Magnetorheological elastomers in elevator application context

Abstract

Los aislantes de vibraciones son una solución común en los ascensores para reducir las vibraciones procedentes del motor. Estas vibraciones pueden causar fenómenos de desgaste de componentes, así como un empeoramiento en la calidad y percepción del usuario. Habitualmente, se emplean elastómeros como material base de estos aisladores. Estos aislantes se diseñan para ajustarse a ciertos requisitos mecánicos, pero una vez instalados, sus propiedades no pueden ser modificados, son en esencia materiales pasivos. Por el contrario, existen los materiales activos, también llamados materiales inteligentes, que pueden adaptarse mejor a condiciones cambiantes y, por lo tanto, ofrecer una mejor prestación. Los elastómeros magnetoreológicos (EMR) son uno de estos materiales activos, y están formados por un elastómero al que se añaden partículas ferromagnéticas. Estas partículas interaccionan bajo la acción de un campo magnético, dando lugar al llamado efecto magnetosensitivo (MS), donde se incrementa la rigidez del material de forma controlada, reversible y casi instantánea. En esta tesis, se investiga la posibilidad de implementar aislantes MR en los ascensores. En primer lugar, se ha diseñado un montaje para ensayar los EMR. Los aislantes empleados en el ascensor trabajan a compresión, por lo tanto, se ha empleado una máquina de caracterización uniaxial capaz de realizar test estáticos y dinámicos. Además, se ha diseñado un electroimán capaz de inducir un campo magnético de 1 T para ser equipado en la máquina de ensayos. El hecho de aplicar una carga paralelamente al campo magnético conlleva ciertas complicaciones, que pueden dar lugar a errores de medida relacionados con el acoplamiento de fricción y vibraciones. Se ha realizado un estudio de estos problemas y un rediseño para obtener un montaje de ensayo capaz de obtener resultados precisos del comportamiento de los EMR. A continuación, se han realizado ensayos estáticos y dinámicos de diferentes tipos de EMR para analizar las dependencias con la frecuencia, amplitud y campo magnético. Asimismo, se ha estudiado la influencia del contenido de partículas de hierro, del alineamiento de partículas y del factor de forma. También, se ha destacado la relevancia de la lubricación en la caracterización a compresión de los EMR, mostrando que parámetros importantes como el módulo estático y dinámico o el efecto MS dependen de la lubricación. Después se ha empleado un modelo de aislante no lineal, que recoge las dependencias con la frecuencia, amplitud dinámica y campo magnético, para representar las propiedades de los EMR. Se ha demostrado que el modelo es capaz de ajustarse a los resultados experimentales, y, por lo tanto, se ha empleado para representar los aislantes MR en el ascensor. Para ello, se ha creado un modelo estructural, considerando el motor, la armadura y las guías, y se ha acoplado con el modelo constitutivo del material para obtener un modelo global del ascensor capaz de predecir el comportamiento estático y dinámico del sistema. Finalmente, se ha empleado este modelo global para estudiar las posibles aplicaciones de los EMR en una instalación de ascensor. Se han detectado dos potenciales usos de los aislantes MR, siendo uno de ellos el control de la inclinación del motor y el otro el control de la transmisión de vibraciones. El estudio de estas potenciales aplicaciones ha demostrado que los EMR pueden ofrecer una mejoría en las prestaciones comparados con los aislantes pasivos tradicionales.