Além das tecnologias atrás referidas para a obtenção de um dinamómetro é necessário também analisar outras tecnologias que possam desempenhar um papel idêntico. Como se verificou, em todos os dinamómetros descritos, existia sempre uma filosofia subsistente, que consiste na realização de um binário resistente ao binário efectuado pelo veículo sob teste. Uma tecnologia ao qual se vai dar destaque também é a tecnologia envolvendo fluidos magneto-reológicos. Trata-se de uma tecnologia que se apelida de recente, pois só agora se realizam aplicações com este fluido. A indústria automóvel encontrou, nos fluidos magneto-reológicos, uma fonte de elevado potencial para aplicações tais como amortecedores, embraiagens e travões. No futuro pode-se tornar numa tecnologia com aplicações de pequeno e grande volume. As excelentes características que possui, tais como a sua boa resposta dinâmica, a sua interface simples entre a fonte de energia de entrada e a energia mecânica de saída, a sua controlabilidade precisa, fazem do fluido magneto-reológico uma tecnologia atractiva para várias aplicações.
Magneto-reologia é a mudança de comportamento reológico (ramo que estuda as propriedades físicas que influenciam o transporte da quantidade de movimento num fluido) sob um campo magnético. O campo de forças magnéticas externas obriga as partículas de ferro magnetizáveis a formar uma corrente estrutural, que impede o livre movimento do fluido, permitindo desta maneira o controlo do movimento do fluido através de um campo magnético e possibilitando a mudança reversível do estado líquido (viscosidade baixa) ao estado sólido (viscosidade alta). Para a maioria dos líquidos a viscosidade apenas varia com as diferentes composições químicas, temperaturas e tensão de corte [10] [11].
São três os componentes base na obtenção de um fluido magneto-reológico: o fluido principal (base), as partículas de metal e um aditivo estabilizador. O fluido principal tem como função o transporte, a lubrificação e impor determinadas características de amortecimento. Para obter elevados efeitos do fluido magneto-reológico a viscosidade do fluido deve ser pequena e quase que independente da temperatura. Assim, o efeito criado pelo fluido magneto-reológico será dominante, comparado com a viscosidade física natural, consequência da variação da temperatura ou da tensão de cedência. Quando não é criado um campo magnético, o fluido magneto-reológico comporta-se como o fluido principal e de acordo com a sua estrutura física. Existem diferentes tipos para o fluido base provenientes de óleos de hidrocarbonetos, óleos minerais ou óleos de silicone. O fluido base apresenta uma maior viscosidade quanto maior for a concentração de partículas de metal, aparentando assim ser um fluido “espesso”.
23 Quando é criado um campo magnético as partículas ferrosas são orientadas de tal maneira que formam uma estrutura rígida, sendo o efeito magneto-reológico produzido devido à resistência ao escoamento causado pela corrente estrutural. As partículas ferrosas são geralmente obtidas do ferro carbónico, pó de ferro ou ferro/ligas de cobalto visando alcançar uma elevada saturação magnética, sendo possível obter uma quantidade de pó de metal superior a 50% do volume. O tamanho das partículas é da ordem dos μm e varia dependendo do processo de fabrico. No caso de se tratar de ferro carbónico o tamanho das partículas situa-se entre 1 μm e 10 μm. As características do material são importantes, bem como a sua permeabilidade, para se conseguir uma melhor controlabilidade do efeito magneto-reológico.
Os aditivos incluem estabilizadores e tensioactivos que são agentes suspensivos, tixotrópicos e permitem mudar as características de atrito, evitando também a corrosão e desgaste. São também usados outros materiais altamente viscosos, tais como massas lubrificantes ou outros aditivos tixotrópicos para melhorar a estabilidade. Naftanato ferroso ou oleato ferroso podem ser usados como dispersantes e os sabões metálicos, tais como o estearato de sódio ou o estearato de lítio são utilizados como aditivos de tixotropia.
Os três componentes base definem o comportamento magneto-reológico do fluido. A alteração de um dos componentes do fluido tem como resultado alterações reológicas (quando não existe campo magnético) e também variações de comportamento magneto-reológicas (quando sujeito a um campo magnético). O comportamento reológico do fluido magneto-relógico é dependente da formulação química e da estabilidade da corrente estrutural, que o fluido possui para se mover. O comportamento físico do fluido magneto-reológico pode ser verificado na Figura 2-15 e Figura 2-16.
Figura 2-15 - Fluido magneto-reológico sem campo magnético externo [11]
Figura 2-16 - Fluido magneto-reológico com campo magnético externo [11]
Não existindo um campo magnético exterior (H=0) o fluido magneto-reológico comporta-se como um fluido Newtoniano (Figura 2-15). Quando é aplicado um campo magnético (H≠0) na direcção perpendicular ao escoamento, assinalado pelas setas azuis na Figura 2-16, o fluido tem a capacidade de alterar a sua viscosidade no espaço de milissegundos, tornando-se num fluido muito viscoso sob o efeito da lei de Bingham definindo uma tensão de corte.
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Com um fluido com estas características é possível realizar um freio que proporcione a obtenção de um binário resistente ao binário desenvolvido pelo motor sobre teste. No entanto na pesquisa efectuada não foram encontrados aplicações dinamométricas para binários de carga elevados.
2.6.1 Binário de carga com fluido magneto-reológico
A capacidade de geração de binário resistente (travagem) depende em grande parte das características do fluido. Mediante a porção dos componentes introduzidas no designado fluido magneto-reológico, é possível verificar características mecânicas diferentes e em consequência diferentes binários de carga.
A LordCorporation, um dos fabricantes com uma vasta experiência neste tipo de fluidos, apresenta no mercado um fluido com as características descritas na Tabela 2-1:
Tabela 2-1 - Características para fluido magneto-reológico [12]
Da análise da Tabela 2-1 verifica-se que o intervalo de temperatura para o correcto funcionamento encontra-se entre os -40 ºC e os 130 ºC, apresentando a viscosidade, nesta gama, um comportamento Newtoniano quando não sujeita a nenhum campo magnético. Quando sob o efeito de um campo magnético exterior verifica-se que a viscosidade deixa de depender tanto da temperatura, podendo atingir temperaturas bastante altas quando sujeito a carga [12].
A configuração mais simples para um travão com o fluido magneto-reológico é apresentada na Figura 2-17. Um disco acoplado ao veio e animado do movimento de rotação transmitido pelo motor é inserido na armação e suportado por rolamentos realizado em materiais não magnéticos, geralmente aço inoxidável e alumínio. Entre a superfície do disco rotativo e a armação está alojado o fluido magneto-reológico.
A armação é realizada num material magnético, de maneira a que seja possível obter o campo magnético ideal para a mudança de estado do fluido. Na armação é alojado uma bobina que provoca um campo magnético perpendicular à direcção do fluxo/movimento do fluido, alterando assim a sua viscosidade, dificultando a movimentação do fluido e possibilitando, deste modo, a obtenção de um binário resistente ao binário desenvolvido pelo veio motor. Enquanto não é aplicada qualquer energização na bobina verifica-se o acompanhamento do fluido com a rotação do disco.
25 Figura 2-17 - Esquema geral de um travão com fluido magneto-reológico [13]
Esta configuração proporciona binários resistentes de baixo valor absoluto. Trata-se apenas de um disco, resultando assim uma baixa superfície de contacto entre o fluido e o componente rotativo. Outra construção possível será a da Figura 2-18 que apresenta seis discos rotativos e cinco discos estacionários acoplados à armação (estator).
M. Benetti e E. Dragoni realizaram um estudo onde se pretendia desenvolver um travão com o fluido magneto-reológico para um binário de 100 Nm. No final do estudo foi obtida a configuração da Figura 2-18, que necessita apenas de uma densidade de corrente de 5 A/mm2 [14].
Figura 2-18 - Travão multidisco com fluido magneto-reológico[14]
Apesar desta configuração apresentar uma boa relação binário resistente/corrente fornecida, tem um grande inconveniente. Trata-se da energia absorvida na travagem/paragem do movimento de rotação dos discos, transformando-se em calor e proporcionando uma perda das propriedades do fluido magneto-reológico. Existem formas de remover calor por convecção como mostra a Figura 2-19 mas, no caso em que se verifique um número de discos superior à unidade, esta solução não apresenta grande efeito pois, entre os discos rotativos que se encontram na posição intermédia, não se verificaria remoção de calor de forma significativa [15].
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Figura 2-19 - Travão com arrefecimento por convecção [15]