que utilice un nuevo directorio para cada
nuevo conjunto de experimentos y para cada nuevo proyecto. De esta manera,
facilitará el uso de DigiFlow para el almacenamiento de archivos. Es conveniente
iniciar DigiFlow desde el símbolo del sistema dentro de la estructura de directorios
adecuada [6].
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Figura 1. Arranque de DigiFlow desde el símbolo del sistema.
Para el análisis de imágenes schlieren, en DigiFlow se utilizó la herramienta
Pattern Matching.
Figura 2. Localización de la herramienta Pattern Matching.
En el cuadro de diálogo Synthetic Schlieren, se configuró conforme a los datos
que nos indicó el programador de DigiFlow el Dr. S. Dalziel al solicitarle ayuda
para realizar el procesamiento de imágenes en el software DigiFlow.
De los 6 menús disponibles, sólo se configuraron 3 de ellos los cuales son: Inputs,
Outputs e Interrogation.
En el apartado Inputs se realizó la siguiente configuración:
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Figura 3. Configuración menú Inputs.
En la pestaña Outputs se configuró de la siguiente manera:
Figura 4. Configuración menú Outputs.
Por último en la pestaña interrogation se configuró de esta forma:
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Figura 5. Configuración menú Interrogation.
Iniciamos el procesamiento de imágenes dando click en el botón Aceptar
Figura 6. DigiFlow durante el procesamiento de Imágenes.
Con las imágenes procesadas se realizó una película en el software DigiFlow con
la herramienta Export Simple AVI con la finalidad de realizar el estudio del análisis
del flujo de fluido de mejor manera.
Se presentan las siguientes imágenes de los pasos que se llevaron a cabo en
orden cronológico para dar como resultado la película en formato .AVI
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Figura 7. Selección de la herramienta Export Simple AVI.
Figura 8. Localización de los archivos a procesar.
Se seleccionaron las imágenes que serán utilizadas para la creación de la
película, debido a que será una serie de imágenes, se hizo uso de #### para que
se le indicara al software que al procesar tomaría toda la cadena de imágenes en
las cuales varía únicamente los 4 últimos dígitos [6]. Tal como se puede apreciar
en la imagen:
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Figura 9. Selección de las imágenes a procesar
Una vez que se seleccionaron las imágenes se indicó como se guardaría el
producto del proceso.
Figura 10. Denominación y almacenamiento del archivo a procesar.
Se le proporcionó un nombre a la película el cual sería fácil de rastrear para
futuros usos o análisis.
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Figura 11. Asignación del nombre de la película.
Para cambiar la escala de colores con la que las imágenes serían procesadas, se
realizó la configuración de la herramienta Sift
Figura 12. Selección de la herramienta Sift.
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Dentro del menú Sift en la opción Region se indicó que para la creación de la
película se utilizara la gama de colores Default colours con la finalidad de que el
comportamiento del flujo del fluido fuera más notorio.
Figura 13. Selección de gama de colores con la opción Default colours .
Una vez configurado lo anterior únicamente se dio click en el botón OK para que el
software iniciara con la creación de la película.
Figura 14. Finalización de la configuración - inicio del procesamiento.
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Después de unos minutos, el software concluye el procesamiento y arrojó como
resultado una película en formato .AVI
Figura 15. Visualización de la película.
Para cada caso de estudio fue necesario realizar la configuración para el
procesamiento de imágenes como para la elaboración de la película.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se muestran los resultados obtenidos del procesamiento de fotografías obtenidas
de los experimentos realizados anteriormente en el modelo de la habitación
utilizando la metodología de pequeña escala [7]. Las fotografías comprendían los
flujos obtenidos con la técnica del schlieren sintético y mediciones de temperatura
adquiridas con un sistema de termopares [7]
Las imágenes procesadas fueron empleadas para crear películas en las cuales se
pudiera ver de manera más clara el comportamiento del flujo de fluido en los
diferentes casos de estudio.
Al reproducir las películas, estas mostraron plumas en las que indica la dirección
del flujo de fluido, en algunos casos el flujo se presentaba en una sola dirección y
en otros de manera bidireccional.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El procesamiento de las fotografías se realizó con la finalidad de analizar el flujo
de fluidos y su comportamiento en una habitación a escala, cambiando la
localización de las ventanillas en dicha habitación, con tal estudio se pretende
llegar a una conclusión sustentada científicamente y así poder publicar un artículo
relacionado con el tema de ventilación natural en edificaciones escrito por el Dr.
Ramón Tovar y demás colaboradores.
Aún se continúa realizando el procesamiento de las fotografías de los casos de
estudio restantes, una vez terminado dicho procesamiento se analizarán los datos
y así llegar a una conclusión general sobre el tema “ventilación natural en
edificaciones”.
Se recomienda que al hacer uso del software DigiFlow, se estudie el manual del
mismo ya que como se trata de un software especializado, se requiere tener
ciertos conocimientos anteriores a su uso para hacer más fácil el manejo del
mismo.}
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BIBLIOGRAFÍA
[1] N. khan, Y. Su, and S. Riffat. A review on wind drive ventilation techniques.
Energy and Buildings, 40(8):1586-1604, 2008. ISSN 03787788.
[2] E. Yarke and A. Mermet. Ventilación natural en edificios. Fundamentos y
métodos de cálculo para la aplicación de ingenieros y arquitectos. Nobuko,
2005. ISBN 987584036X.
[3] C. Gallo, M. Sala, A.A.M. Sayingh. Architecture: Comfort and energy, 158-
139, 1998. ISBN 0-08-043004-X.
[4] Viqueira Rodríguez Manuel. Introducción a la arquitectura Bioclimática,
81(2-3), 2011. ISBN 978-968-18-6212-1.
[5] S. Danziel and Danziel Research Partners. DigiFlow. URL
http://www.danzielresearch.com/digiflow/. Disponible el: 6 de septiembre de
2016.
[6] S. Danziel and Danziel Research Partners. DigiFlow User Guide version
3.6. 9, 20, junio 2014.
[7] E. Peralta. Implementación del schlieren sintético para el estudio de la
ventilación natural en edificaciones. Master´s thesis, Universidad Politécnica
del Estado de Morelos, 2015.