Mejoras para el análisis de resultados experimentales de llamas de flujo laminar axisimétricas usando técnicas de ciencia de datos

Abstract

Una de las principales fuentes de energía es la combustión de hidrocarburos debido a su gran disponibilidad y bajo costo, y a su vez es una de las principales causas del calentamiento global y contaminación del medio ambiente, perjudicando además la salud de las personas. Debido a esto, múltiples países han puesto como meta el realizar una transición energética a fuentes de energía más limpias. Aun así, una transición energética completa se ve a un futuro muy lejano, por lo que en el entretiempo es necesario seguir dependiendo de la combustión. En vista de esto, es claro notar que el estudio de la combustión es un acto vital para un futuro sostenible. Si acotamos el estudio de la combustión, al fenómeno de una llama sostenida en el tiempo, laminar y axisimétrica, una metodología experimental que se usa ampliamente corresponde a la Atenuación de la línea de visión (LOSA, por sus siglas en inglés), la cual no requiere de equipos costosos, y las propiedades que se pueden obtener se pueden relacionar con las propiedades del hollín generado en la llama. Una de estas propiedades corresponde a la fracción en volumen de hollín. La fracción en volumen de hollín es recuperada mediante métodos de análisis de datos, en particular una deconvolución, pero estos métodos generalmente son sensibles al ruido. Debido a esto, el desarrollo de nuevos métodos que aprovechen técnicas modernas de ciencia de datos tiene el potencial de extender las capacidades y aumentar la robustez de métodos existentes. Con esto en mente se plantea el objetivo general de este trabajo, desarrollar una metodología que complemente o mejore la deconvolución de la fracción en volumen de hollín de llamas laminares axisimétricas. La metodología propuesta es una extensión del método Onion Peeling con regularización de Tikhonov, un método ya existente, que incorpora regularización para suavizar el campo resultante de la deconvolución. Se investigan tres tipos de regularización que buscan promover la suavidad en la dirección radial r, al igual que el método original, en la dirección axial z, y en r y z simultáneamente. El método propuesto es comparado con dos métodos del estado del arte, Onion Peeling con regularización de Tikhonov y Fitting the line-of-sight projection of a predefined intensity distribution (FLiPPID), además de comprobar la validez del método por si solo, usando datos sintéticos y experimentales. El análisis de resultados, aplicados tanto a simulaciones numéricas como a datos de llamas experimentales, muestra que el método propuesto trae consigo una mejora en la captura de zonas de máximo hollín en los resultados de la deconvolución tal que amerita su uso por sobre otros métodos, completando el objetivo general de este trabajo.