Outras Aplicações para as SMA

A primeira aplicação comercial das SMA foi sob a forma de acoplamentos para tubulações do caça F-14 Tomcat da Marinha norte-americana, em 1971. Anéis de encaixe foram fabricados a partir de uma liga NiTi com diâmetros internos na temperatura ambiente, sendo os mesmos levemente inferiores ao diâmetro externo do tubo. Os anéis passaram por resfriamento a temperaturas criogênicas, onde eles foram mecanicamente expandidos (em torno de 8%) e deslizados para dentro do tubo. Após aquecimento, os anéis tentaram recuperar seu diâmetro original, e através disso produziram uma situação de acoplamento muito forte. Acoplamentos SMA são também empregados como conectores (WILKES e LIAW, 2000).

Materiais SMA possuem grande utilização nas indústrias aeroespacial e aeronáutica principalmente devido a algumas características tais como elevadas razões potência/massa e pelo comportamento de atuação ideal em condições de gravidade zero. Projetos que utilizam essas propriedades trocam dispositivos convencionais mais complexos e pesados por outros que possuem peso reduzido, simplicidade de projeto e confiabilidade (RICE, 2002).

Dentre os vários campos de aplicações em que as SMA podem ser inseridas, Humbeeck (1999) faz uma divisão quanto à utilização dessas ligas em relação aos efeitos de memória de forma e pseudoelástico que elas apresentam, conforme descrito abaixo:

• Com efeito pseudoelástico: aplicações médicas/biomédicas, decorações e dispositivos (armações para óculos, suportes para sutiãs, antenas para telefones celulares, headfones); • Com efeito memória de forma: acoplamentos, parafusos, microatuadores (termostatos,

válvulas, posicionadores, garras, bombas, mecanismos de regulagem, robôs), materiais adaptativos e compósitos híbridos, aplicações baseadas em elevada capacidade de amortecimento.

Entretanto, segundo Otsuka e Wayman (1998), a aplicação de atuadores SMA é dividida em duas classes distintas:

• Aplicações em que o atuador SMA opera tanto como sensor quanto como atuador. Nesses casos a temperatura do ambiente cria a ação de atuação e a dinâmica do atuador.

• Aplicações em que o atuador SMA é intencionalmente aquecido para executar uma ação controlada completa. A ação de aquecimento pode ser uma consequencia do controle da passagem de corrente elétrica ou também de um fluido/gás quente. Na maioria dos casos o aquecimento elétrico (efeito Joule) é aplicado.

Além destas aplicações, pode-se estender a análise a utilizações biomecânicas em mecanismos que procuram reproduzir movimentos humanos, como é o caso do dedo mecânico (Figura 2.18) que contrai e relaxa os movimentos pela ativação de molas SMA (MUUKKONEN e KATAINEN, 2003).

Armações de óculos comuns são tipicamente feitas de plásticos ou metais padrões tais como alumínio ou titânio. Armações construídas desses materiais exibirão constantemente ajustes ou falhas se grandes deformações são induzidas. A construção de armações com materiais SMA tem como principal vantagem suportar severas deformações de até 10% e recuperar totalmente sua forma original após o descarregamento (BARRET e CUNNINGHAM, 2004). Na Figura 2.19 pode-se visualizar a utilização do efeito pseudoelástico em um óculos de uso comum. Observa-se que a estrutura é deformada e, após a liberação da força deformadora, o óculos retorna à sua forma original.

Figura 2.18 – Protótipo de um mecanismo com SMA que se move como um dedo polegar.

Figura 2.19 – Efeito pseudoelástico demonstrado em óculos de uso comum (MARFIA et al., 2003).

Há ainda idealizações de mecanismos mais avançados, como é caso da ponte “inteligente” (Figura 2.20), a qual tem a sua forma alterada para reduzir os efeitos fluidodinâmicos sobre a sua superfície.

Figura 2.20 – Protótipo de uma ponte que utiliza materiais SMA para alterar a sua forma (MUUKKONEN e KATAINEN, 2003).

Demais aplicações das características únicas das SMA podem ser encontradas sob a forma de dispositivos para supressão de perturbações sísmicas em estruturas civis. Nesta aplicação, as SMA podem ser empregadas como suporte da fundação. A carga que o suporte SMA sustenta pode ser projetada para ficar próxima ao seu limite elástico. A energia de uma

grande amplitude de vibração da construção, provocada por um terremoto, pode ser bem dissipada desta forma (LIANG e ROGERS, 1993).

Outra aplicação em que o uso das SMA é bastante difundido reside na área biomédica. Conforme pode ser visualizado nas Figuras 2.21 e 2.22, existem diversos dispositivos que auxiliam no tratamento e correção de imperfeições. A utilização particular do Nitinol na área biomédica recebe atenção especial devido às boas características de deformação elástica e térmica, resistência ao curvamento, biocompatibilidade e compatibilidade biomecânica, tensões de descarregamento constantes, interferência dinâmica, histerese, compatibilidade com fluidos MR, resistência à fadiga e deformação plástica uniforme (WAYMAN e DUERIG, 1990).

(a) (b) Figura 2.21 – Dispositivos biomédicos: (a) Filtro de Simon2, (b) Arcos ortodônticos (PAIVA

et al., 2003).

Figura 2.22 – Exemplo de aplicação de um stent3 feito de SMA para desobstrução de uma artéria humana.

Por fim, pode-se citar também a aplicação SMA em conectores de uso industrial. Um exemplo desse tipo de ligação é o Cryocon©, um conector especial para junções de tubos, em particular de sistemas aeroespaciais (Figura 2.23).

2 – Dispositivo utilizado para a expansão da veia cava e prevenção de tromboses que afetam coração e pulmões (WAYMAN e DUERIG, 1990); 3 – Microestrutura de auto-expansão geralmente empregada no tratamento de oclusões (AURICCHIO et al., 1997).

Figura 2.23 – Exemplo de aplicação das SMA em conectores (LEDERLÉ, 2002, modificado).

Tal conector é modelado para assumir a forma de um anel alongado a temperaturas muito baixas (em nitrogênio líquido) e passado entre as junções de tubos para a posterior conexão. Uma vez que o nitrogênio é removido, o anel comprime os tubos, realizando assim a conexão. Os conectores possuem vantagens de serem relativamente baratos e resistentes, sendo que a maioria deles não necessitam de tratamentos a elevadas temperaturas, o que poderia danificar os tubos. Além disso, eles são bastantes resistentes à corrosão (LEDERLÉ, 2002).