ES2284347A1 - Metodo y aparato para la determinacion de la velocidad de sedimentacion y el perfil de concentracion de particulas en fluidos magneticos y magnetorreologicos. - Google Patents
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Abstract
Método y aparato para la determinación de la velocidad de sedimentación y el perfil de concentración de partículas en fluidos magnéticos y magnetorreológicos donde los métodos ópticos son incapaces de medir estos parámetros, debido a la opacidad de las muestras. La invención propuesta también permite la determinación de otras características de sedimentación, estado de floculación, estado de compactación, redispersabilidad, y perfil de concentración de partículas en suspensiones de partículas ferromagnética, ferrimagnéticas o metálicas.
Description
Método y aparato para la determinación de la
velocidad de sedimentación y el perfil de concentración de
partículas en fluidos magnéticos y magnetorreológicos.
Método, equipo y dispositivo electrónico para la
determinación experimental en laboratorio y de campo, de
características de sedimentación, perfil de sedimentación,
velocidad de sedimentación, estado de floculación, estado de
compactación, redispersabilidad, y perfil de concentración de
partículas en suspensiones de partículas ferromagnética,
ferrimagnéticas o metálicas, donde los métodos ópticos son
incapaces de medir estos parámetros, debido a la opacidad de las
muestras.
La invención está basada en la determinación del
valor "intrínseco" de la inductancia L de una bobina,
mediante medidas de frecuencias de oscilación y de voltajes, que no
involucran corrientes parásitas o de Foucault, pues la determinación
sólo depende de la permeabilidad del material interno en la bobina
sensora dispuesta a tal fin.
Se conoce como fluidos magnéticos aquellos
sistemas formados por partículas de carácter ferromagnético o
ferrimagnético en un fluido portador. Cuando el tamaño de partícula
es suficiente, a estos fluidos se les llama
magnetorreológicos y presentan la importante propiedad de
variar sus propiedades de flujo (reológicas) de manera rápida y
significativa al ser sometidos a un campo magnético moderado. Es
decir, se puede hacer que el sistema cambie desde un fluido normal
(newtoniano) de baja viscosidad hasta un fluido con elevado
esfuerzo umbral (pseudoplástico o plástico) con una elevada
viscosidad efectiva controlado por el campo magnético aplicado.
Esta propiedad confiere a los fluidos
magnetorreológicos la posibilidad de controlar sus propiedades
mecánicas y por tanto emplearlos en multitud de aplicaciones
técnicas en las que se desea que un fluido (frecuentemente un
aceite) varíe sus viscosidad o presente esfuerzo umbral de fluencia
a nuestra voluntad. Ejemplos de tales aplicaciones son:
amortiguación de vibraciones periódicas y no periódicas, frenado,
embragues, protección antisísmica de estructuras, protección del
operador o conductor de maquinaria productora de vibraciones, etc.
En estos campos de la ingeniería civil y mecánica, así como en la
medicina ortopédica, empiezan a aparecer las primeras aplicaciones
de estos fluidos con propiedades muy especiales.
El diseño de un fluido magnetorreológico
requiere la selección previa de: aceite base, naturaleza del
material en suspensión, aditivos necesarios, con el objetivo último
de conseguir que el fluido presente respuesta suficiente al campo
magnético y, muy importante, que presente estabilidad frente a la
agregación y sedimentación de las partículas.
Este último aspecto es clave: ha de tenerse en
cuenta que las propiedades magnetorreológicas dependen de la
concentración de partículas en el medio, y que una respuesta
adecuada a las aplicaciones tecnológicas mencionadas supone elevadas
concentraciones de partículas (entre el 20 y el 30% en volumen),
que favorecen las interacciones entre ellas y por tanto la
formación de agregados voluminosos que sedimentan con facilidad,
inutilizando el fluido. Ello se agrava por la elevada densidad de
las partículas utilizadas (típicamente por encima de 5000
kg/m^{3}) con estos objetivos.
Por ello, en el proceso de diseño de los fluidos
magnetorreológicos y en fluidos que contienen partículas metálicas,
se suelen incorporar surfactantes, dispersantes y diversos aditivos
para mejorar dicha estabilidad. Aun así, el problema de la
sedimentación no puede resolverse completamente.
Debido a este hecho, es necesario diseñar
fluidos magnetoreológico muy estables con el tiempo y que no
pierdan sus propiedades reológicas. Es deseable que los fluidos
magnetoreológicos se comporten como un fluido normal en ausencia de
campo y aumenten su viscosidad a medida que se aumente el campo
magnético aplicado.
Para poder caracterizar y medir la
sedimentación, el perfil de concentración de partículas, su
velocidad de sedimentación y el estado de floculación del fluido es
de vital importancia, tanto en la fase de diseño como en la de
aplicación de campo, donde trabaja continuamente este fluido, tener
una clara idea cuantificada de cómo se manifiesta el fenómeno
gravitatorio con el fin de evitar o minimizar la caída de las
partículas y por consiguiente la separación de fases entre el
liquido base más sus aditivos y el conjunto de partículas
metálicas, con objeto de impedir cambios en su respuesta
reológica.
Esto es especialmente importante en el caso de
fluidos magnetoreológicos aplicados a equipos de amortiguación, en
los que la inactividad por tiempo prolongado les hace especialmente
susceptibles a la sedimentación.
Se conoce un método para determinar el contenido
de partículas metálicas en una grasa, sin uso de tests de
naturaleza química o de observación microscópica, que se menciona
en la patente WO0050883. En esta se discute un método y dispositivo
para determinar el contenido de partículas metálicas en una grasa
lubricante, usando el efecto denominado corriente parásitas o de
Foucault o "eddy currents".
En este método, una muestra muy fina de grasa
lubricante se deposita sobre una superficie y sobre la misma se
hace incidir un campo magnético alterno. Mediante el fenómeno
mencionado de corrientes parásitas, se recoge en otra bobina
sensora la comente inducida por la bobina generadora. La corriente
inducida en la bobina sensora está relacionada con la concentración
de partículas metálicas en la muestra, aunque no se demuestra, cuál
es la relación entre la concentración de partículas y la comente
inducida, ya que sólo se trata de un método de comparación
relativo.
relativo.
En otra patente posterior, WO03104845, se
utiliza el mismo método de medición de corrientes, para medir la
sedimentación, pero aplicado directamente a la medición de fluidos
magnetoreológicos en equipos que usan estos fluidos.
Sin embargo, el método de medida basado en
corrientes circulares o parásitas tiene varias desventajas según el
autor. La muestra insertada en la superficie del equipo medidor
sedimenta rápidamente y sólo es posible medir durante un tiempo
limitado o muy corto, siendo necesario limpiar la superficie donde
se coloca la muestra después de cada medida. Además, se debe tener
cuidado de colocar la misma cantidad de ella para cada medida, lo
cual reduce la reproducibilidad. Ello hace que este método sea
tedioso para su aplicación sistemática, ya que requiere un trabajo
manual importante en la recolección de muestras y limpieza de la
superficie de medida, siendo imposible la automatización de las
medidas.
El método, equipo y dispositivo electrónico que
se describen a continuación consiguen la determinación experimental
en laboratorio y de campo, de características de sedimentación,
perfil de sedimentación, velocidad de sedimentación, estado de
floculación, estado de compactación, redispersabilidad y perfil de
concentración de partículas en suspensiones de partículas metálicas,
donde los métodos ópticos son incapaces de medir estos parámetros,
debido a la opacidad de las muestras. Se basa en la dependencia
entre la inductancia de una bobina cilíndrica y la permeabilidad
magnética del material que contiene.
Permite evaluar de manera reproducible y
sencilla variaciones en la concentración de partículas existentes
en puntos dados de la suspensión o a lo largo de todo su volumen.
Con ello, se puede conocer en cualquier momento la velocidad a la
que las partículas están sedimentando y, por tanto, la facilidad de
agregación que presentan. El diseñador o usuario del fluido puede
entonces decidir sobre una base bien fundamentada si el sistema que
se ha diseñado es adecuado para el objetivo que se pretende o, por
el contrario, sí requiere cambios significativos en su
composición.
La invención a que se hace referencia no
requiere de ninguna calibración previa, se puede aplicar a
cualquier suspensión (sin límite de concentración de partículas), y
sólo requiere que los sólidos dispersos presenten permeabilidad
magnética significativamente diferente de la del medio de
suspensión. Además, está basada en principios físicos bien
establecidos, por lo que el usuario no necesita especial formación
para su uso y para el análisis de los resultados que arroje.
El método de este invento es aplicable a la
determinación del perfil de concentración dinámico y estático de
una suspensión que contenga partículas tanto ferromagnéticas como
ferrimagnéticas, así como partículas metálicas que, aunque no
magnéticas, posean permeabilidad magnética medible.
Este método permite determinar, por comparación
con una suspensión de concentración conocida, la concentración de
partículas ferromagnéticas, ferrimagnéticas o metálicas en otras
suspensiones.
El método permite obtener una medida
cuantitativa de la facilidad o velocidad de redispersión por
comparación entre diferentes fluidos que contengan las partículas
citadas. Para ello, se deja sedimentar la suspensión un tiempo
previo definido. En ese momento, y mientras el equipo sigue tomando
datos, se agita la suspensión con un vástago terminado en forma de
hélice desde el fondo de la misma. Se mide el tiempo necesario para
que la suspensión esté completamente redispersada. Este valor final
dará idea la velocidad de redispersión o facilidad con que la
suspensión recupera su estado inicial después de haber sedimentado,
y por ende su facilidad para lograr ser homogeneizada o mezclados
sus componentes.
Al tratarse de un método en tiempo real, y
basado en determinaciones directas de frecuencia o voltaje, permite
con facilidad transmitir los datos obtenidos a una computadora, o a
cualquier tipo de soporte magnético.
El método y equipo de esta invención pueden
constituirse en un equipo portátil de pequeñas dimensiones, y
programable.
El método y dispositivo se basa en la medida, en
función del tiempo y de la posición de interés, del valor puntual
de la inductancia de una o más bobinas sensoras y la variación de
ésta debido al aumento o disminución de la permeabilidad en el
interior de las bobinas. Este hecho se produce por el movimiento de
partículas metálicas de la suspensión en el núcleo de la misma.
Se describe a continuación los métodos y
dispositivos utilizados para la determinación del valor de la
inductancia en las bobinas sensoras.
El primer método consiste en determinar el valor
de la inductancia a partir de la frecuencia de resonancia de un
circuito LC compuesto por la bobina exploradora y un condensador,
elegido en función de la muestra a medir y de la frecuencia de
exploración elegida.
En este método se hace oscilar libremente el
circuito paralelo LC, y la señal de salida de este circuito
oscilador es llevada a un medidor de frecuencias.
Puesto que la capacidad, C, del
condensador en paralelo es constante, los cambios de frecuencia
observados en su caso han de deberse a cambios de la inductancia,
L, y, por tanto, a cambios en la permeabilidad magnética,
\mu_{r}, de la suspensión que es rodeada por la bobina sensora.
Dicha permeabilidad crecerá mientras mayor sea la concentración de
partículas magnéticas en el punto de medida, de modo que la
frecuencia de oscilación disminuirá al aumentar la concentración y
viceversa.
La expresión que determina la frecuencia
f de resonancia de un circuito paralelo formado por un
condensador de capacidad C y una bobina de inductancia
L es:
(III.1)f =
\frac{1}{2 \pi
\sqrt{LC}}
Por su parte, de acuerdo con la ley de Faraday,
la inductancia de la bobina viene determinada por la permeabilidad
relativa \mu_{m} del medio que hay en su interior, así como por
sus propiedades geométricas, según la expresión:
(III.2)L =
\mu_{0} \mu_{m} \frac{N^{2}
A}{l}
Donde la inductancia L depende de la
permeabilidad del medio en su interior \mu_{m}, siendo \mu_{0}
la permeabilidad magnética del vacío, N el número de espiras
de la bobina, A su sección y l su longitud.
Para poder determinar cuantitativamente la
relación entre la frecuencia y la concentración de partículas
magnéticas, se usa la expresión de Maxwell-Garnett,
que relaciona la susceptibilidad relativa de la suspensión,
\mu_{r}, con la de las partículas, \mu_{rp} y la del medio. Si,
como ocurre en el caso de las partículas magnetizables, \mu_{rp}
>> \mu_{rm} la expresión será:
(III.3)\mu_{r} = \mu_{rm}
\frac{1 + 2\phi}{1 -
\phi}
siendo \phi la concentración de
partículas, expresada como fracción de volumen de sólidos respecto
del volumen
total.
Teniendo en cuenta las expresiones de la
inductancia L y de la frecuencia de resonancia, f, se
puede definir una frecuencia normalizada f_{r} para
cualquier instante t como cociente de la frecuencia inicial y
la frecuencia en ese instante. Esta frecuencia nos informará de la
fracción de volumen de sólidos existente en la posición de la
bobina sensora:
(III.4)f_{r}(t) =
\frac{f(t = 0)}{f(t)} \propto \sqrt{\frac{1 + 2\phi
(t)}{1 - \phi
(t)}}
El hecho de que esta invención esté diseñada
para obtener datos de frecuencia en función del tiempo la hace
óptima para obtener las características dinámicas de la
sedimentación y estabilidad de las suspensiones de partículas
metálicas, dado que en el punto en el que se sitúa la bobina
sensora será posible evaluar los cambios en el grado de
compactación y de floculación de la muestra.
Así mismo, el otro método utilizado para medir
el valor de la inductancia de la bobina sensora, consiste en
excitar la bobina sensora con un generador de corriente y un
circuito oscilador que realiza la tarea de interrumpir
periódicamente la corriente que alimenta la bobina. De esta manera
se mide en los bornes de la bobina el voltaje de autoinducción
generada por la misma.
Este valor de voltaje de autoinducción es
directamente proporcional al valor de la bobina sensora. Por
consiguiente la variación del voltaje de salida del equipo indicará
la variación directa del valor de la inductancia, midiendo en forma
dinámica la concentración de partículas en el punto de medida de la
bobina sensora.
La expresión que determina este método para
diferentes valores de bobinas que cambian debido al aumento o
disminución en la permeabilidad del núcleo L_{0},
L_{1}, ..., L_{n} es:
(III.5)\nu_{0} = L_{0},
\nu_{1} = L_{1}, ..., \nu_{n} =
L_{n}
Relacionando esto con la expresión de
Maxwell-Garnett (III.3), el voltaje de medida nos
informará de la fracción de volumen de sólidos existente en la
posición de la bobina sensora de la siguiente manera:
(III.6)\nu_{r}(t) =
\frac{\nu (t = 0)}{\nu (t)} \propto \frac{1 - \phi (t)}{1 + 2\phi
(t)}
En la Figura 1 se representa las expresiones
(III.4) y (III.6) para ambos métodos, donde se observa las
diferencias entre ambos. En el método por frecuencia, la función es
ligeramente más susceptible a cambios en la concentración de
partículas que el método de voltajes. Además se observa muy buena
linealidad en ambos casos, con respecto a la concentración de
partículas (Figura 2).
Así mismo, en el método por frecuencia, la
sintonía o frecuencia de oscilación del circuito paralelo es
ajustada mediante el condensador C, para diferentes
cantidades de vueltas de la bobina sensora, determinando el valor de
la frecuencia de salida del sistema y posibilitando variar la
sensibilidad de la medida, según puede observarse en la
Figura 3.
Figura 3.
Para el caso en que se utilicen diversas bobinas
sensoras, el equipo incluye un microcontrolador programable y/o una
entrada para el control por ordenador (Figura 4) que conecta cada
vez, una bobina al circuito oscilante y desconecta las demás para
asegurar la ausencia de inducción mutua entre las diferentes bobinas
que perturbaría las medidas. Así mismo, a través de este circuito
se envían las ordenes de inicio y fin de lectura al equipo de
medida.
Para disponer de un perfil completo de
concentración y distribución de partículas, tanto en forma estática
como dinámica, hemos utilizado una sola bobina sensora en modo de
escáner o de barrido, en la que la bobina sensora recorre la
muestra en forma vertical, una determinada cantidad de ciclos y de
tiempo, midiendo el valor de la inductancia a cada paso de la misma
y en cada instante deseado.
El sistema mecánico es controlado por un
microcontrolador o un ordenador que envía las órdenes relativas a
la posición sobre la muestra para la captura en cada instante de la
señal de la bobina sensora. La señal capturada es enviada hacia los
circuitos de medida para su análisis posterior.
La medición periódica del valor de la
inductancia junto con el valor de la distancia recorrida y el
tiempo de cada captura, nos informa de el perfil completo de la
muestra, como así también de la concentración de partículas en forma
dinámica, estado de floculación y la velocidad de sedimentación.
(Ver Figura 5).
Asociando los datos obtenidos para cada
intervalo de lectura y mediante la programación de un software
específico, se obtiene una simulación gráfica para una determinada
cantidad de partículas ingresadas a voluntad al inicio del mismo. El
software relaciona el valor de la inductancia con el valor n
de partículas ingresadas.
Si la muestra esta homogéneamente mezclada, el
valor de la inductancia, será el mismo en todos los puntos de la
muestra y la cantidad n de partículas ingresadas, estarán
distribuidas homogéneamente en el bote de la muestra simulada.
A medida que transcurra el tiempo y actúe el
fenómeno de la gravedad, las partículas sedimentarán, provocando un
cambio en el valor de la inductancia (por cambio en la
permeabilidad del núcleo) en cada punto de la muestra recorrida por
la bobina sensora y por consiguiente el software podrá graficar el
cambio de distribución de las partículas en cada instante de
tiempo, hasta terminar el experimento (Figura 6).
Esta invención permite evaluar la facilidad o
velocidad de redispersión o reestabilización de una suspensión de
partículas ferromagnéticas, ferrimagnéticas o metálicas tras el
fenómeno de sedimentación. Para ello, se determina la frecuencia a
medida que la muestra se trata en un baño ultrasónico o se bate con
un agitador rotatorio. Se determina el tiempo necesario para
recuperar la frecuencia inicial y este es un parámetro de
redispersabilidad que es original en esta invención.
La invención permite realizar las
determinaciones mencionadas de estabilidad, sedimentación,
compactación y redispersabilidad de suspensiones de partículas
magnéticas o metálicas de varios modos, que puede seleccionar el
usuario, y que incluyen:
- a.
- Medida mediante una sola bobina sensora fija en un punto de la suspensión.
- b.
- Determinaciones simultáneas en varios puntos usando diferentes bobinas sensoras.
- c.
- Barrido con una bobina móvil a lo largo del recipiente de la suspensión, que permite la determinación continua de fracción de volumen en función del tiempo y de la altura en la suspensión.
La Figura 6 muestra un esquema típico de
montaje, correspondiente al caso de varias bobinas sensoras,
colocadas en distintas posiciones de la célula de medida. Esta
consiste en un tubo cilíndrico que soporta la muestra que es de
plástico o vidrio, normalmente, o cualquier material no
magnético.
El volumen de muestra necesario podrá ser
pequeño, del orden de cm^{3}. Este valor no es critico en el
diseño: el tubo con la muestra, sólo ha de llenarse lo suficiente
como para que el nivel máximo, supere la posición de la bobina más
alta. Los datos de frecuencia o voltaje se recogen en un
frecuencímetro o un voltímetro comercial que, a través de su puerto
de comunicaciones, los envía a un ordenador para su posterior
análisis o distribución.
La invención permite realizar determinaciones
simultáneas en varias muestras, cuyo número dependerá de los
canales de adquisición de datos del sistema utilizado y del número
de bobinas sensoras que se usen con cada una de las muestras.
En la Figura 9 se muestra, a título de ejemplo,
la evolución de la frecuencia con el tiempo para tres fluidos
magnetorreológicos basados en hierro con diferentes aditivos y una
bobina sensora superior, situada a 10 mm de la superficie. Obsérvese
que la invención permite distinguir con perfecta claridad las muy
diferentes características de sedimentación de los tres fluidos,
indicando las diferencias de estado de floculación de los distintos
casos.
Supuesto
1
Se usa en este caso una sola bobina sensora,
como indica la Figura 7. Se determina en primer lugar la frecuencia
en vacío, es decir, sin muestra, se procede a continuación a
colocar la muestra de suspensión en su soporte y se inicia la
secuencia de captura. La frecuencia de oscilación correspondiente a
la bobina exploradora iniciará su variación con el tiempo, y lo
hará aumentado o disminuyendo dependiendo de la situación de la
bobina exploradora: si ésta se encuentra cerca del fondo del
recipiente, la frecuencia de oscilación disminuirá con el tiempo y
la función f_{r} aumentará, dado que las partículas
sedimentadas, acabarán llegando a la parte inferior del tubo, donde
se incrementará la fracción de volumen de sólidos y por tanto la
permeabilidad magnética. Si, por el contrario, la bobina exploradora
se coloca en la parte superior del recipiente que contiene la
suspensión de muestra, la fracción de volumen decrecerá con el
tiempo con lo que la frecuencia de oscilación aumentará y la
función f_{r} disminuirá. En la Figura 9 puede verse el
resultado para tres fluidos diferentes y con una bobina sensora
situada a 10 mm de la superficie de cada muestra.
Supuesto
2
Se ilustra en la Figura 8 el caso de tres
bobinas. Las tres son de idénticas características y están
conectadas al microcontrolador u ordenador que seleccionará cada
una en forma secuencial y enviará al frecuencímetro y al ordenador
la señal de que la medida es correcta y que bobina es la sensora en
ese instante. El ordenador capturará los datos provenientes de la
lectura de la frecuencia y los representará y almacenará para su
posterior análisis. Esta configuración hace posible la
determinación precisa del perfil de sedimentación dinámico. La
Figura 10 ilustra cómo evoluciona la concentración de partículas
para una muestra en los tres niveles de medida, e indica claramente
cómo transcurre la sedimentación.
Supuesto
3
Se implementa con una sola bobina exploradora,
sujeta en este caso (Figura 11) a un cabezal móvil que puede
desplazarse verticalmente a largo del soporte de la muestra
recorriendo el total del tubo. Mediante un ordenador o un
microcontrolador se envía las ordenes de subir o bajar y de detener
la bobina sensora y la de tomar una medida puntual de frecuencia.
Es posible también, realizar el recorrido sin pausa a lo largo del
tubo que contiene la muestra, enviando en este caso la información
sobre el cambio de permeabilidad magnética en función de la
distancia (Figura 5).
Supuesto
4
Para realizar este supuesto, basta con
determinar, usando cualquiera de los métodos descritos en los
Supuestos 1, 2 y 3, la variación temporal de la frecuencia de
oscilación de la(o las) bobina(s) sensora(s)
mientras se agita la muestra de modo reproducible, por ejemplo,
usando una varilla de agitación (de vidrio o plástico, para evitar
perturbaciones magnéticas) que gira a determinada velocidad en el
interior de la muestra. La velocidad de variación de la frecuencia
o el tiempo necesario para alcanzar la frecuencia inicial
(determinada antes de la sedimentación) es el parámetro
cuantitativo de redispersabilidad.
\newpage
Figura 1. Gráfica de la relación entre las
funciones (III.4) y (III.6) del método y la expresión de
Maxwell-Garnett, de la fracción de volumen de
sólidos existente en la posición de la bobina sensora,
f _{r} indica la frecuencia normalizada en relación a
la concentración, v _{r} indica el voltaje
normalizado en función de la concentración y \phi, es la
concentración en un instante determinado.
Figura 2. Aproximación lineal de las funciones
(III.4) y (III.6) del método y la expresión de
Maxwell-Garnett, de la fracción de volumen de
sólidos existente en la posición de la bobina sensora,
f _{r} indica la frecuencia normalizada en relación a
la concentración, v _{r} indica el voltaje
normalizado en función de la concentración y \phi es la
concentración en un instante determinado.
Figura 3. Gráfica de selección de sensibilidades
y elección de la capacidad, C , y frecuencia de
oscilación, f, del equipo, L indica el valor de la
inductancia de la bobina sensora.
Figura 4. Esquema del circuito electrónico de
control de la conexión de las diferentes bobinas al oscilador. Los
osciladores están representado por Osc1, Osc2 y
Osc3, el medidor de frecuencias por Frec, L1, L2 y
L3 representan las inductancias de las bobinas sensora y
C1, C2 y C3 los condensadores del circuito paralelo.
IN indica el dispositivo de selección de bobina sensora.
Figura 5. Evolución temporal y espacial del
perfil de frecuencia, f _{r}, a lo largo de la célula
de medida en un experimento típico del modo de funcionamiento en
barrido; d distancia recorrida en la muestra, t
tiempo de ensayo.
Figura 6. Simulación por software para n=33
particulas (puntos) para una muestra determinada en diferentes
instantes de tiempo, t_{0}, t_{1}, t_{2}, ... y t_{n}.
Figura 7. Esquema del soporte de la muestra con
una bobina sensora central, Tb indica el tubo de soporte de
la muestra a ensayar, w base plana del soporte de muestras,
m tubo de muestra a ensayar.
Figura 8 Esquema del soporte de la muestra con
varias bobinas sensoras. bs bobina superior, bc
bobina central, bi bobina inferior, Tb tubo de soporte
de la muestra a ensayar, w base plana del soporte de
muestras.
Figura 9. Evolución temporal de la frecuencia de
oscilación normalizada, f_{r}, en tres fluidos
magnetorreológicos denotados 1, 2, y 3 con una
sola bobina sensora situada a 10 mm de la superficie de cada
muestra, t indica el tiempo del experimento.
Figura 10. Evolución temporal de la frecuencia
de oscilación normalizada, f_{r}, en cada una de las tres
bobinas sensoras de una misma muestra, t indica el tiempo.
bs indica los valores obtenidos por la bobina superior,
bc los obtenidos por la bobina centra y bi los
obtenidos por la bobina inferior.
Figura 11. Modelo de equipo de barrido con
escáner que recorre la muestra verticalmente. Bm denota la
bobina móvil, cm es el control del motor que permite cambiar
la posición vertical de la bobina y Frec indica el medidor de
frecuencias. PC indica el ordenador o microcontrolador que
controla el movimiento y recoge los datos.
Claims (8)
1. Método para la determinación local de
características de sedimentación en suspensiones de partículas
ferromagnéticas, ferrimagnéticas o metálicas, aplicable
especialmente a suspensiones altamente concentradas, que comprende
los siguientes pasos:
- a.
- Depósito de la suspensión en un recipiente provisto de una o más bobinas sensoras circundantes al depósito.
- b.
- Medición sistemática del valor de la inductancia en el tiempo de cada una de las bobinas.
- c.
- Determinación del cambio del valor de la inductancia a partir de la variación en la permeabilidad magnética en el interior de la bobina exploradora.
- d.
- Transferencia de los datos obtenidos a un ordenador para su posterior análisis.
2. Método, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la medición del valor de la inductancia
se realiza a través de la determinación de la frecuencia de
resonancia de un circuito paralelo LC, cuyo principio se basa en
hacer oscilar los dos elementos en paralelo LC y medir la señal
obtenida en un medidor de frecuencias.
3. Método, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la medición del valor de la inductancia
se realiza a través de la determinación de su voltaje de
autoinducción, cuyo principio se basa en un conjunto de dos bobinas
que rodean la muestra, una bobina es excitada con un voltaje
determinado, de forma que induce un valor de voltaje en la segunda
bobina (autoinducción) y este voltaje inducido se mide en un
voltímetro.
4. Aparato para determinar las características
de sedimentación en suspensiones de partículas ferromagnéticas,
ferrimagnéticas o metálicas, que comprende:
- a.
- Una célula de medida cilíndrica que contiene la muestra.
- b.
- Una o más bobinas sensoras circundando a la célula de medida cilíndrica.
- c.
- Circuito electrónico constituido por dos elementos en paralelo L (inductancia de la bobina) y C (condensador de ajuste), utilizado para determinar de la variación de la frecuencia de resonancia del circuito paralelo LC en función del tiempo, en el que la inductancia de la bobina (L) varia según el cambio en la permeabilidad de la bobina y en el que el condensador (C) en paralelo tiene una capacidad variable por el operador sirviendo de ajuste inicial de la frecuencia de resonancia.
- d.
- Circuito electrónico constituido por dos elementos L1 (inductancia de la bobina exitadora) y L2 (inductancia de la bobina exitada o inducida), utilizado para determinar la variación del voltaje inducido (autoinducción) de la bobina L2 en función del tiempo, en el que la inductancia de la bobina inducida (L2) varia según el cambio en la permeabilidad de la bobina (L2).
- e.
- Un circuito electrónico que incluye un microcontrolador programable y/o una entrada para ordenador, que conecta cada vez una bobina al circuito oscilante y desconecta las demás.
- f.
- Un circuito de salida de datos hacia un ordenador.
5. Aparato para determinar las características
de sedimentación, en suspensiones de partículas ferromagnéticas,
ferrimagnéticas o metálicas, según reivindicación 24
caracterizado porque la bobina sensora es móvil y comprende
un circuito electrónico que comprende un dispositivo de entrada y
salida hacia un ordenador que permite recibir órdenes de subida o
bajada, permitiendo enviar las mediciones realizadas en función de
la distancia recorrida por la bobina y del tiempo.
6. Aparato, según reivindicaciones 4 ó 5
caracterizado porque las bobinas sensoras son de alambre
esmaltado, de diámetro comprendido entre 0.1 mm hasta los 2 mm. su
cantidad de vueltas varía entre 1 y 200 y su longitud puede está
comprendida entre 1 mm y 30 mm.
7. Utilización del método según reivindicaciones
1, 2 ó 3 para determinar el perfil y la velocidad de sedimentación,
el estado de floculación y de compactación, la redispersabilidad, y
los perfiles de concentración de partículas en suspensiones de
partículas ferromagnéticas, ferrimagnéticas o metálicas.
8. Utilización del aparato según
reivindicaciones 4, 5 ó 6 para determinar el perfil y la velocidad
de sedimentación, el estado de floculación y de compactación, la
redispersabilidad, y los perfiles de concentración de partículas en
suspensiones de partículas ferromagnéticas, ferrimagnéticas o
metálicas.
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|---|---|---|---|
| ES200502282A ES2284347B1 (es) | 2005-09-13 | 2005-09-13 | Metodo y aparato para la determinacion de la velocidad de sedimentacion y el perfil de concentracion de particulas en fluidos magneticos y magnetorreologicos. |
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| ES (1) | ES2284347B1 (es) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4651091A (en) * | 1983-10-17 | 1987-03-17 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence | Method and apparatus for on-line monitoring of wear in machinery |
| US5528138A (en) * | 1991-09-24 | 1996-06-18 | The Boeing Company | Resonant inductive debris detecting apparatus |
| EP0773440A1 (en) * | 1995-11-10 | 1997-05-14 | New Cosmos Electric Co., Ltd. | Method of determining magnetic powder concentration and apparatus used for the method |
-
2005
- 2005-09-13 ES ES200502282A patent/ES2284347B1/es active Active
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| US4651091A (en) * | 1983-10-17 | 1987-03-17 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence | Method and apparatus for on-line monitoring of wear in machinery |
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| EP0773440A1 (en) * | 1995-11-10 | 1997-05-14 | New Cosmos Electric Co., Ltd. | Method of determining magnetic powder concentration and apparatus used for the method |
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