Líquidos, sólidos... ou ambos?
2006/10/01 Imaz Amiano, Eneko - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Os lubricantes facilitan e reducen o movemento dos compoñentes, reducindo o rozamiento entre pezas. É por iso que se engade aceite ao motor do coche ou á cadea da bicicleta, polo que as bisagras ou bandas das portas da casa, así como o motor da lavadora, teñen aceite.
Con todo, a miúdo os lubricantes teñen que traballar en condicións diferentes ao longo do tempo: agora coas pezas en movemento rápido, despois coas pezas máis lentas, en quente, en frío, en seco, molladas ou mesturadas con outros líquidos. Todo iso pode implicar una transformación das características dos lubricantes, especialmente un cambio na viscosidad, o que pode implicar un cambio na eficiencia do lubricante.
É por iso que se inventaron lubricantes que poden traballar nun amplo rango de condicións e lubricantes intelixentes, é dicir, lubricantes que responden a estímulos externos. Por exemplo, a calor fai que os lubricantes afínense por si mesmos, pero se pode conseguir una certa influencia externa e que os lubricantes volvan ser máis viscosos.
Mouinir Bou Ali e o seu equipo investigan lubricantes intelixentes en Mondragon Unibertsitatea. En concreto, os lubricantes que se volven máis ou menos viscosos en función do campo magnético.
A estes líquidos chámaselles magnetorreológicos, é dicir, fluídos que varían o seu reología ou propiedades en función do magnetismo. Neste caso modifícase o seu viscosidad ou viscosidad. Esta propiedade obtense grazas ás micropartículas magnéticas engadidas.
Tres compoñentes
Os fluídos utilizados paira a investigación consisten en mesturas de tres compoñentes: o fluído en función da aplicación, no caso dos lubricantes, algún aceite; a magnetita, que proporcionará un comportamento diferenciado segundo o magnetismo á mestura; e o surfactante, para que todo estea estable e homogéneamente mesturado.
Líquido sólido
Ao someter os fluídos magnetorreológicos ao campo magnético cámbiaselles a viscosidad: vólvense máis viscosos, moitas veces até converterse en case sólidos. Isto é posible porque as partículas de magnetita crean enlaces químicos co lubricante do fluído e o surfactante. Se non houbese enlaces, só reaccionarían as partículas de magnetita.
Dalgunha maneira, todas as partículas que forman o fluído están homogéneamente mesturadas, pero sen orde. Con todo, baixo a influencia dun imán, as partículas de magnetita e, por tanto, o resto das partículas asociadas ordénanse. O fluído vólvese máis viscoso.
Ademais, as partículas do fluído aproxímanse unhas a outras en función do tipo de compoñente e da zona, aumentando a compactación do fluído. Depende da forza do campo magnético e das características da mestura, pero o fluído tamén pode adoptar a forma dun sólido: o recipiente colócase boca abaixo e non flúe en absoluto, ou o fluído pode adoptar a forma dunha coroa ao ser compactado seguindo liñas magnéticas invisibles.
Aplicacións en lavadoras...
Ademais de estudar como prepararse e as súas propiedades, en Mondragon Unibertsitatea estudan as posibles aplicacións deste tipo de fluídos.
Paira Mouinir Bou Ali, líder do grupo de investigación, "a vantaxe de dispor dalgunha variable controlada é enorme e, neste caso, a vantaxe é controlar o fluído a través do magnetismo fronte aos lubricantes convencionais". Por exemplo, a calor pode afinar o lubricante e limitar a súa eficiencia, pero se un sensor de temperatura activase un campo magnético e por tanto o lubricante fóra máis viscoso, entón superaríase o problema da calor.
Na Universidade está a investigarse no campo da lubricación e amortiguadores. Está a traballarse especialmente con amortiguadores de lavadoras.
Nas lavadoras colócanse amortiguadores con fluído magnetorreológico e analízase o seu resultado en determinadas frecuencias de vibración paira comparalo cos resultados dos amortiguadores convencionais. Con iso preténdese mellorar os fluídos magnetorreológicos e optimizalos paira esta aplicación concreta.
...e mesturas líquidas
Outro dos ámbitos de aplicación é o transporte ou almacenamento de calquera fluído, e en particular das mesturas.
En fluídos que conteñen máis dun compoñente ou partículas sólidas, pode producirse a precipitación dalgúns dos seus compoñentes. Pero en Mondragon Unibertsitatea crese que se pode evitar a rotura de compoñentes. Isto pódese conseguir principalmente a través da presión, pero tamén mediante a aplicación do magnetismo. Se o compoñente precipitado ten asociadas partículas de magnetita, preténdese aplicar o campo magnético e evitar a precipitación.
Con todo, pode non ser conveniente utilizar o campo magnético paira a distribución homoxénea das partículas do fluído, ou non facelo. Nestes casos, é posible que a propia magnetita e as partículas asociadas á mesma precipiten, polo que non se conseguiría que a viscosidad alterásese de forma arbitraria coa aplicación do campo magnético.
Trátase, pois, de resolver este problema a través da temperatura: a aplicación da calor só ao carón ou só en puntos determinados xera un tráfico de convección no fluído, o que permite obter una distribución homoxénea da magnetita paira posteriormente conseguir a variación reológica desexada co magnetismo.
Por tanto, as condicións externas poden dar lugar á resposta de líquidos magnetorreológicos como consecuencia da activación do campo magnético, pero nalgúns casos este factor externo pode ser necesario para que a resposta do fluído sexa adecuada cando se aplica o campo magnético.
As lavadoras e mesturas líquidas son as dúas principais aplicacións que se están investigando en Mondragon Unibertsitatea, pero os fluídos magnetorreológicos xa empezaron a utilizarse en amortiguadores, embragues, freos, válvulas, algunhas aplicacións de robots, etc. No edificio do Museo de Novas Ciencias e Tecnoloxías de Xapón instaláronse amortiguadores con este fluído paira combater os terremotos. Tamén nos cables que suxeitan a ponte do lago Dong Ting de China, para que se mova menos cando o vento sopra con forza.
Á fin e ao cabo, gústanos que a lavadora pareza menos vibrante e retumbar ou que o coche sexa máis suave, ou que os pedais da bicicleta viren moi rápido, non?
