Experimental verification of the shape memory alloy (SMA) spring actuator for application on in-pipe machine

Verificación experimental del actuador de resorte de aleación con memoria de forma (SMA) para su aplicación en una máquina in-pipe

Este artículo aborda el análisis de los resortes de aleación con memoria de forma (SMA) y sus posibilidades de uso como actuadores para máquinas en tuberías. En el artículo se presenta la estructura interna de la SMA. Además, se realizó un análisis experimental del contratista y el expansor de SMA. A partir de los experimentos se encontró que el muelle SMA tiene varias desventajas como el largo tiempo de enfriamiento y el alto consumo de energía eléctrica. Usando el muelle SMA como actuador para la maquina in-pipe se ha obtenido una velocidad media de la maquina in-pipe de aproximadamente 2 mm/min. La ventaja del muelle SMA como actuador es su buena expansibilidad.

INTRODUCCIÓN

El efecto de memoria de forma SME se descubrió en los años 60 en la aleación Ni-Ti. Esta aleación fue desarrollada por Buchler y Wiley en el Naval Ordance Laboratory (NOL) y recibió el nombre de Nitinol. Los materiales con memoria de forma son un grupo importante y creciente de materiales inteligentes. Se trata de aleaciones que a la temperatura de transición de fase (o también temperatura de transformación) cambian su estructura cristalina y su forma. Al calentarse por encima de la temperatura de transición, la aleación adquiere una estructura cúbica y vuelve a la forma que tenía antes de la deformación. Decimos que un cuerpo tiene memoria de forma. En la actualidad se conocen más de 20 aleaciones SMA, en las que existe el efecto de memoria de forma (por ejemplo, Ni - Ti, Cu - Sn, Au - Cd, Ni - Al, etc.) Estas aleaciones por sus características pertenecen entre los materiales únicos con una amplia aplicación en vuelo, cósmica y de regulación, la tecnología, la medicina, y especialmente la cirugía, odontología y ortopedia y sistemas micro-electromecánicos (MEMS), donde se implementan micro-actuadores, construidos de materiales con memoria de forma [1-3].

ALEACIONES CON MEMORIA DE FORMA COMO ACTUADORES

La manifestación externa de la SME es el cambio de forma del cuerpo, que se produce durante el calentamiento y el enfriamiento. El calentamiento de estos materiales se realiza haciendo pasar una corriente eléctrica a través de un elemento ejecutivo y su control es relativamente fácil porque el calor desarrollado es proporcional a la resistencia elemento ejecutivo y la corriente, que pasa por ella. El enfriamiento depende en gran medida del entorno y factores como la temperatura del entorno o la corriente que circula alrededor del actuador pueden ser muy difíciles de controlar. Además, el enfriamiento dura más lentamente que el calentamiento.

La base física para la explicación del efecto de memoria de forma es la transición de fase sin difusión en estado sólido

- transformación martensítica, cuyo curso en la SMA puede controlarse variando la temperatura o la tensión externa.