Method of determining the essential geometric characteristics of the metal foam structure

Método de determinación de las características geométricas esenciales de la estructura de espuma metálica

El artículo trata de la descripción del método, propuesto por los autores, que determina las características geométricas esenciales de la estructura de espuma metálica con el uso del software de imágenes analíticas. El método utiliza aparatos técnicos y software económicamente disponibles con énfasis en la máxima consideración de la incertidumbre de la medición por el método de Kline-McClintock. En el análisis de imágenes se utilizaron tres tipos de espumas metálicas con una densidad de poros de 10 a 40 poros por pulgada. El parámetro más importante -el tamaño de una célula de espuma metálica- oscilaba entre 1.165 mm (para 40 PPI), pasando por 2.262 mm (para 20 PPI), hasta 5.660 mm (para 10 PPI).

INTRODUCCIÓN

Los metales espumados, debido a sus propiedades únicas, se utilizan en una amplia gama de aplicaciones técnicas: absorbedores de energía por impacto, intercambiadores de calor, mezcladores químicos [1,2], pero la aplicación más prometedora se encuentra en el sector de las energías renovables, en pleno desarrollo [3-6]. Sus propiedades únicas dependen no sólo del material base (metal), sino también de las propiedades geométricas de la estructura, cuyo elemento constructivo fundamental es la célula. Esta célula está formada por ligamentos (fibras) interconectados de la espuma metálica, en forma de tetrakaidecaedros (poliedro con catorce paredes) que crean una compleja estructura interna. En la figura 1 se representan las características geométricas esenciales y las formas de la estructura de la espuma metálica:

diámetro de la célula - D_c

diámetro de los poros - D_p

longitud del ligamento - l_lig

grosor del ligamento - t_lig

La posibilidad de identificar y cuantificar correctamente las características geométricas de los ligamentos (forma en sección transversal, diámetro, longitud), los poros y las celdas (forma, diámetro) de los diferentes tipos de espumas metálicas es crucial para el desarrollo ulterior que conduzca al diseño eficaz de diversas aplicaciones técnicas basadas en espumas metálicas (por ejemplo, el cálculo de la superficie específica de la espuma metálica, que forma la interfaz entre la fase sólida y la fluida, la modelización matemática de las propiedades seleccionadas o las entradas para la modelización de elementos finitos, etc.). La determinación de las características geométricas de las espumas metálicas ha sido realizada anteriormente por dos grupos de autores. Un grupo de autores [7,8], utilizó principalmente microscopía electrónica de barrido u otros tipos de dispositivos de imagen altamente especializados que no están ampliamente disponibles en las instituciones de investigación estándar. Estos autores han logrado resultados relativamente coherentes sin errores de medición significativos. El inconveniente de los métodos presentados es la escasa disponibilidad de los dispositivos utilizados para un mayor número de investigadores.