Engenheiros projetaram e testaram com sucesso um sensor de vento mais eficiente para uso em drones, balões e outras aeronaves autônomas.
Esses sensores de vento – chamados anemômetros – são usados ​​para monitorar a velocidade e a direção do vento. À medida que a demanda por aeronaves autônomas aumenta, são necessários melhores sensores de vento para tornar mais fácil para esses veículos detectar mudanças climáticas e realizar decolagens e aterrissagens mais seguras, de acordo com pesquisadores.

Essas melhorias podem melhorar a forma como as pessoas usam seu espaço aéreo local, seja por meio de drones entregando pacotes ou passageiros um dia voando em aeronaves não tripuladas, disse Marcelo Dapino, coautor do estudo e professor de engenharia mecânica e aeroespacial da Ohio State University. .

"Nossa capacidade de usar o espaço aéreo para mover ou transportar coisas de maneira eficiente tem enormes implicações sociais", disse Dapino. “Mas para operar esses objetos voadores, medições precisas do vento devem estar disponíveis em tempo real, independentemente de o veículo ser tripulado ou não”. Além de ajudar os objetos aéreos a atravessar longas distâncias, as medições precisas do vento também são importantes para a previsão de energia e otimizar o desempenho das turbinas eólicas, disse ele.

Sua pesquisa foi publicada na revista Frontiers in Materials .

Os anemômetros convencionais variam na forma como coletam seus dados, mas todos têm limitações, disse Dapino. Como os anemômetros podem ser caros de fabricar, consumir grandes quantidades de energia e ter um alto arrasto aerodinâmico – o que significa que o instrumento se opõe ao movimento da aeronave pelo ar – muitos tipos são inadequados para aeronaves pequenas. Mas o anemômetro da equipe do Estado de Ohio é leve, de baixa energia, baixo arrasto e mais sensível a mudanças de pressão do que os tipos convencionais.

Leon Headings, coautor do estudo e pesquisador sênior associado em engenharia mecânica e aeroespacial na Ohio State, disse que o instrumento foi fabricado a partir de materiais inteligentes – matéria com propriedades que podem ser controladas, permitindo que sintam e reajam ao ambiente. A equipe usou um polímero elétrico chamado fluoreto de polivinilideno (PVDF). Usado extensivamente em revestimentos arquitetônicos e baterias de íons de lítio, o PVDF pode ser piezoelétrico, o que significa que produz energia elétrica quando uma pressão é aplicada a ele. Esta energia pode ser usada para alimentar o dispositivo. A tensão medida ou mudança na capacitância de um pedaço de filme de PVDF flexível pode ser correlacionada com a velocidade do vento.

O sensor PVDF é incorporado a um aerofólio, semelhante a uma asa de avião, o que reduz o arrasto aerodinâmico. Como o aerofólio é livre para girar como um cata-vento, ele pode ser usado para medir a direção do vento.

Mas para testar como seu dispositivo se sairia uma vez submetido à atmosfera da Terra, os pesquisadores projetaram um experimento em duas frentes. Primeiro, o sensor de pressão foi testado em uma câmara selada para determinar sua sensibilidade. Em seguida, o sensor foi incorporado em um aerofólio e testado em um túnel de vento. Os resultados mostraram que o sensor mede a pressão e a velocidade do vento extremamente bem. Uma pequena bússola de magnetômetro digital integrada ao aerofólio fornece dados precisos da direção do vento, medindo a orientação absoluta do aerofólio em relação ao campo magnético da Terra.

Mas mais pesquisas precisam ser feitas para mover o conceito de sensor de vento de um ambiente de pesquisa controlado para aplicações comerciais. À medida que sua equipe continua trabalhando com PVDF e outros materiais avançados para melhorar a tecnologia de sensores, Dapino espera que seu trabalho acabe levando a tecnologia que possa ser usada fora das aeronaves, como turbinas eólicas para energia limpa, eficiente e prontamente disponível para o público.

"São materiais muito avançados e podem ser usados ​​em muitas aplicações", disse Dapino. "Gostaríamos de aproveitar essas aplicações para trazer a geração compacta de energia eólica para casa." + Explorar mais

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