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Instituto Politécnico Nacional 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 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 3
CONTENIDO: 1. Introducción 2. Objetivos 3. Desarrollo 4. Conclusiones
INTRODUCCIÓN 5 UPIITA - IPN
Cubierta Puerto de inyección de lubricante Chumacera Eje Principales componentes de una chumacera con película de fluido Fluido Cimentación Pedestal 6
Fluido magnetorheológico
Fluido MR Componentes: • Partículas magnetizables • Liquido de dispersión • Surfactante o tensioacitivo 8 UPIITA - IPN
Fluido MR • Suspensión de partículas magnetizables de tamaño submicrométrico. • 100 nm – 10 μm • Actúa como un plástico de Bingham 9 UPIITA - IPN
Fluido MR Sin campo magnético Con campo magnético 10 UPIITA - IPN
OBJETIVOS 11 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. 12
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. 13
Propiedades del fluido magnetorheológico 14 UPIITA - IPN
Propiedad Esfuerzo de cedencia máximo Viscosidad dinámica Tiempo de respuesta Máxima intensidad de campo magnético Densidad Rango de temperatura operable Suministro de energía Permeabilidad relativa UPIITA - IPN Valor típico 50 -100 k. Pa 0. 1 -1. 0 Pa·s milisegundos 250 k. A/m (limitado por saturación) 3 -4 g/cm 3 (- 40) - 150 ºC (limitado por el fluido portador) 1 – 50 V / 0. 5 - 2 A 5 - 9 15
Dirección del fluido MR Propiedades UPIITA - IPN 16
Propiedades 17 UPIITA - IPN
Proveedores Fluido MRF – 122 EGH ------- 1 litro $750 USD Fluido MRF – 132 DGH ------- 1 litro $750 USD 18 UPIITA - IPN
Pruebas Experimentales 19 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 Surfactante 0. 837 - 70 % - 20 UPIITA - IPN
Pruebas experimentales Componente Función Densidad (gr/ml) Porcentaje de la mezcla Tóner de Partícula impresora HP ferromagnética 0. 55 30 % “Prótesis (9 μm) de rodilla con pistón magnetorheológico” Ultra-Chem SF 96 -50 Ultra 1088 Fluido aportador Surfactante 0. 964 67. 8 % 1. 088 0. 2 % Tween 20 Surfactante 1. 1 2 % 21 UPIITA - IPN
Diseño magnético
Concepto magnético • Circuito magnético UPIITA - IPN 23
Ecuaciones características • Reluctancia • Flujo magnético • Densidad de campo magnético 24 UPIITA - IPN
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BOBINA ACERO 1045 SOPORTE DE LA BOBINA BODOQUE DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO UPIITA - IPN 27
Circuito magnético equivalente Sección transversal de la chumacera 28
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4. -Conclusiones 32
• 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. 33 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. 34 UPIITA - IPN
Gracias por su atención "La Técnica al Servicio de la Patria" 35
PREGUNTAS 36 UPIITA - IPN
Instrumentación
Instrumentación implementada Caudal de 2. 5 - 5450 ml/min. Velocidad de salida de 50 - 5000 r. p. m. • Micro-bomba Cole-Parmer Rango de viscosidad dinámica de 2 e-04 - 1. 5 Pa·s. Altura x Ancho x Profundidad= 127 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. 38 UPIITA - IPN
Instrumentación implementada • Circuito de control para la micro-bomba 39 UPIITA - IPN
Instrumentación implementada • Sensores de proximidad 3300 XL NSv 40 UPIITA - IPN
1. - Bomba para fluido 2. - Chumacera híbrida 3. - Buje de bronce 4. - Soporte para sensores de proximidad 41
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