Un experimento de los investigadores de la EPFL ha confirmado una teoría que se ha utilizado en mecánica durante más de medio siglo, a pesar de que nunca se ha validado por completo. El equipo ahora podría utilizar la teoría de formas más audaces e innovadoras en su búsqueda por desarrollar sistemas energéticos cada vez mejores.

Algunas teorías se utilizan ampliamente a pesar de que nunca han sido validadas experimentalmente. Un ejemplo es la llamada teoría del surco estrecho, o NGT, que explica cómo funcionan los cojinetes lubricados por aire en sistemas mecánicos.

La teoría fue propuesta en 1965 pero, hasta hace poco, sólo se había probado de forma parcial o indirecta. Investigadores del Laboratorio de Diseño Mecánico Aplicado de la EPFL (LAMD), con sede en Microcity en Neuchâtel, ahora han cerrado una brecha que ha persistido en la literatura científica durante más de 50 años. El equipo ha publicado sus hallazgos en la revista. Sistemas mecánicos y procesamiento de señales .

¿Por qué tomó tanto tiempo validar la teoría? "En el momento, Los ingenieros se contentaron con observar que la teoría funcionaba, "dice Eliott Guenat, asistente de doctorado en EPFL y autor principal del artículo. "Pero todo eso ha cambiado, porque las piezas mecánicas que estamos desarrollando hoy son mucho más avanzadas e intrincadas ".

La teoría del surco estrecho fue propuesta en 1965 por J. H. Vohr y C. Y. Chow, dos ingenieros de Mechanical Technology, con sede en Nueva York, Inc. La teoría explica el funcionamiento de los cojinetes de cojinetes ranurados en espiga, o HGJB, un tipo de cojinete lubricado por aire que soporta piezas giratorias en sistemas mecánicos. Existen muchos tipos diferentes de cojinetes, pero los HGJB son los más prometedores para el desarrollo de máquinas rotativas de ultra alta velocidad porque el rotor se apoya en un colchón de aire generado por el eje rotatorio. "Lo que hace que los HGJB sean especiales es que no causan desgaste porque no hay contacto, "explica Jürg Schiffmann, quien encabeza el LAMD. "En mi laboratorio, estamos usando este diseño para desarrollar los sistemas de energía del futuro ".

Validando la teoría

Para validar la teoría del surco estrecho, los investigadores montaron un rotor apoyado por varios HGJB en un banco de pruebas, poniéndolo girando a 100, 000 rotaciones por minuto. Próximo, utilizaron un sistema de agitación para hacer vibrar el rotor y observaron cómo reaccionaba. Las observaciones les permitieron calcular la rigidez y los coeficientes de amortiguación de los rodamientos, que compararon con las predicciones de la teoría. Descubrieron que NGT tendía a sobreestimar marginalmente ambos valores.

"Pudimos cuantificar hasta qué punto se sostiene la teoría, ", dice Guenat." Ahora que hemos reforzado nuestro entendimiento, podemos tomar la teoría y aplicarla en la industria y la investigación de nuevas formas ".

Guenat planea realizar más experimentos para tomar más medidas. "En lugar de utilizar cojinetes lubricados por aire, volveremos a ejecutar el experimento con refrigerante, un gas utilizado en bombas de calor, ", explica." La idea es confirmar que la teoría no solo se sostiene en el aire, pero también en un medio con propiedades químicas y físicas marcadamente diferentes ".

Elegante en su sencillez

NGT es una teoría matemáticamente elegante que probablemente nunca habría visto la luz del día si los ingenieros solo ahora se hubieran interesado en los cojinetes lubricados por aire. "Estos días, introducimos nuestros datos en una computadora y dejamos que el procesador haga el trabajo pesado, "explica Guenat." Pero incluso con la capacidad de procesamiento moderna, llegar al resultado tardaría varios minutos. Con NGT, podemos hacer lo mismo en solo unos segundos ”. La teoría totalmente validada podría tener aplicaciones innovadoras en el diseño de sistemas energéticos.