Trabajo presentado en el Concurso Pre-Ingeniería 2001. Mención especial.

El tratamiento matemático clásico de los flujos de dos fases se basa en el promediado de las ecuaciones de conservación para cada fase. En este trabajo se presenta un enfoque completamente distinto basado en un balance estadístico de poblaciones de conjuntos de autómatas. Los autómatas son entidades definidas por estados matemáticos, que cambian siguiendo reglas iterativas que representan la interacción con su vecindad. En este trabajo se utilizaron sistemas de autómatas celulares para resolver problemas de flujos de dos fases que hasta el día de hoy no se han podido resolver con los modelos computacionales tradicionales. El modelo es más general que el tradicional de autómatas celulares clásicos en dos aspectos: la grilla de autómatas celulares se reemplaza a favor de un generador de trayectorias, y las reglas de interacción involucran parámetros que representan las interacciones físicas entre las fases. Uno de los sistemas descritos consiste en un canal vertical con agua a temperatura
de saturación y a presión atmosférica calefaccionado en su parte inferior. El calefactor produce la ebullición del agua generando burbujas. Se utilizaron autómatas celulares para la descripción del flujo de dos fases y su interacción con el calefactor.
Se han presentado las reglas implementadas para la descripción de las burbujas mediante el uso de los autómatas y el correcto modelado de los diferentes mecanismos de transferencia térmica intervinientes. Los resultados del modelado se han contrastado con diversos experimentos previos encontrándose muy buena correspondencia. Los autómatas describen correctamente ciertos parámetros característicos del experimento como el perfil de la fracción de vacío local en el canal. Un resultado importante encontrado es la confirmación de la idea de Kutateladze de que el comienzo del flujo crítico de calor está relacionado íntimamente con un súbito cambio en la topología del flujo. Esto se confirmó mediante la utilización de un volumen de control colocado sobre la superficie del calefactor. Se observó un brusco descenso en el área interfacial inmediatamente antes del comienzo del flujo crítico de calor. Se encontró que generalmente el flujo crítico de calor comienza a desarrollarse en celdas ubicadas en los límites del calefactor. Del hecho de haber podido describir satisfactoriamente el fenómeno, con la utilización de reglas sencillas, se desprende que se ha captado la esencia del problema, aún aquellas características que hacen que aquél tenga propiedades no deterministas. Se han verificado también algunas propiedades fractales de los sistemas de autómatas. Finalmente se ha realizado un cálculo de la producción de burbujas de He por difusión de masa en un ambiente de agua pesada. Se ha verificado que los sistemas de autómatas son una poderosa herramienta para la descripción de problemas de alta complejidad caracterizados por reglas de interacción de corto alcance, incluso aquellos sistemas que evolucionan con características de noequilibrio, como el desarrollo del flujo producido por ebullición o las transiciones topológicas del área interfacial. En particular se comprobó que proveen de una muy buena descripción del flujo de dos fases. Siguiendo este tipo de modelo se encontró un novedoso método para describir el fenómeno de crisis en la ebullición. Por medio de esta investigación, sin invalidar los métodos convencionales, se ha obtenido una importante herramienta, de gran utilidad en diversos problemas de transferencia de calor y masa que involucren flujos de dos o más fases.