Líquids, sòlids... o tots dos?
2006/10/01 Imaz Amiano, Eneko - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Els lubrificants faciliten i redueixen el moviment dels components, reduint el fregament entre peces. És per això que s'afegeix oli al motor del cotxe o a la cadena de la bicicleta, per la qual cosa les frontisses o bandes de les portes de la casa, així com el motor de la rentadora, tenen oli.
No obstant això, sovint els lubrificants han de treballar en condicions diferents al llarg del temps: ara amb les peces en moviment ràpid, després amb les peces més lentes, en calenta, en fred, en sec, mullades o barrejades amb altres líquids. Tot això pot implicar una transformació de les característiques dels lubrificants, especialment un canvi en la viscositat, la qual cosa pot implicar un canvi en l'eficiència del lubrificant.
És per això que s'han inventat lubrificants que poden treballar en un ampli rang de condicions i lubrificants intel·ligents, és a dir, lubrificants que responen a estímuls externs. Per exemple, la calor fa que els lubrificants s'afinin per si mateixos, però es pot aconseguir una certa influència externa i que els lubrificants tornin a ser més viscosos.
Mouinir Bou Ali i el seu equip investiguen lubrificants intel·ligents en Mondragon Unibertsitatea. En concret, els lubrificants que es tornen més o menys viscosos en funció del camp magnètic.
A aquests líquids se'n diu magnetorreológicos, és a dir, fluids que varien la seva reologia o propietats en funció del magnetisme. En aquest cas es modifica la seva viscositat o viscositat. Aquesta propietat s'obté gràcies a les micropartículas magnètiques afegides.
Tres components
Els fluids utilitzats per a la recerca consisteixen en mescles de tres components: el fluid en funció de l'aplicació, en el cas dels lubrificants, algun oli; la magnetita, que proporcionarà un comportament diferenciat segons el magnetisme a la mescla; i el surfactant, perquè tot estigui estable i homogèniament barrejat.
Líquid sòlid
En sotmetre els fluids magnetorreológicos al camp magnètic se'ls canvia la viscositat: es tornen més viscosos, moltes vegades fins a convertir-se en gairebé sòlids. Això és possible perquè les partícules de magnetita creen enllaços químics amb el lubrificant del fluid i el surfactant. Si no hi hagués enllaços, només reaccionarien les partícules de magnetita.
D'alguna manera, totes les partícules que formen el fluid estan homogèniament barrejades, però sense ordre. No obstant això, sota la influència d'un imant, les partícules de magnetita i, per tant, la resta de les partícules associades s'ordenen. El fluid es torna més viscós.
A més, les partícules del fluid s'aproximen unes a altres en funció de la mena de component i de la zona, augmentant la compactació del fluid. Depèn de la força del camp magnètic i de les característiques de la mescla, però el fluid també pot adoptar la forma d'un sòlid: el recipient es col·loca boca avall i no flueix en absolut, o el fluid pot adoptar la forma d'una corona en ser compactat seguint línies magnètiques invisibles.
Aplicacions en rentadores...
A més d'estudiar com preparar-se i les seves propietats, en Mondragon Unibertsitatea estudien les possibles aplicacions d'aquesta mena de fluids.
Per a Mouinir Bou Ali, líder del grup de recerca, "l'avantatge de disposar d'alguna variable controlada és enorme i, en aquest cas, l'avantatge és controlar el fluid a través del magnetisme enfront dels lubrificants convencionals". Per exemple, la calor pot afinar el lubrificant i limitar la seva eficiència, però si un sensor de temperatura activés un camp magnètic i per tant el lubrificant fos més viscós, llavors se superaria el problema de la calor.
En la Universitat s'està investigant en el camp de la lubricació i amortidors. S'està treballant especialment amb amortidors de rentadores.
En les rentadores es col·loquen amortidors amb fluid magnetorreológico i s'analitza el seu resultat en determinades freqüències de vibració per a comparar-lo amb els resultats dels amortidors convencionals. Amb això es pretén millorar els fluids magnetorreológicos i optimitzar-los per a aquesta aplicació concreta.
...i mescles líquides
Un altre dels àmbits d'aplicació és el transport o emmagatzematge de qualsevol fluid, i en particular de les mescles.
En fluids que contenen més d'un component o partícules sòlides, pot produir-se la precipitació d'alguns dels seus components. Però en Mondragon Unibertsitatea es creu que es pot evitar el trencament de components. Això es pot aconseguir principalment a través de la pressió, però també mitjançant l'aplicació del magnetisme. Si el component precipitat té associades partícules de magnetita, es pretén aplicar el camp magnètic i evitar la precipitació.
No obstant això, pot no ser convenient utilitzar el camp magnètic per a la distribució homogènia de les partícules del fluid, o no fer-lo. En aquests casos, és possible que la pròpia magnetita i les partícules associades a la mateixa precipitin, per la qual cosa no s'aconseguiria que la viscositat s'alterés de manera arbitrària amb l'aplicació del camp magnètic.
Es tracta, doncs, de resoldre aquest problema a través de la temperatura: l'aplicació de la calor només a un costat o només en punts determinats genera un trànsit de convecció en el fluid, la qual cosa permet obtenir una distribució homogènia de la magnetita per a posteriorment aconseguir la variació reològica desitjada amb el magnetisme.
Per tant, les condicions externes poden donar lloc a la resposta de líquids magnetorreológicos com a conseqüència de l'activació del camp magnètic, però en alguns casos aquest factor extern pot ser necessari perquè la resposta del fluid sigui adequada quan s'aplica el camp magnètic.
Les rentadores i mescles líquides són les dues principals aplicacions que s'estan investigant en Mondragon Unibertsitatea, però els fluids magnetorreológicos ja han començat a utilitzar-se en amortidors, embragatges, frens, vàlvules, algunes aplicacions de robots, etc. En l'edifici del Museu de Noves Ciències i Tecnologies del Japó s'han instal·lat amortidors amb aquest fluid per a combatre els terratrèmols. També en els cables que subjecten el pont del llac Dong Ting de la Xina, perquè es mogui menys quan el vent bufa amb força.
Al cap i a la fi, ens agrada que la rentadora sembli menys vibrant i retrunyir o que el cotxe sigui més suau, o que els pedals de la bicicleta girin molt ràpid, no?
