Dinámica de Fluidos monitoreada por Imágenes de Resonancia Magnética Nuclear

M.RAQUEL SERIAL; EMILIA SILLETA; MANUEL I. VELASCO1; JUAN M. OVEJERO; SERGIO A. DASSIE; RODOLFO H. ACOSTA

Tandil

Congreso; 99ª Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina; 2014

Asociación Física Argentina (AFA)

El comportamiento hidrodinámico que tiene lugar en celdas electroquímicas es un importante tema de estudio en la electroquímica y la mecánica de fluidos debido a que numerosas reacciones han sido caracterizadas a partir de este tipo de dispositivos. Varios autores han señalado la importancia de conocer el patrón de velocidades dentro de dichas celdas electroquímicas, pero aún este sistema no ha sido totalmente caracterizado [1]. Generalmente el problema es abordado desde la dinámica de fluidos computacional (CFD), la cual permite generar simulaciones a partir de la resolución numérica de las ecuaciones que gobiernan la dinámica del fluido. Sin embargo, un cierto conocimiento del sistema es necesario, ya que la exactitud y validez de los resultados depende fuertemente de las constantes físicas involucradas y de las condiciones de contorno [2]. Desde el punto de vista experimental, son pocas las técnicas que permiten determinar la distribución de velocidades en un dado sistema y generalmente involucran métodos ópticos, como ser determinación de velocidades a partir del seguimiento de partículas trazadoras (particle imaging velocimetry - PIV) y mediante el monitoreo de patrones de interferencia generados con láseres (Laser Doppler Anemometry - LDA), sin embargo dichas técnicas se encuentran limitadas a medios transparentes y tienden a ser invasivas debido a la necesidad del uso de partículas trazadoras. Las imágenes dinámicas por resonancia magnética [3] permiten obtener patrones de velocidades en medios opacos y en cualquier dirección, de forma no invasiva ya que utilizan el mismo fluido como agente de detección. En este trabajo se presentan mapas de velocidades tridimensionales en celdas electroquímicas en la configuración de un electrododo rotante (Rotating Disc Electrode - RDE), para diferentes velocidades de rotación. El patrón de velocidades obtenido muestra que el flujo dentro de la celda electroquímica no es simétrico, lo cual concuerda con trabajos previos [4]. Con esta herramienta es posible trabajar en el diseño de sistemas para lograr los flujos deseados. Sin embargo, la región de interés es aquella muy cercana a la base del electrodo, y mucha información relevante se ve promediada dentro de un pixel de la imagen. Por ello se realizaron mediciones de propagadores de velocidad, los cuales miden la probabilidad condicional media de desplazamiento en una región dada del espacio, con el fin de caracterizar el movimiento de las partículas que llegan al electrodo. [1] Dong, Q., S. Santhanagopalan, et al. (2008). "A comparison of numerical solutions for the fluid motion generated by a rotating disk electrode." Journal of the Electrochemical Society 155(9): B963-B968. [2] Tu, J., Yeoh, G. H., & Liu, C. (2008). Computational fluid dynamics: A practical approach (1st Ed.) Amsterdam ; Boston: Butterworth-Heinemann. [3] Moran, P. (1982). A flow velocity zeugmatographic interlace for nmr imaging in humans. Mag.Res.Im. 1.197-203. [4] J. Gonzalez, C. Real, L. Hoyos, R. Miranda, F. Cervantes, Characterization of the hydrodynamics inside a practical cell with a rotating disk electrode, Journal of Electroanalytical Chemistry 651 (2011) 150?159.