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• Pablo Silva

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FLUIDOS INTELIGENTES

Materiales inteligentes

Hoy en día, gracias a la popularidad que ha ido adquiriendo a lo largo de estos últimos años, el término “inteligente” se ha adoptado como un modo válido de calificar y describir una clase de materiales que presentan la capacidad de cambiar sus propiedades físicas (rigidez, viscosidad, forma, color, etc.) en presencia de un estímulo concreto. No existe un consenso a la hora de aplicar este término a un material o estructura, pero si existe un acuerdo en cuanto a ciertos criterios o rasgos comunes que deben presentar los llamados materiales o estructuras inteligentes: • Estos materiales, de manera intrínseca o embebida, presentan sensores de reconocimiento y medida de la intensidad del estímulo ante el que reaccionará el material. • A su vez presentan “actuadores”, embebidos o intrínsecos, que responden ante dicho estímulo. • Para controlar la respuesta de una forma predeterminada presentan mecanismos de control y selección de la respuesta. • El tiempo de respuesta es corto. • El sistema regresa a su estado original tan pronto como el estímulo cesa. Si se tienen en cuenta estos puntos genéricos, se podría adoptar como definición de sistema inteligente la siguiente: “Sistema o material que presenta sensores, ’actuadores’ y mecanismos de control, intrínsecos o embebidos, por los cuales es capaz de sentir un estímulo, de responder ante él de una forma predeterminada en un tiempo apropiado y de volver a su estado original tan pronto como el estímulo cesa”. En los subsiguientes apartados se describen brevemente los materiales inteligentes más habituales y conocidos.

Fluido Electroreológico Un FER (Fluido Electroreológico) está formado por un medio continuo –generalmente un líquido aislante y un medio disperso que puede ser sólido o líquido. En el primer caso son llamadas suspensiones ectroreológicas (ER) y en el segundo emulsiones ER. La particularidad del medio disperso es que sea capaz de polarizar en presencia de un campo eléctrico. Las propiedades reológicas (viscosidad, esfuerzo de cedencia, módulo de corte, etc.) de un FER pueden sufrir cambios reversibles de varios órdenes de magnitud bajo la acción de un campo eléctrico externo, con intensidades que alcanzan incluso varios kilovolts por milímetro. Las propiedades de flujo pueden ser fácilmente controladas (desde un líquido viscoso hasta un sólido elástico) y, por ello, los FER pueden ser usados como interfaces eléctricas y mecánicas en varias áreas de la industria, por ejemplo en la industria automotriz para embragues, frenos y sistemas de amortiguamiento. También pueden ser usados en estructuras de robots y en aplicaciones médicas, ópticas, militares y en procesos de impresión. Su aplicación potencial ha generado un gran interés de los industriales y académicos desde que el efecto ER fue descrito por primera vez por Winslow en 1949. Hoy en día, existe un cúmulo importante de literatura (Hao, 2002) acerca del mecanismo responsable del efecto ER y del diseño

de aplicaciones industriales de los FER. Sin embargo, aún no se ha logrado la comercialización de estos equipos, debido a dificultades técnicas inherentes a la tecnología actual y al insuficiente entendimiento de los mecanismos responsables del efecto ER. Por otro lado, los fluidos ER muestran sedimentación, especialmente a tiempos prolongados. Actualmente es posible predecir sus propiedades directamente con base en las propiedades de sus componentes, composición y condiciones de operación, a pesar de que apenas se rebasan los 50 años de investigación. Fluidos Magnetoreológicos

Los fluidos magnetoreológicos son suspensiones acuosas de microesferas superparamagnéticas que contienen gránulos de magnetita dispersos, a esta solución se añade un surfactante (sustancia que reduce la tensión superficial de un líquido) para estabilizar las suspensiones. Las partículas no tienen remanencia ni histéresis magnética, según el tamaño de las partículas que están disueltas en el fluido pueden ser llamados ferro-fluidos si sus partículas son de 3 a 15nm y fluidos magnetoreológicos si están entre 0.05 y 8 micras. La formación de estos agregados cambia drásticamente las propiedades mecánicas y ópticas de las suspensiones. Los fluidos magnéticos son materiales que responden a la aplicación de un campo magnético con un cambio en su comportamiento reológico; bajo la acción de un campo magnético constante las partículas adquieren momento dipolar que genera una fuerza atractiva entre las partículas, la cual produce la agregación de las partículas en forma de collares de cuentas alineados con el campo magnético, razón por la cual se da el drástico cambio en su comportamiento reológico: este cambio se manifiesta mediante el desarrollo de un esfuerzo producido monotónicamente que crece con el campo aplicado. De ahí su habilidad para proveer una simple, silenciosa y rápida respuesta en el interface entre controles electrónicos y sistemas mecánicos. (Amortiguadores Magnetoreológicos) La respuesta de los fluidos magnetoreológicos es resultado de la polarización inducida en las partículas suspendidas mediante la aplicación de un campo magnético externo, la interacción entre los dipolos inducidos resultantes obliga a las partículas a formar estructuras columnares paralelas al campo aplicado, estas estructuras tipo cadena restringen el movimiento del fluido dando lugar a un incremento a las características viscosas de la suspensión. La energía mecánica necesaria para producir estas estructuras tipo cadena se incrementa conforme crece el campo aplicado, dando como resultado un esfuerzo dependiente del campo como se puede ver en la figura