Application of shape memory alloy (SMA) as actuator

Aplicación de la aleación con memoria de forma (SMA) como actuador

Este artículo trata de los actuadores basados en aleaciones con memoria de forma. Se ha desarrollado un dispositivo de ensayo para la verificación experimental del ensayo de actuadores de aleaciones con memoria de forma. La característica estática muestra la histéresis de este material. También se han explorado las propiedades dinámicas a través de la característica de respuesta de paso. Se muestra la aplicación del material como actuador en sistemas de ingeniería.

INTRODUCCIÓN

Las aleaciones con memoria de forma (también denominadas SMA) son materiales que "recuerdan" su forma original y vuelven a ella cuando se calientan, incluso si se ha introducido una deformación residual aparente por debajo de una determinada temperatura. La forma original puede fijarse fácilmente mediante tratamiento térmico. La estructura cristalográfica del SMA cambia entre dos fases, la de baja temperatura (martensita) y la de alta temperatura (austenita). El nitinol es un material SMA, que es una aleación de níquel y titanio (descubierta en el Naval Ordance Laboratory en los años sesenta del siglo XX). El fenómeno del SMA también se da en más de 20 aleaciones. La activación térmica de la SMA puede realizarse fácilmente mediante corriente eléctrica a través del calentamiento Joule. El enfriamiento puede realizarse mediante la radiación de calor en el entorno. Se pueden utilizar otros métodos de enfriamiento: aire forzado, disipadores de calor, elementos peltier y refrigerantes líquidos [1-4].

ALEACIONES CON MEMORIA DE FORMA COMO ACTUADORES

Las SMA son útiles como actuadores, que son materiales que "cambian" de forma, rigidez, posición, frecuencia natural y otras características mecánicas en respuesta a la temperatura. Los actuadores de SMA se fabrican en forma de alambre, muelle o cinta. Son capaces de producir fuerzas extremas desde el punto de vista de la relación volumen/fuerza.

Como actuador, el elemento SMA unidireccional (efecto de memoria de forma unidireccional) sólo puede proporcionar fuerza/desplazamiento en una dirección. Por ejemplo, un alambre que se comprime cuando se calienta no se expande sin fuerza externa cuando la aleación se enfría. Esta es la desventaja de los actuadores SMA unidireccionales. Se debe utilizar un mecanismo de polarización (retorno) si el actuador tiene que volver a su forma original (fría) después de la fase de calentamiento [5].

La fuerza gravitatoria de polarización (figura 1) es la forma más sencilla. Si es posible, se puede utilizar una fuerza de carga como fuerza de polarización. La fuerza de carga tiene que ser lo suficientemente grande en todo momento, de lo contrario el actuador permanece en la posición de austenita, incluso si se desactiva el calentamiento.