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FP7

µSAM — Resultado resumido

Project ID: 287100
Financiado con arreglo a: FP7-JTI
País: Alemania

Miniaturización de dispositivos de jet de aire

Un grupo de científicos ha desarrollado modelos que les permiten reducir un dispositivo de control de flujo importante, el jet sintético, mediante microtecnología, con el fin de aumentar la velocidad del flujo y, a la vez, reducir el peso. La tecnología se puede aplicar en sensores, dispositivos electrónicos y en el sector aeroespacial.
Miniaturización de dispositivos de jet de aire
Los actuadores de jet sintético (SJA) son dispositivos microfluídicos que generan chorros de aire artificiales. Su diseño es sencillo: consiste en una cavidad con una membrana en un extremo y un pequeño orificio en el otro. La membrana se hace oscilar, lo cual hace entrar o salir un fluido a través del orificio y genera un vórtice. Los SJA se han estudiado a fondo para usarlos como moduladores activos del flujo de aire en aeronaves para aumentar la sustentación y reducir el ruido.

Un grupo de científicos emprendió el proyecto «Micro synthetic jet actuator manufacturing» (MSAM), financiado por la Unión Europea, con el fin de transformar el concepto de SJA en el de micro-SJA basándose en la tecnología de obleas de silicio (Si). Esto aumentará la velocidad de salida y reducirá el peso total.

Mediante modelización y simulación con el método de elementos localizados (lumped-element, LEM), los investigadores optimizaron los dos subsistemas: el sistema de transductor piezoeléctrico-microelectromecánico (MEMS), con el fin de generar el flujo, y la geometría global de la cavidad y la boquilla de salida para aumentar la velocidad. La cavidad y el diafragma se micromecanizaron y se pegaron a las obleas para formar el actuador. A continuación, se integró el elemento cerámico piezoeléctrico en la membrana delgada de silicio micromecanizado mediante un nuevo proceso de pegado con el fin de permitir la propagación de la deflexión con pérdidas mínimas. La caracterización demostró la capacidad de los dispositivos micro-SJA para generar mayores velocidades de salida, lo cual corrobora la posibilidad de usarlas para el control activo de flujo.

Los científicos de MSAM diseñaron, fabricaron y probaron con éxito micro-SJA utilizando cerámicas piezoeléctricas y sustratos de silicio. Los resultados de las pruebas de velocidad han servido para validar el concepto de diseño de los SJA utilizando microtecnología y el proceso de fabricación de obleas de silicio, así como el pegado eficaz de los componentes del sistema.

El proyecto también ha aportado herramientas de modelización de micro-SJA valiosas de las cuales se carecía anteriormente. En conjunto, se espera que la tecnología y las herramientas del proyecto allanen el camino hacia distintas aplicaciones nuevas de las cerámicas piezoeléctricas y la tecnología MEMS en campos como los microsistemas acústicos y ópticos y los sensores de movimiento.

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