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Instituto Politécnico Nacional Ingeniería en Mecatrónica Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas U.P.I.I.T.A. Ingeniería en Mecatrónica “Experimentación y validación del comportamiento de un fluido magnetorheológico sobre un sistema mecatrónico rotor-chumacera” Presentan: Itzael Cuituny Nieva José Daniel Pérez Ramírez David Alan Pulido García México, D.F., 17 de Mayo de 2012
Asesores Presidente del jurado Profesor titular D. en C. Julio Cesar Gómez Mancilla D. en C. José de Jesús Silva Lomelí D. en C. Luis Armando Villamar Martínez Presidente del jurado M. en C. José Concepción Luna Reséndiz Profesor titular M. en C. Víctor Darío Cuervo Pinto
CONTENIDO: Introducción Objetivos Desarrollo Conclusiones
Introducción UPIITA - IPN
Principales componentes de una chumacera con película de fluido Cubierta Fluido Eje Chumacera Puerto de inyección de lubricante Cimentación Pedestal Principales componentes de una chumacera con película de fluido
Fluido magnetorheológico
Fluido MR Componentes: Partículas magnetizables Liquido de dispersión Surfactante o tensioacitivo UPIITA - IPN
Fluido MR Suspensión de partículas magnetizables de tamaño submicrométrico. 100 nm – 10 μm Actúa como un plástico de Bingham UPIITA - IPN
Fluido MR Sin campo magnético Con campo magnético UPIITA - IPN
Objetivos UPIITA - IPN
Objetivo general Efectuar una validación del comportamiento que tiene un fluido magnetorheológico sobre un sistema mecatrónico rotor-chumacera, a partir de pruebas experimentales con el equipo proporcionado por el Laboratorio de Vibraciones y Rotodinámica de la S.E.P.I.-E.S.I.M.E.-Zacatenco I.P.N.
Objetivos particulares 1.- Selección de fluidos magnetorheológicos. 2.- Diseño y manufactura de un sistema mecatrónico rotor-chumacera. 3.- Diseñar y elaborar experimentos con fluidos magnetorheológicos. 4.- Proponer y construir instrumentación. 5.- Elaborar conclusiones.
Propiedades del fluido magnetorheológico UPIITA - IPN
Esfuerzo de cedencia máximo 50-100 kPa Viscosidad dinámica Propiedad Valor típico Esfuerzo de cedencia máximo 50-100 kPa Viscosidad dinámica 0.1-1.0 Pa·s Tiempo de respuesta milisegundos Máxima intensidad de campo magnético 250 kA/m (limitado por saturación) Densidad 3-4 g/cm3 Rango de temperatura operable (- 40) - 150 ºC (limitado por el fluido portador) Suministro de energía 1 – 50V / 0.5 - 2 A Permeabilidad relativa 5 - 9 UPIITA - IPN
Dirección del fluido MR Propiedades UPIITA - IPN
Propiedades UPIITA - IPN
Proveedores Fluido MRF – 122 EGH ------- 1 litro $750 USD Fluido MRF – 132 DGH ------- 1 litro $750 USD UPIITA - IPN
Pruebas Experimentales UPIITA - IPN
Pruebas experimentales Componente Función Densidad (gr/ml) Porcentaje de la mezcla Tóner de impresora HP (9 μm) Partícula ferromagnética 0.55 30 % Aceite vegetal Fluido portador 0.837 70 % - Surfactante UPIITA - IPN
Pruebas experimentales Componente Función Densidad (gr/ml) Porcentaje de la mezcla Tóner de impresora HP (9 μm) Partícula ferromagnética 0.55 30 % Ultra-Chem SF96-50 Fluido aportador 0.964 67.8 % Ultra 1088 Surfactante 1.088 0.2 % Tween 20 1.1 2 % “Prótesis de rodilla con pistón magnetorheológico” UPIITA - IPN
Diseño magnético
Concepto magnético Circuito magnético UPIITA - IPN
Ecuaciones características Reluctancia Flujo magnético Densidad de campo magnético UPIITA - IPN
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BOBINA ACERO 1045 SOPORTE DE LA BOBINA BODOQUE DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO UPIITA - IPN
Circuito magnético equivalente Sección transversal de la chumacera
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4.-Conclusiones
Se ratifica que la sedimentación es uno de los parámetros más difíciles de combatir en los fluidos magnetorheológicos. Los tiempos de sedimentación en fluidos confeccionados con las técnicas empleadas son aproximadamente de 72 horas. Debido al excesivo precio de las partículas magnéticas, y la inestabilidad de las mezclas elaboradas respecto a los avances reportados es más eficiente implementar un fluido magnetorheológico comercial en éstos sistemas. UPIITA - IPN
Sin embargo, el punto anterior no quiere decir que los experimentos tengan que realizarse forzosamente con un fluido magnetorheológico comercial. Un material magnético blando ha sido seleccionado para construir la chumacera, debido a que tiene la propiedad de magnetizarse y desmagnetizarse fácilmente, y a su vez no retiene el campo magnético aplicado. UPIITA - IPN
Gracias por su atención "La Técnica al Servicio de la Patria"
PREGUNTAS UPIITA - IPN
Instrumentación
Instrumentación implementada Caudal de 2.5 - 5450 ml/min. Velocidad de salida de 50 - 5000 r.p.m. Rango de viscosidad dinámica de 2e-04 - 1.5 Pa·s. Altura x Ancho x Profundidad= 127 x 178 x 178 mm. Peso de 3.6 kgf . Corriente máxima de 2.3 A. Voltaje AC de 50 o 60 Hz. Motor eléctrico de C.D. de 0.07 hp, rango de voltaje de 0 - 90 V.C.D y corriente consumida de 8 A. Máxima Presión Diferencial de 5.6 Bar. Máxima Presión en el sistema de 21 Bar. Control manual de velocidad con un potenciómetro de 250 kΩ. Micro-bomba Cole-Parmer UPIITA - IPN
Instrumentación implementada Circuito de control para la micro-bomba UPIITA - IPN
Instrumentación implementada Sensores de proximidad 3300 XL NSv UPIITA - IPN
1.- Bomba para fluido 2.- Chumacera híbrida 3.- Buje de bronce 4.- Soporte para sensores de proximidad
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