Los tubos flexibles de silicona son ampliamente utilizados en diferentes sectores industriales, como el farmacéutico o el alimentario, por sus propiedades mecánicas y para su compatibilidad con sus procesos productivos. La monitorización de la presión de los fluidos durante los procesos de fabricación es un parámetro crítico para asegurar su control y su seguridad. Los sensores de presión empleados actualmente requieren contacto directo con el fluido y adaptadores rígidos, incrementando las zonas de retención y el peligro de contaminaciones y dificultades de mantenimiento y de montaje. Una solución para superar estas limitaciones son los sensores flexibles, unes tecnologías y en proceso de transferencia industrial.
El Dr. Joaquim Mª Rius ha desarrollado en su tesis doctoral en IQS unos nuevos sensores de presión, flexibles e integrables en tubos de silicona, para monitorizar procesos productivos farmacéuticos o alimentarios.
En su tesis doctoral realizada en IQS, el Dr. Joaquim Mª Rius Bartra ha llevado a cabo en desarrollo de un sensor capacitivo de presión, flexible, integrado en los tubos de silicona, sin contacto directo con los fluidos y de bajo consumo eléctrico, para la monitorización de procesos productivos farmacéuticos o alimentarios. Bajo el título Desarrollo de nuevas siliconas dieléctricas y su aplicación en sensores, la tesis se realizó en el Grupo de Ingeniería de Materiales GEMAT de IQS, bajo la dirección del Dr. Salvador Borrós y la Dra. Núria Agulló, con la colaboración de la Sra. Norma Ferrer, R&D Manager de Venair Ibérica, empresa especialista en el diseño y creación de soluciones innovadoras de transferencia de fluidos mediante tubos flexibles de silicona.
Nuevos sensores dieléctricos de silicona
La silicona dieléctrica es un material idóneo para obtener este tipo de sensores, para ser utilizados dentro el propio tubo de silicona y ser resistente a elevadas temperaturas. Ahora bien, el rendimiento del sensor depende de su constante dieléctrica, que incrementa la capacitancia, y del módulo de Young, que determina la facilidad de deformación del sensor.
En una primera parte de la investigación, el Dr. Rius realizó un estudio para adaptar la técnica de impedancia para la caracterización dieléctrica de siliconas. En una segunda fase de la tesis, se procedió a formular y desarrollar los compuestos de silicona dieléctrica para optimizar la constante dieléctrica y el módulo de Young de los sensores. Se propuso el uso de partículas multicapa, con núcleo de óxido de titanio y una capa de estaño dopado con óxido de antimonio (ATO), junto con una matriz de silicona de alta consistencia con grupos vinilo terminales (VIT). Las partículas ATO incrementan de forma eficiente la constante dieléctrica del sensor, mientras que la matriz VIT ha mostrado una elevada flexibilidad, presentando valores de módulo de Young bajos en los compuestos testados. La presencia de los grupos VIT también confiere a la silicona una elevada integridad mecánica, característica necesaria para poder evitar la ruptura de la misma en ser manipulada.
Con este nuevo material desarrollado en la tesis, el Dr. Rius desarrolló un prototipo de sensor de presión que ha sido integrado en los tubos de silicona, siendo adaptable a diferentes modelos de tubos comerciales de silicona.
Finalmente, el Dr. Rius diseñó un sistema electrónico para obtener los datos de lectura del sensor, partiendo de la deformación mecánica del mismo y convirtiendo las señales en datos digitales. La caracterización final de los prototipos de sensores ha mostrado una respuesta lineal con la presión interna del tubo. Los tests de temperatura realizados mostraron una elevada estabilidad térmica de los sensores, que les permite trabajar a temperaturas elevadas.
En palabras de Norma Ferrer, “el trabajo del Dr. Rius ha sido muy enriquecedor para Venair, ya que no solo ha abarcado un área puramente de investigación, sino que también ha concluido en un prototipo funcional. En Venair, esta tesis nos abre la puerta a seguir trabajando en este tema de una forma ya muy enfocada”
Publicación relacionada
Joaquim M. Rius, Norma Ferrer, Núria Agulló, Salvador Borrós, High-consistency silicone rubber with reduced Young’s modulus. An industrial option to dielectric silicone rubber, Journal of Applied Polymer Science, 140, issue 37, 2023
Esta tesis se ha realizado dentro del Plan de Doctorados Industriales 2018 de la Generalitat de Catalunya, en la modalidad de cofinanciación entre IQS School of Engineering (Universidad Ramon Llull) y la empresa Venair Ibérica.
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