DirectShear – Sensores de esfuerzo cortante en paredes (Wall Shear Stress)
En Rosetta Technology seguimos presentando tecnologías innovadoras para el análisis avanzado de fluidos. Hoy nos complace presentar la familia de sensores DirectShear, de Dantec Dynamics, diseñados para medir de forma directa y precisa el esfuerzo cortante en paredes, un parámetro crítico en estudios aerodinámicos, ingeniería de fluidos, hidráulica y procesos industriales.
¿Qué es DirectShear?
El sistema DirectShear mide de forma directa el esfuerzo cortante medio y sus fluctuaciones sobre una superficie, usando un sensor enrasado (flush-mounted). Este sensor emplea un elemento flotante micromecanizado que se deforma bajo la acción del flujo; su movimiento se convierte en señal eléctrica u óptica mediante distintas tecnologías (capacitiva u óptica).
Estos sensores permiten medir con alta precisión, sin necesidad de conocer el flujo previamente ni recurrir a calibraciones indirectas, y con mínima intrusión en el flujo. La estructura de masa-resorte del sensor se optimiza según la aplicación, ya sea puntual, 2D o en entornos extremos con el sensor óptico.
En tiempo real, el sistema separa automáticamente las componentes media y fluctuante del esfuerzo cortante, proporcionando datos fiables para el análisis de turbulencia, interacción flujo-superficie o validación de modelos CFD.
Tipos de sensores
DirectShear
• Medición puntual del esfuerzo cortante en un solo punto.
• Disponible en paquete cilíndrico o perfil bajo, con rango de 50–5000 Pa.
• Ideal para estudios de laboratorio o ensayos hidráulicos donde se requiere alta resolución en un punto específico.
• Montaje enrasado del sensor, con mínima intrusión, reduciendo la perturbación del flujo.
• Mide el esfuerzo cortante en dos dimensiones, proporcionando mapas vectoriales completos de magnitud y dirección sobre la superficie.
• Montaje enrasado. Permite capturar la distribución espacial de esfuerzos, tanto medios como fluctuantes.
• Ideal para estudios de turbulencia, validación de modelos CFD o ensayos en canales y superficies extensas.
• Compatible con múltiples sensores sincronizados y software que genera mapas 2D en tiempo real o para post-proceso.
• Basado en tecnología óptica de correlación de imágenes y láser, mide deformaciones inducidas por el flujo, sin contacto físico.
• Capaz de operar en entornos extremos, incluyendo altas temperaturas (0–400 °C) y condiciones de flujo agresivas.
• Cada sensor está emparejado y calibrado con su unidad de control (OSU) para garantizar la precisión de la medida.
• Permite medir simultáneamente esfuerzo cortante medio y fluctuante en flujos delicados o líquidos opacos, con alta resolución espacial y temporal.
• Ideal para aplicaciones industriales y de investigación en condiciones hostiles, donde los sensores mecánicos tradicionales no son viables.
Componentes del sistema
El DirectShear no es solo un sensor, sino un sistema completo que combina hardware y software. Además del sensor, el sistema está compuesto por:
🔹 Capacitive Sensor Unit (CSU): Controla el sensor y acondiciona la señal. Está disponible en versión stand-alone con batería recargable y en versión PXI compatible con NI, permitiendo reducir costes por canal en sistemas con múltiples sensores.
🔹 A/D Converter: Convierte la señal analógica en digital. Se recomienda resolución mínima de 100 nV y ancho de banda al menos doble que el de la señal de interés, para evitar aliasing.
🔹 Software y control de datos
Todos los sistemas DirectShear incluyen software para controlar la adquisición, almacenar y analizar los datos, permitiendo:
✅ Visualización en tiempo real de esfuerzos cortantes medios y fluctuantes.
✅ Mapas vectoriales 2D (DirectShear 2D) o gráficos temporales, según la configuración.
✅ Configuración flexible de múltiples sensores y sincronización para experimentos complejos.
✅ Función Zero Offset, que corrige desviaciones de la señal debido a temperatura, humedad o drift del sensor, garantizando la fiabilidad de las mediciones.
✅ Exportación de datos para análisis adicional o integración con modelos CFD.
Principales ventajas
• Medición directa y precisa de esfuerzo cortante, media y fluctuante.
• No intrusivo, con montaje flush-mounted que minimiza perturbaciones.
• Alta resolución temporal y espacial, adaptada a cada variante del sistema.
• Amplio rango dinámico y ancho de banda, ideal para estudios de turbulencia y flujos transónicos.
• Flexible y escalable, con versiones puntuales, 2D y ópticas según necesidades de laboratorio, aerodinámica o entornos extremos.
• Compatible con entornos hostiles (DirectShear Optical), incluyendo temperaturas hasta 400 °C y protección frente a interferencias electromagnéticas.
Aplicaciones
• Investigación hidráulica y ambiental: medición de esfuerzos sobre paredes de canales, ríos artificiales o presas experimentales.
• Ingeniería de procesos: control de esfuerzos en tuberías, tanques y superficies críticas en plantas industriales.
• Aerodinámica y túneles de viento: análisis de flujos sobre las paredes del túnel, alas y superficies de modelos, incluyendo condiciones transónicas.
• Investigación científica: estudios de turbulencia, transferencia de momentum, sedimentación y validación de modelos numéricos de flujo.
• Entornos extremos: DirectShear Optical permite mediciones fiables en altas temperaturas y condiciones agresivas.
Esta línea de productos forma parte de la gama de instrumentación para fluidodinámica que ofrece Rosetta Technology.
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