Schenone, Franco (2021) Diseño de un sistema para la fabricación de sensores de hilo caliente / Desing of a system for the manufacture of hot wire sensors. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 17Mb |
Resumen en español
Los anemómetros de hilo caliente (HWA, por sus siglas en ingles) son sensores que miden la velocidad del aire indirectamente a partir de la transferencia de calor. Para esto, hacen uso de un lamento de sección fina soldado a soportes esbeltos. Debido a la fragilidad del lamento, es común que el mismo se dañe durante el uso, requiriendo su reemplazo. La dificultad de la reparación o fabricación manual de los anemómetros de hilo caliente motivan el desarrollo de un sistema de reparación o fabricación de sensores, que es el tema de la presente tesis. En este trabajo se diseño, construyo y caracterizo un sistema para la fabricación de sensores de hilo caliente. El proceso de diseño comenzó por plantear los requerimientos del sistema e identificar los posibles desafíos. Se priorizo mantener los costos de materiales y fabricación acotados, con el n de promover la replicabilidad del mismo. En base a estas consideraciones, se opto por el uso de mecanismos flexibles y de la manufactura aditiva para el desarrollo de los posicionadores que requerían mayor precisión, los cuales representan gran parte del problema a resolver. Se caracterizo el dispositivo con el n de evaluar su desempeño respecto a rigidez y linealidad de desplazamiento, obteniendo muy buenos resultados. Finalmente, se fabricaron con éxito dos sensores anemométricos con diámetros de lamento de 5 y 15 m. El dispositivo responde bien al accionamiento y no requiere de excesiva fuerza ni habilidad motriz. Se concluyo que el sistema, si bien tiene espacio para mejoras, cumple con los objetivos de diseño y con su función en forma satisfactoria. El mismo quedara a disposición del Instituto Balseiro para su uso.
Resumen en inglés
Hot wire anemometers (HWA) are sensors that measure air velocity indirectly, based on heat transfer. To do this, it makes use of a ne section lament welded to slender supports. Due to the fragility of the lament, it is common for it to get damaged during usage, requiring replacement. The diculty of manual repair or manufacturing of the HWA sensor motivates the development of a sensor repair and manufacturing system, which is the subject of the present thesis. In this work, a system for the manufacture of hot wire sensors was designed, built and characterized. The design process began by establishing the system requirements and identifying potential challenges. The priority was to keep low material and manufacturing costs, in order to promote its replicability. Based on these considerations, the use of compliant mechanisms and additive manufacturing were chosen for the development of positioners that required greater precision, which represents a large part of the design challenge. The device was characterized in order to evaluate its performance regarding stiness and linearity of displacement, obtaining very good results. Finally, two anemometer sensors with lament diameters of 5 and 15 m were successfully manufactured. The device responds well to its operation and does not require excessive force or skills. It was concluded that the system, although it has room for improvement, fullls the design objectives and it performs in a satisfactory way. It will be available to the Balseiro Institute for its future use.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Fluid mechanics; Mecánica de fluido; Sensors; Sensores; Hot wire anemometer; Anemómetros de hielo caliente; [Compliant mechanisms; Mecanismos flexibles; Positioners; Posicionadores; Mechanical design; Diseño mecánico; Additive manufacturing; Manufactura aditiva] |
| Referencias: | [1] King, L. V. On convection of heat from small cylinders in a stream of fluid, 1914. 1, 4, 77 [2] Tavoularis, S. Measurement in Fluid Mechanics. Cambridge University Press, 2005. 3, 5 [3] White, F. M. Fluid Mechanics. WCB/McGraw-Hill, 2011. 4 [4] Thermopedia. Hot-wire and hot-lm anemometers. URL https://www. thermopedia.com/content/853/. 6 [5] Osorio, O. D., Silin, N., Converti, J. Fabrication of hot-wire probes and electronics for constant temperature anemometers, 2010. 7 [6] Howell, L. L. Compliant Mechanisms. John Wiley & Sons, INC., 2001. 7, 9 [7] Stranczl, M., Sarajlic, E., Fujita, H. High-angular-range electrostatic rotary stepper micromotors fabricated with SOI technology, 2012. 8 [8] Wu, Z., Xu, Q. Survey on recen designs of compliant micro-/nano-positioning stages, 2018. 8 [9] Howell, L. L. Handbook of Compliant Mechanisms. John Wiley & Sons, INC., 2013. 8 [10] Linss, S., Henning, S., Zentner, L. Modeling and design of exure hinge-based compliant mechanisms, 2018. 8 [11] Xu, N., Dai, M., Zhou, X. Analysis and design of symmetric notch exure hinges, 2017. 8, 9, 21, 83 [12] Linss, S., Henning, S., Zentner, L. detas ex { a computational design tool for the analysis of various notch exure hinges based on non-linear modeling, 2018. 22, 67 [13] Gelbart, D. Building prototypes dan gelbart part 10 of 18 exures. URL https://www.youtube.com/watch?v=PaypcVFPs48. 29 [14] Farah, S., Anderson, D. G., Langer, R. Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications | a comprehensive review, 2016. 31 [15] Henein, S., Spanoudakis, P., Droz, S., Myklebust, L. Flexure pivot for aerospace mechanisms, 2003. 32, 33, 83 [16] Ezeh, O. H., Susmel, L. On the fatigue strength of 3d-printed polylactide (pla), 2018. 73 [17] Incropera, F. P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. John Wiley & Sons, INC., 2007. 78 |
| Materias: | Ingeniería mecánica > Diseño mecánico |
| Divisiones: | Gcia. de área de Energía Nuclear > Gcia. de Ingeniería Nuclear > Termohidráulica > Laboratorio de termohidráulica |
| Código ID: | 1015 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 09 May 2022 14:03 |
| Última Modificación: | 09 May 2022 14:03 |
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