Fluido magnetoreologico

Un fluido magnetoreologico (MRF) è una generazione di fluidi intelligenti con la capacità di alterare la loro viscosità passando da una fase semisolida a una fase fluida e viceversa applicando o rimuovendo il campo magnetico.

La scoperta del fluido magnetoreologico risale a poco più di 70 anni fa da parte grazie all’ingegnere e inventore ucraino Jacob Rabinov presso il National Bureau of Standards and Technology degli Stati Uniti.

Questi fluidi sono composti da dispersioni di particelle micronizzate sferiche, il cui diametro varia da 0,01 a 20 µm con una percentuale tipica in volume del 30%–40% disperse in un liquido organico arricchito con uno o più additivi, spesso tensioattivi, utilizzati per mantenere il fluido stabile nel tempo, evitando che perda le sue proprietà contrastandone la sedimentazione e l’agglomerazione.

Composizione di un fluido magnetoreologico

Un fluido magnetoreologico è costituito da tre componenti principali: particelle magnetiche, fluido vettore e additivi. Le particelle magnetiche maggiormente utilizzate sono in genere costituite da metallo carbonili e, in particolare da ferro carbonile con purezza del 99%.  Tali particelle, ottenute mediante deposizione chimica da fase vapore di ferro pentacarbonile, hanno un’elevata permeabilità magnetica e un’elevata magnetizzazione di saturazione.

Il fluido vettore deve avere la caratteristica di non reagire con le particelle ed è, generalmente, un olio minerale, un olio siliconico o qualsiasi altro olio sintetico a bassa viscosità con la capacità di alterare le caratteristiche di base e la viscosità, quando sottoposto al campo magnetico.

È selezionato in base all’applicazione prevista del fluido magnetoreologico. Ad esempio per il controllo delle vibrazioni si utilizza l’olio siliconico per le sue proprietà come l’elevato indice di viscosità, le caratteristiche di basso attrito, l’elevata resistenza al taglio e l’elevato punto di infiammabilità.

Come additivi si utilizzano il polisorbato detto Tween-80, il monooleato di sorbitano detto Span-80 e un acido organico che aumenta la densità del fluido vettore come l’acido stearico.

Esempi di altri additivi sono il polistirene, la lecitina che hanno la funzione di rivestimento delle particelle magnetiche per ridurre l’agglomerazione e migliorare la stabilità alla sedimentazione e acido oleico, dialchilditiofosfato di zinco, composti organici del molibdeno e nitrito di sodio che hanno una funzione antiattrito e antiusura e usati per ridurre l’erosione.

Applicazioni

A seconda delle proprietà, i fluidi magnetoreologici, sono usati in molti dispositivi grazie alla loro capacità di passare dallo stato liquido allo stato semisolido, entro microsecondi, sotto l’influenza di un campo magnetico

Smorzatore a fluido magnetoreologico

Gli smorzatori a fluido magnetoreologico vengono utilizzati nelle sospensioni automobilistiche per controllare il sistema al fine di ridurre la quantità di vibrazioni trasmesse ai sedili del veicolo, migliorando così il comfort dei passeggeri. La sospensione è generalmente composta da un ammortizzatore con fluido magnetoreologico, un set di sensori e una unità di controllo elettronico.

L’ammortizzatore si comporta come un normale sistema di sospensione quando il fluido non è sottoposto al campo magnetico. Sotto l’influenza del campo magnetico, la viscosità del fluido cambia, con conseguente variazione della forza di smorzamento.

I sensori monitorano le condizioni della strada e del veicolo e trasmettono le informazioni alla unità di controllo elettronico che elabora questi dati per fornire la forza di smorzamento richiesta.

Questi ammortizzatori hanno trovato utilizzo nelle protesi del ginocchio per assorbire gli urti e le vibrazioni durante il movimento, nelle applicazioni domestiche come lavatrici e macchine per esercizi nei centri fitness.

Recentemente, gli ammortizzatori a fluido magnetoreologico sono stati utilizzati per ridurre non solo il movimento verticale ma anche il movimento dello sterzo. Inoltre possono essere applicati alle sospensioni dei sedili di autocarri con cassone ribaltabile o autobus.

Gli smorzatori vengono utilizzati anche per assorbire le vibrazioni causate dai terremoti operando all’interno delle frequenze di risonanza degli edifici e rendendoli a prova di terremoto

Isolatori di vibrazioni

L’isolamento delle vibrazioni può essere effettuato per un’ampia gamma di frequenze utilizzando isolatori di vibrazioni. Il controllo delle vibrazioni delle strutture flessibili gioca un ruolo fondamentale in varie applicazioni come le grandi strutture nell’ingegneria spaziale e i cavi dei ponti nell’ingegneria civile.