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Un equipo de investigadores ha desarrollado un sensor multidireccional, delgado y flexible que caracteriza el flujo de aire a alta velocidad en superficies curvas para crear turbomáquinas eficientes
![](https://www.electronicsforu.com/wp-contents/uploads/2022/10/novel-thin-and-flexibl-500x281.jpg)
El sector de la energía y el transporte, utilizado para diversas máquinas de fluidos ineficientes, incluidas bombas, turbinas y motores de aeronaves, produce emisiones de gases de efecto invernadero que son los principales responsables del calentamiento global. Para mejorar la eficiencia de las turbomáquinas a escala industrial, es fundamental detectar y suprimir la separación del flujo en superficies curvas. Para superar este desafío, el Prof. Masahiro Motosuke de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS) en Japón y sus colegas, el Sr. Koichi Murakami, el Sr. Daiki Shiraishi y el Dr. Yoshiyasu Ichikawa de TUS en colaboración con Mitsubishi Heavy Industries, Japón, y la Universidad de Iwate, Japón, han desarrollado un sensor de flujo de aire basado en un sistema microelectromecánico flexible que se puede implementar para detectar separaciones de flujo tridimensionales complejas en paredes curvas para analizar flujos de aire de alta velocidad. .
El Prof. Motosuke afirma: «Capturar el esfuerzo cortante y su dirección en superficies curvas donde tiende a ocurrir la separación del flujo fue particularmente difícil de lograr sin el uso de una técnica novedosa».
El equipo inventó un sensor de flujo flexible basado en una película delgada de poliimida que se puede fabricar fácilmente en superficies curvas sin perturbar el flujo de aire circundante, lo cual es esencial para una medición eficiente. El sensor se fabricó utilizando tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS). Este novedoso diseño integró múltiples sensores para medir simultáneamente el esfuerzo cortante de la pared y el ángulo de fluencia en la superficie de la pared. El sensor midió la pérdida de calor de un microcalentador para medir el esfuerzo cortante en las paredes. Al mismo tiempo, se estimó el ángulo de flujo utilizando una matriz de seis sensores de temperatura alrededor del calentador, lo que permitió una medición multidireccional. El equipo realizó simulaciones numéricas del flujo de aire para optimizar la geometría de los calentadores y conjuntos de sensores.
«El circuito alrededor del sensor se puede extraer con una placa de circuito flexible e instalar en otro lugar, por lo que solo se adhiere una lámina delgada al objetivo, lo que minimiza el impacto en el flujo circundante», dijo el profesor Motosuke.
Se utilizó un túnel de flujo de aire de alta velocidad en el entorno de prueba, el equipo logró mediciones de flujo prácticas con una amplia gama de velocidades de flujo de aire de (30 a 170) m/s. El sensor desarrollado mostró una gran flexibilidad y escalabilidad. El equipo estimó que la potencia de calentamiento varía con la potencia de un tercio del esfuerzo cortante de la pared. La salida del sensor, que compara la diferencia de temperatura entre dos sensores colocados uno frente al otro, mostró una peculiar oscilación sinusoidal cuando cambió el ángulo de flujo.
“Aunque este sensor está diseñado para flujos de aire rápidos, actualmente estamos desarrollando sensores que miden flujos de líquidos y se pueden conectar a personas con el mismo principio. Estos sensores de flujo delgados y flexibles pueden abrir muchas posibilidades”, enfatiza el Prof. Motosuke.
Haga clic aquí para ver el trabajo de investigación publicado
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