Osorio, Orlando D. (2010) Sensores de tensión de corte en pared para uso de gases / Wall shear stress sensors for gases. Maestría en Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 3275Kb |
Resumen en español
La interacción entre un fluido y un sólido se debe a tensiones normales o presIOnes y tensiones tangenciales o de corte. El estudio de la tensión de corte en las paredes que limitan un flujo es un área de gran interés en la Mecánica de Fluidos y en la Transferencia de Calor. Sin embargo su medición es compleja y se limita por lo general a dispositivos experimentales. En este contexto el desarrollo de un sensor de tensión de corte de fácil aplicación es sumamente interesante tanto para la actividad de laboratorio como para aplicaciones industriales. Una técnica de medición de la tensión de corte en la pared, que se destaca por su simplicidad de aplicación y precisión, consiste en el uso de un sensor cuya resistencia eléctrica es función de la temperatura que a su vez depende de la transferencia de calor por convección entre el sensor y el fluido que lo rodea. El propósito de este trabajo, realizado en el Laboratorio de Termohidráulica del Centro Atómico Bariloche, es presentar una metodología de construcción y caracterización de tales sensores. Con este objetivo se diseñaron e implementaron varios dispositivos asociados, entre ellos una electrónica cuya función es mantener al sensor a temperatura constante mejorando así sus características dinámicas, y un dispositivo de calibración que permite la evaluación de los sensores. Para la puesta a punto de la electrónica de medición se fabricaron sensores de hilo caliente ya que el comportamiento de este tipo de sensores se encuentra bien caracterizado. Se realizó un análisis de diferentes opciones de construcción tanto del sensor de hilo caliente como de la electrónica, cubriendo los aspectos principales de elaboración de ambos. El diseño adoptado es sencillo, de bajo costo y gran flexibilidad en cuanto a su uso y modificación. Posteriormente, se diseñó y construyó un dispositivo de calibración de sensores de tensión de corte. Se realizaron simulaciones numéricas del mismo con el fin de constatar su desempeño en distintos casos críticos. Como ejemplo prçactico se describe la fabricación e implementación de un sensor de corte de sección rectangular mediante tecnología MEMS y se realiza su caracterización. Sobre este sensor se llevaron a cabo pruebas dinámicas y estáticas de tensión de corte mediante el dispositivo calibrador.
Resumen en inglés
The interaction between a fluid and a solid is due to normal stresses, or pressures, and tangential stress, or shear stresses. The study of shear stress on the walls that limit a flow is an area of great interest in Fluid Mechanics and Heat Transfer. However, its measurement is complex and is generally limited to experimental devices. In this context the development of a shear stress sensor of easy application is extremely interesting both for the laboratory activity and for industrial applications. A technique of measurement of wall shear stress, which stands out for its simplicity of implementation and accuracy, is the use of a sensor whose electrical resistance is a function of its temperature which in turn depends on the convection heat transfer between the sensor and the fluid surrounding. The purpose of this work, done in the Laboratorio de Tennohidráulica of the Centro Atómico Bariloche, is to present a methodology for construction and characterization of such sensors. For this purpose, several associated devices were designed and implemented, including an electronic circuit whose function is to keep the sensor at constant temperature and thus improve its dynamic characteristics, and a calibration device that allows the sensor evaluation. For the tuning of the measuring electronics hot wire sensors were fabricated, as the behavior of this kind of sensors is well characterized. An analysis of different fabrication options for both the hot wire sensor and electronics was done, covering the main aspects of construction of both. The design adopted is simple, has low cost and high flexibility in its use and modification. Subsequently, a calibration· device for shear stress sensors was designed and built. Also, numerical simulations were performed in order to identifY the performance of this apparatus in different critical cases. As a practical example, the fabrication, implementation and characterization of a shear stress sensor of rectangular section fabricated with MEMS technology, is described. On this sensor dynamic and static tests of wall shear stress were conducted by means of the calibration device.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ingeniería) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Tensiones; Stresses; Mecánica de fluidos; Fluids mechanics; Anemómetros de hilo caliente; Hot wire anemometers; Tensiómetros; Strain gages; Sensores de tensión de corte; Sensores de hilo caliente |
| Materias: | Ingeniería nuclear Física > Mecánica de fluidos |
| Divisiones: | Energía nuclear > Ingeniería nuclear > Termohidráulica |
| Código ID: | 130 |
| Depositado Por: | Samanta Tello |
| Depositado En: | 30 Jun 2010 11:43 |
| Última Modificación: | 27 Mar 2012 14:09 |
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