¿Líquidos, sólidos... o ambos?
2006/10/01 Imaz Amiano, Eneko - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Los lubricantes facilitan y reducen el movimiento de los componentes, reduciendo el rozamiento entre piezas. Es por ello que se añade aceite al motor del coche o a la cadena de la bicicleta, por lo que las bisagras o bandas de las puertas de la casa, así como el motor de la lavadora, tienen aceite.
Sin embargo, a menudo los lubricantes tienen que trabajar en condiciones diferentes a lo largo del tiempo: ahora con las piezas en movimiento rápido, después con las piezas más lentas, en caliente, en frío, en seco, mojadas o mezcladas con otros líquidos. Todo ello puede implicar una transformación de las características de los lubricantes, especialmente un cambio en la viscosidad, lo que puede implicar un cambio en la eficiencia del lubricante.
Es por ello que se han inventado lubricantes que pueden trabajar en un amplio rango de condiciones y lubricantes inteligentes, es decir, lubricantes que responden a estímulos externos. Por ejemplo, el calor hace que los lubricantes se afinen por sí mismos, pero se puede conseguir una cierta influencia externa y que los lubricantes vuelvan a ser más viscosos.
Mouinir Bou Ali y su equipo investigan lubricantes inteligentes en Mondragon Unibertsitatea. En concreto, los lubricantes que se vuelven más o menos viscosos en función del campo magnético.
A estos líquidos se les llama magnetorreológicos, es decir, fluidos que varían su reología o propiedades en función del magnetismo. En este caso se modifica su viscosidad o viscosidad. Esta propiedad se obtiene gracias a las micropartículas magnéticas añadidas.
Tres componentes
Los fluidos utilizados para la investigación consisten en mezclas de tres componentes: el fluido en función de la aplicación, en el caso de los lubricantes, algún aceite; la magnetita, que proporcionará un comportamiento diferenciado según el magnetismo a la mezcla; y el surfactante, para que todo esté estable y homogéneamente mezclado.
Líquido sólido
Al someter los fluidos magnetorreológicos al campo magnético se les cambia la viscosidad: se vuelven más viscosos, muchas veces hasta convertirse en casi sólidos. Esto es posible porque las partículas de magnetita crean enlaces químicos con el lubricante del fluido y el surfactante. Si no hubiera enlaces, sólo reaccionarían las partículas de magnetita.
De alguna manera, todas las partículas que forman el fluido están homogéneamente mezcladas, pero sin orden. Sin embargo, bajo la influencia de un imán, las partículas de magnetita y, por tanto, el resto de las partículas asociadas se ordenan. El fluido se vuelve más viscoso.
Además, las partículas del fluido se aproximan unas a otras en función del tipo de componente y de la zona, aumentando la compactación del fluido. Depende de la fuerza del campo magnético y de las características de la mezcla, pero el fluido también puede adoptar la forma de un sólido: el recipiente se coloca boca abajo y no fluye en absoluto, o el fluido puede adoptar la forma de una corona al ser compactado siguiendo líneas magnéticas invisibles.
Aplicaciones en lavadoras...
Además de estudiar cómo prepararse y sus propiedades, en Mondragon Unibertsitatea estudian las posibles aplicaciones de este tipo de fluidos.
Para Mouinir Bou Ali, líder del grupo de investigación, "la ventaja de disponer de alguna variable controlada es enorme y, en este caso, la ventaja es controlar el fluido a través del magnetismo frente a los lubricantes convencionales". Por ejemplo, el calor puede afinar el lubricante y limitar su eficiencia, pero si un sensor de temperatura activara un campo magnético y por lo tanto el lubricante fuera más viscoso, entonces se superaría el problema del calor.
En la Universidad se está investigando en el campo de la lubricación y amortiguadores. Se está trabajando especialmente con amortiguadores de lavadoras.
En las lavadoras se colocan amortiguadores con fluido magnetorreológico y se analiza su resultado en determinadas frecuencias de vibración para compararlo con los resultados de los amortiguadores convencionales. Con ello se pretende mejorar los fluidos magnetorreológicos y optimizarlos para esta aplicación concreta.
...y mezclas líquidas
Otro de los ámbitos de aplicación es el transporte o almacenamiento de cualquier fluido, y en particular de las mezclas.
En fluidos que contienen más de un componente o partículas sólidas, puede producirse la precipitación de algunos de sus componentes. Pero en Mondragon Unibertsitatea se cree que se puede evitar la rotura de componentes. Esto se puede conseguir principalmente a través de la presión, pero también mediante la aplicación del magnetismo. Si el componente precipitado tiene asociadas partículas de magnetita, se pretende aplicar el campo magnético y evitar la precipitación.
Sin embargo, puede no ser conveniente utilizar el campo magnético para la distribución homogénea de las partículas del fluido, o no hacerlo. En estos casos, es posible que la propia magnetita y las partículas asociadas a la misma precipiten, por lo que no se conseguiría que la viscosidad se alterara de forma arbitraria con la aplicación del campo magnético.
Se trata, pues, de resolver este problema a través de la temperatura: la aplicación del calor sólo a un lado o sólo en puntos determinados genera un tráfico de convección en el fluido, lo que permite obtener una distribución homogénea de la magnetita para posteriormente conseguir la variación reológica deseada con el magnetismo.
Por tanto, las condiciones externas pueden dar lugar a la respuesta de líquidos magnetorreológicos como consecuencia de la activación del campo magnético, pero en algunos casos este factor externo puede ser necesario para que la respuesta del fluido sea adecuada cuando se aplica el campo magnético.
Las lavadoras y mezclas líquidas son las dos principales aplicaciones que se están investigando en Mondragon Unibertsitatea, pero los fluidos magnetorreológicos ya han empezado a utilizarse en amortiguadores, embragues, frenos, válvulas, algunas aplicaciones de robots, etc. En el edificio del Museo de Nuevas Ciencias y Tecnologías de Japón se han instalado amortiguadores con este fluido para combatir los terremotos. También en los cables que sujetan el puente del lago Dong Ting de China, para que se mueva menos cuando el viento sopla con fuerza.
Al fin y al cabo, nos gusta que la lavadora parezca menos vibrante y retumbar o que el coche sea más suave, o que los pedales de la bicicleta giren muy rápido, ¿no?
