Application of the CUDA technology to the solution of fluid dynamics problems

Este trabajo explora el uso de la tecnología CUDA en la solución de problemas relacionados con la dinámica de fluidos. Tres problemas clásicos de diferente nivel de complejidad: convección-difusión en un canal, la cavidad movida por pared y la cavidad movida por diferencia de temperatura, fueron solucionados por el método de las diferencias finitas, usando la CPU (procesador) y la GPU (tarjeta de vídeo) para comparar el desempeño. Algunos aspectos importantes vinculados con la implementación numérica en la GPU son discutidos. Así mismo, los resultados mostraron un importante aumento de la velocidad cuando se usó la GPU

Ultrasonic sensor for the presence of oily contaminants in water

The determination of the complex reflection coefficient of ultrasonic shear-waves at the solid-liquid interface is a technique employed for the measurement of the viscoelastic properties of liquids. An interesting property of the measurement technique is the very small penetration depth of the shear-waves into the liquid sample, which permits measurements with liquid films of some micrometers thick. This property, along with the adhesion of oily substances to surfaces, can be used for the detection of oily contaminants in water. In this work, the employment of the ultrasonic shear-wave reflection technique to the detection of oily contaminants in water is proposed and the theoretical and experimental concepts involved are discussed. Preliminary experimental results show the measurement technique can detect SAE 40 automotive oil in water in volume proportions less than 0.5%

Optimización topológica aplicada al diseño de componentes estructurales mecánicos de peso reducido

En este trabajo se presenta una implementación de la técnica de optimización topológica (OT) aplicada al diseño de elementos estructurales mecánicos de peso reducido. La OT es un método numérico que ha captado el interés de ingenieros y científicos en los últimos años, pues permite la síntesis de estructuras con valores óptimos de uno o varios de sus parámetros físicos. El problema de máxima rigidez con restricción de volumen consiste en encontrar la distribución de material en un dominio donde se tenga dicha máxima rigidez, para determinada carga aplicada, restringiendo el volumen final del material usado en la estructura. Fue implementado un algoritmo de solución usando elementos finitos planos de cuatro nodos e interpolación lineal para la discretización del dominio y programación lineal secuencial para la solución del problema de optimización no lineal y multivariado. La validez de los resultados fue comprobada solucionando algunos casos test bien conocidos. Finalmente, el algoritmo se usó para rediseñar una pieza mecánica existente, donde la OT permitió una reducción de peso del 24 % manteniendo un factor de seguridad comparable. La reducción de peso en estructuras mecánicas es importante por su impacto en el ahorro de energía al reducir la inercia en máquinas y vehículos, además de la posible reducción de costos de fabricación

Reflexión sobre las estrategias de evaluación aplicadas en cinco años de docencia en Ingeniería Mecánica

En este trabajo se hace un análisis de los instrumentos de evaluación aplicados y su evolución durante cinco años como profesor de Ingeniería Mecánica. Se muestra cómo la naturaleza de los temas de estudio, con fuerte contenido físico-matemático, influye en los instrumentos escogidos: pruebas escritas, proyectos y talleres. Se discute por qué las pruebas escritas siguen siendo la opción más frecuente. Finalmente, se hacen recomendaciones sobre la aplicación adecuada de estos instrumentos de evaluaciónThis paper presents an analysis of applied evaluation instruments and their evolution over five years as a professor of mechanical engineering. The paper shows how the nature of the study subjects, with strong physical-mathematical conten! influences the chosen instruments: written tests, projects and workshops. We discuss why the written tests remain as the most frequent choice. Finally, recommendations on the appropriate application of these assessment tools are mad

Ultrasonic measurement of the viscoelastic properties of liquids.

A medição das propriedades viscoelásticas de líquidos por ultrassom tem sido um tema de pesquisa importante desde meados do século XX, principalmente, pela possibilidade de realizar medições em tempo real da viscosidade. O método de medição baseia-se na determinação do coeficiente de reflexão complexo (magnitude e fase) de ondas de cisalhamento refletidas da interface definida entre um sólido e uma amostra líquida. Enquanto a medição da magnitude é relativamente simples e precisa, a medição da fase é muito difícil devido à forte dependência da temperatura, que gera uma incerteza muito grande. No entanto, na medição da viscosidade em regime newtoniano somente a magnitude é requerida. Ocorre que os resultados experimentais reportados até o momento na literatura não coincidem quantitativamente com a teoria. Neste trabalho, uma nova técnica que permite determinar com boa precisão a magnitude do coeficiente de reflexão e, por conseguinte, a viscosidade de líquidos em regime newtoniano foi desenvolvida. Foi mostrado que a maioria dos líquidos testados apresentam comportamento newtoniano à frequência de trabalho de 1MHz, com exceção de alguns óleos automotivos de alta viscosidade, que possuem claramente comportamento viscoelástico. Desvios menores que 12,5% nas medições da viscosidade dinâmica de substâncias com moléculas relativamente simples, como glicerina e glicose, mostram a viabilidade da técnica. Também é proposto um novo método que permite calibrar o dispositivo de medição para monitorar a viscosidade de um líquido ou grupo de líquidos. Além disso, uma aplicação na monitoração da contaminação da água por substâncias oleosas é apresentada.The ultrasonic measurement of viscoelastic properties of liquids has been an important research topic since the mid-twentieth century mainly due to the possibility of real-time viscosity measurements. The measurement technique is based on the determination of the complex reflection coefficient (magnitude and phase) of shear waves reflected from the solid-liquid interface. While magnitude measurement is relatively simple and precise, phase measurement is a difficult task due to strong temperature dependence that induces large errors. However, when the measurement is carried out under Newtonian regimen only the magnitude is required. Nonetheless, experimental results reported in literature until now do not agree quantitatively with the theory. In this work, it was developed a novel technique that accurately and precisely determines the reflection coefficient magnitude and, consequently, the Newtonian viscosity. Most tested liquids showed Newtonian behavior at the working frequency of 1 MHz except for some automotive oils of high viscosity, which showed an evident viscoelastic behavior. Deviations up to 12.5% in the dynamic viscosity measurement of substances with relatively simple molecules, such as glycerin and corn syrup, show the technique suitability. A calibration method of the measurement cell allowing the indirect viscosity measurement of a liquid or group of liquids is proposed. Moreover, a new application to oil-in-water contamination monitoring is presented

Ultrasonic sensor for the presence of oily contaminants in water

The determination of the complex reflection coefficient of ultrasonic shear-waves at the solid-liquid interface is a technique employed for the measurement of the viscoelastic properties of liquids. An interesting property of the measurement technique is the very small penetration depth of the shear-waves into the liquid sample, which permits measurements with liquid films of some micrometers thick. This property, along with the adhesion of oily substances to surfaces, can be used for the detection of oily contaminants in water. In this work, the employment of the ultrasonic shear-wave reflection technique to the detection of oily contaminants in water is proposed and the theoretical and experimental concepts involved are discussed. Preliminary experimental results show the measurement technique can detect SAE 40 automotive oil in water in volume proportions less than 0.5%La determinación del coeficiente de reflexión de ondas transversales ultrasónicas en la interfaz sólido-líquido es una técnica que ha sido usada para la medición de las propiedades viscoelásticas de líquidos. Una característica interesante de la técnica es la pequeña distancia recorrida por las ondas transversales dentro del fluido, antes de ser completamente atenuadas, permitiendo la medición con una película muy delgada de líquido, del orden de algunos micrómetros. Esta característica, además de la conocida tendencia de las sustancias oleosas a adherirse a superficies, puede ser usada para la detección de contaminantes oleosos en agua. Este trabajo propone el uso de la técnica de reflexión de ondas transversales en el rango ultrasónico para la detección de contaminantes oleosos en agua y discute las bases teóricas y experimentales relacionadas. Resultados experimentales preliminares muestran que es posible la detección de la presencia de aceite automotriz SAE 40 en agua en proporciones menores a 0,5% en volume

Medición de las propiedades elásticas de materiales por el método de transmisión ultrasónica

El comportamiento mecánico de los materiales elásticos es modelado por medio de dos constantes independientes: el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson. La medición precisa de estas constantes es indispensable en algunas aplicaciones, como son el control de calidad de elementos mecánicos y materiales patrones usados en la calibración de algunas máquinas de ensayos mecánicos. Dado que la velocidad de propagación de las ondas acústicas depende de las propiedades elásticas del medio donde se propagan, estas son usadas por la técnica de la transmisión ultrasónica, que es mucho más precisa y repetible que los métodos mecánicos de tracción e indentación. Este trabajo presenta los fundamentos teóricos y experimentales de la técnica de la transmisión ultrasónica, también muestra los resultados de ensayos realizados en varios materiales policristalinos y uno amorfo. Estos muestran excelente repetibilidad y errores numéricos menores al 3% para muestras de alta pureza de cobre y aluminioThe elastic mechanical behavior of elastic materials is modeled by a pair of independent constants (Young's modulus and Poisson's coefficient). A precise measurement for both constants is necessary in some applications, such as the quality control of mechanical elements and standard materials used for the calibration of some equipment. Ultrasonic techniques have been used because wave velocity depends on the elastic properties of the propagation medium. The ultrasonic test shows better repeatability and accuracy than the tensile and indentation test. In this work, the theoretical and experimental aspects related to the ultrasonic through-transmission technique for the characterization of elastic solids is presented. Furthermore, an amorphous material and some polycrystalline materials were tested. Results have shown an excellent repeatability and numerical errors that are less than 3% in high-purity sample

Sensor ultrasónico para la presencia de contaminantes oleosos en agua

La determinación del coeficiente de reflexión de ondas transversales ultrasónicas en la interfaz sólido-líquido es una técnica que ha sido usada para la medición de las propiedades viscoelásticas de líquidos. Una característica interesante de la técnica es la pequeña distancia recorrida por las ondas transversales dentro del fluido, antes de ser completamente atenuadas, permitiendo la medición con una película muy delgada de líquido, del orden de algunos micrómetros. Esta característica, además de la conocida tendencia de las sustancias oleosas a adherirse a superficies, puede ser usada para la detección de contaminantes oleosos en agua. Este trabajo propone el uso de la técnica de reflexión de ondas transversales en el rango ultrasónico para la detección de contaminantes oleosos en agua y discute las bases teóricas y experimentales relacionadas. Resultados experimentales preliminares muestran que es posible la detección de la presencia de aceite automotriz SAE 40 en agua en proporciones menores a 0,5% en volumenThe determination of the complex reflection coefficient of ultrasonic shear-waves at the solid-liquid interface is a technique employed for the measurement of the viscoelastic properties of liquids. An interesting property of the measurement technique is the very small penetration depth of the shear-waves into the liquid sample, which permits measurements with liquid films of some micrometers thick. This property, along with the adhesion of oily substances to surfaces, can be used for the detection of oily contaminants in water. In this work, the employment of the ultrasonic shear-wave reflection technique to the detection of oily contaminants in water is proposed and the theoretical and experimental concepts involved are discussed. Preliminary experimental results show the measurement technique can detect SAE 40 automotive oil in water in volume proportions less than 0.5

Measurement of elastic properties of materials by the ultrasonic through-transmission technique

El comportamiento mecánico de los materiales elásticos es modelado por medio de dos constantes independientes: el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson. La medición precisa de estas constantes es indispensable en algunas aplicaciones, como son el control de calidad de elementos mecánicos y materiales patrones usados en la calibración de algunas máquinas de ensayos mecánicos. Dado que la velocidad de propagación de las ondas acústicas depende de las propiedades elásticas del medio donde se propagan, estas son usadas por la técnica de la transmisión ultrasónica, que es mucho más precisa y repetible que los métodos mecánicos de tracción e indentación. Este trabajo presenta los fundamentos teóricos y experimentales de la técnica de la transmisión ultrasónica, también muestra los resultados de ensayos realizados en varios materiales policristalinos y uno amorfo. Estos muestran excelente repetibilidad y errores numéricos menores al 3% para muestras de alta pureza de cobre y aluminio