Los ingenieros han diseñado y probado con éxito un sensor de viento más eficiente para su uso en drones, globos y otras aeronaves autónomas.

Estos sensores de viento, llamados anemómetros, se utilizan para monitorear la velocidad y la dirección del viento. A medida que aumenta la demanda de aeronaves autónomas, se necesitan mejores sensores de viento para facilitar que estos vehículos detecten los cambios climáticos y realicen despegues y aterrizajes más seguros, según los investigadores.

Tales mejoras podrían mejorar la forma en que las personas usan su espacio aéreo local, ya sea a través de drones que entregan paquetes o pasajeros que algún día vuelan en aviones no tripulados, dijo Marcelo Dapino, coautor del estudio y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Estatal de Ohio. .

"Nuestra capacidad de usar el espacio aéreo para mover o transportar cosas de manera eficiente tiene enormes implicaciones sociales", dijo Dapino. "Pero para operar estos objetos voladores, las mediciones precisas del viento deben estar disponibles en tiempo real, ya sea que el vehículo esté tripulado o no". Además de ayudar a los objetos aéreos a cruzar largas distancias, las mediciones precisas del viento también son importantes para el pronóstico de energía y la optimización del rendimiento de las turbinas eólicas, dijo.

Su investigación fue publicada en la revista Frontiers in Materials .

Los anemómetros convencionales varían en la forma en que recopilan sus datos, pero todos tienen limitaciones, dijo Dapino. Debido a que los anemómetros pueden ser costosos de fabricar, consumen grandes cantidades de energía y tienen una gran resistencia aerodinámica, lo que significa que el instrumento se opone al movimiento de la aeronave en el aire, muchos tipos no son adecuados para aeronaves pequeñas. Pero el anemómetro del equipo de Ohio State es liviano, de baja energía, de baja resistencia y más sensible a los cambios de presión que los tipos convencionales.

Leon Headings, coautor del estudio e investigador asociado senior en ingeniería mecánica y aeroespacial en el estado de Ohio, dijo que el instrumento se fabricó con materiales inteligentes, materia con propiedades que se pueden controlar, lo que les permite detectar y reaccionar a su entorno. El equipo utilizó un polímero eléctrico llamado fluoruro de polivinilideno (PVDF). Utilizado ampliamente en revestimientos arquitectónicos y baterías de iones de litio, el PVDF puede ser piezoeléctrico, lo que significa que produce energía eléctrica cuando se le aplica presión. Esta energía se puede utilizar para alimentar el dispositivo. El voltaje medido o el cambio en la capacitancia de una pieza de película de PVDF flexible se puede correlacionar con la velocidad del viento.

El sensor de PVDF está incorporado en una superficie aerodinámica, similar al ala de un avión, lo que reduce la resistencia aerodinámica. Debido a que la superficie aerodinámica puede girar libremente como una veleta, se puede usar para medir la dirección del viento.

Pero para probar cómo le iría a su dispositivo una vez que se sometiera a la atmósfera de la Tierra, los investigadores diseñaron un experimento de dos frentes. Primero, el sensor de presión se probó en una cámara sellada para determinar su sensibilidad. Luego, el sensor se incorporó a un perfil aerodinámico y se probó en un túnel de viento. Los resultados mostraron que el sensor mide muy bien tanto la presión como la velocidad del viento. Una pequeña brújula de magnetómetro digital integrada en la superficie aerodinámica proporciona datos precisos de la dirección del viento al medir la orientación absoluta de la superficie aerodinámica en relación con el campo magnético de la Tierra.

Pero se necesita más investigación para mover el concepto de sensor de viento de un entorno de investigación controlado a aplicaciones comerciales. A medida que su equipo continúa trabajando con PVDF y otros materiales avanzados para mejorar la tecnología de sensores, Dapino espera que su trabajo eventualmente conduzca a una tecnología que se pueda usar fuera de los aviones, como turbinas eólicas para obtener energía limpia, eficiente y fácilmente disponible para el público.

"Estos son materiales muy avanzados y se pueden usar en muchas aplicaciones", dijo Dapino. "Nos gustaría aprovechar esas aplicaciones para llevar la generación de energía eólica compacta al hogar". + Explora más

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