[ad_1]
(Noticias de Nanowerk) En los sectores de la energía y el transporte se utilizan comúnmente varios tipos de maquinaria de fluidos, incluidas bombas, turbinas y motores de aeronaves, todos los cuales tienen una alta huella de carbono. Esto se debe principalmente a las ineficiencias en la maquinaria de fluidos provocadas por la separación del flujo alrededor de superficies curvas, que suelen ser de naturaleza bastante compleja.
Por lo tanto, para mejorar la eficiencia de las turbomáquinas, se debe caracterizar el flujo cerca de la pared en la superficie curva para suprimir esta separación del flujo. El desafío para lograr esto es múltiple. Primero, los sensores de flujo convencionales no son lo suficientemente flexibles para caber dentro de las paredes curvas de la maquinaria de fluidos. En segundo lugar, los sensores flexibles existentes adecuados para superficies curvas no pueden detectar el ángulo del líquido (dirección del flujo). Además, estos sensores se limitan a detectar el bloqueo solo a velocidades inferiores a 30 m/s.
En un nuevo estudio, 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 cooperación con Mitsubishi Heavy Industries, Japón y la Universidad de Iwate, Japón, asumieron este desafío. Como afirma el profesor Motosuke, «Capturar el esfuerzo cortante y su dirección en superficies curvas donde tiende a ocurrir la separación del flujo ha sido particularmente difícil de lograr sin el uso de una técnica novedosa».
Su trabajo fue publicado en micro máquinas («Desarrollo de un sensor MEMS flexible para flujo subsónico»).
En su estudio, el equipo desarrolló un sensor de flujo de película delgada de poliimida flexible que se puede instalar fácilmente en superficies curvas sin alterar el flujo de aire circundante, un requisito clave para una medición eficiente. Para hacer esto posible, el sensor se basó en la tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS). Además, el diseño novedoso permitió la integración de múltiples sensores para medir el esfuerzo cortante de la pared y el ángulo de fluencia en la superficie de la pared simultáneamente.
![Sensor de sistema micromecánico flexible para flujos de aire rápidos](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61736_1.jpg)
Para medir el esfuerzo cortante en las paredes, el sensor midió la pérdida de calor de un microcalentador, mientras que el ángulo de flujo se estimó 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. Usando un túnel de flujo de aire de alta velocidad como banco de pruebas, el equipo logró mediciones de flujo efectivas con una amplia gama de velocidades de flujo de aire de (30-170) m/s. El sensor desarrollado mostró una gran flexibilidad y escalabilidad. «El circuito alrededor del sensor se puede extraer con una placa de circuito flexible e instalar en otro lugar, de modo que solo se adhiera una lámina delgada al objeto de medición, lo que minimiza el impacto en el flujo circundante», dice el profesor Motosuke.
El equipo estimó que la salida del calentador variaba como el cubo del esfuerzo cortante de la pared, mientras que la salida del sensor, que compara la diferencia de temperatura entre dos sensores opuestos, mostraba una peculiar oscilación sinusoidal cuando se cambiaba el ángulo de flujo.
El sensor desarrollado tiene el potencial para una amplia gama de aplicaciones en turbomáquinas a escala industrial, que a menudo implican una separación de flujo compleja alrededor de superficies tridimensionales. Además, el principio de funcionamiento utilizado para desarrollar este sensor puede extenderse más allá del flujo de aire subsónico de alta velocidad.
“Aunque este sensor está diseñado para corrientes de aire rápidas, actualmente estamos desarrollando sensores que miden el flujo de líquido y se pueden conectar a las personas con el mismo principio. Estos sensores de flujo delgados y flexibles pueden abrir muchas posibilidades”, enfatiza el Prof. Motosuke.
En conjunto, el novedoso sensor MEMS podría cambiar las reglas del juego en el desarrollo de turbomáquinas eficientes con un impacto menos dañino en nuestro medio ambiente.
[ad_2]