Mis líneas de investigación se centran en la exploración experimental de las interacciones flujo-acústicas para descubrir nuevos mecanismos de transferencia de energía y propulsión. Investigamos el desempeño y el comportamiento resonante de actuadores de chorro sintéticos (SJA, por sus siglas en inglés), combinando diseño y experimentación fundamental para revelar características aún no descritas. Paralelamente, estudiamos los osciladores de Helmholtz no solo como sumideros de sonido para el control acústico, sino también como transformadores de energía capaces de convertir el sonido en cantidad de movimiento y viceversa. Estos conocimientos guían nuestros esfuerzos para desarrollar sistemas de propulsión basados en SJA, con aplicaciones que abarcan la ingeniería aeroespacial y la locomoción acuática. También exploramos la propulsión en regímenes de Reynolds intermedios, inspirados en el contraste entre nadadores biológicos y hélices artificiales, para identificar configuraciones óptimas que abarquen estas escalas. Finalmente, nuestro grupo se compromete a desarrollar equipos experimentales de bajo coste, incluyendo láseres de visualización de alta velocidad y sistemas asequibles de Schlieren, PIV y shadowgraph, para ampliar el acceso a diagnósticos avanzados en acústica y mecánica de fluidos.
Estudiamos el rendimiento y la dinámica resonante de los SJAs mediante una combinación de diagnósticos ópticos avanzados y prototipos diseñados a medida. Nuestros experimentos buscan descubrir comportamientos resonantes no descritos previamente, resultantes del acoplamiento entre la geometría de la cavidad, la frecuencia de accionamiento y la inercia del flujo. Mediante la exploración sistemática de estos parámetros, buscamos mejorar la eficiencia y la autoridad de control de los actuadores, así como establecer las bases experimentales necesarias para el modelado predictivo del rendimiento de los SJA.
Los osciladores de Helmholtz se conocen tradicionalmente como absorbentes de sonido utilizados en paneles acústicos para atenuar el ruido de baja frecuencia. En nuestro trabajo, los exploramos desde una nueva perspectiva: como transformadores de energía bidireccionales capaces de convertir la energía acústica en momento de fluido y viceversa. Mediante experimentos controlados, investigamos los principios que rigen esta transformación, con el objetivo de derivar las reglas que definen la eficiencia y la direccionalidad del proceso. Este conocimiento podría permitir nuevos enfoques para el control de flujo y la captación de energía basados en el acoplamiento acústico-fluídico.
Más allá de los estudios fundamentales, estamos desarrollando aplicaciones prácticas de los SJAs para la propulsión. Estos actuadores, que generan movimiento de fluidos sin adición de masa neta, ofrecen alternativas prometedoras a las hélices convencionales en entornos compactos o de baja velocidad. Nuestro trabajo actual explora su potencial para la propulsión aeroespacial, como los microvehículos aéreos, y para la locomoción submarina, incluyendo pequeños drones autónomos. Mediante la optimización de la geometría y la resonancia de los actuadores, buscamos diseñar fuentes de empuje eficientes y ajustables, adaptables a múltiples contextos de ingeniería.
En la naturaleza, los organismos pequeños se propulsan eficientemente con números de Reynolds muy bajos mediante apéndices largos y flexibles, mientras que los sistemas de ingeniería se basan en hélices cortas y rígidas optimizadas para regímenes de Reynolds altos. Nuestra investigación estudia los mecanismos de propulsión que operan entre estos extremos, donde ninguna estrategia es completamente efectiva. Mediante el estudio de las interacciones fluido-estructura que rigen la generación de empuje en este régimen intermedio, buscamos identificar leyes de escala y principios geométricos que podrían guiar el diseño de nuevos sistemas de propulsión que conecten los paradigmas biológicos y artificiales.
Un aspecto clave de nuestro trabajo es el diseño y la construcción de herramientas de diagnóstico asequibles y de alto rendimiento para la mecánica de fluidos y la acústica experimental. Hemos desarrollado un láser de visualización personalizado que permite obtener imágenes a alta velocidad de hasta 20.000 fotogramas por segundo, y actualmente estamos desarrollando prototipos de sistemas Schlieren, PIV y shadowgraph de bajo costo. Estas herramientas no solo respaldan nuestra propia investigación, sino que también buscan democratizar el acceso a técnicas experimentales avanzadas, facilitando mediciones de alta calidad en laboratorios con recursos limitados.
Deseamos estudiar la formación y estabilidad de celdas de convección en tubos de Rijke, combinando modelado teórico y simulaciones numéricas para comprender cómo la geometría y las condiciones de contorno influyen en la organización del flujo. Nuestro objetivo es identificar las condiciones bajo las cuales emergen y evolucionan diferentes cantidades de celdas de convección —como los patrones de cuatro y ocho celdas descritos en la literatura—, incluyendo configuraciones asimétricas donde un par de celdas predomina sobre sus vecinas. Si bien este trabajo es principalmente computacional en la actualidad, estamos desarrollando técnicas de visualización y medición para capturar experimentalmente estas estructuras próximamente, vinculando las predicciones numéricas con el comportamiento observable del flujo.
En esta línea de investigación desarrollamos un sistema experimental que emula la eyección de fragmentos como ocurre en volcanes activos, explorando los procesos físicos que gobiernan la expulsión y dispersión de material en medios fluidos. Utilizamos un cuenco resonante que contiene agua y genera ondas de Faraday, a partir de las cuales se emiten gotas en los antinodos del sistema, reproduciendo de manera controlada la dinámica de fragmentación y expulsión observada en erupciones volcánicas. Para caracterizar el proceso, empleamos cámaras de alta velocidad, velocimetría por rastreo de partículas (PTV) y fluorescencia inducida por láser plano (PLIF), técnicas que nos permiten medir con precisión las distribuciones de tamaño, velocidad y energía de las gotas expulsadas. Este enfoque experimental y estocástico busca comprender los mecanismos de eyección y atomización en sistemas resonantes, con aplicaciones tanto en geofísica como en dinámica de fluidos y sistemas complejos.
Además, estamos explorando temas como:
Dinámica simplificada de dobles cañas (acústica no-lineal)
Impacto de partículas viscoelásticas a alta velocidad