Fluidi intelligenti: definizione e applicazioni – Parte II

Articolo a cura di Vincenzo PEPE

Nella prima parte dell’articolo ho analizzato le più importanti tipologie di fluidi intelligenti. Con particolare attenzione a quelli elettro-reologici (ER) e magneto-reologici (MR). Inoltre ho introdotto il modello con il quale è possibile studiarne il comportamento: o modello di Bingham. Di seguito invece scriverò delle modalità di scorrimento del fluido all’interno delle superfici che lo contengono; oltre che delle applicazioni pratiche.

Modalità operative

I dispositivi che impiegano fluidi intelligenti possono essere divisi in tre diverse categorie così come è mostrato in figura. Ogni categoria è caratterizzata da un differente modo di scorrimento del fluido all’interno delle superfici che lo contengono.

Nella prima tipologia di scorrimento, denominata Flow Mode, le superfici sono tra loro fisse mentre è il fluido che scorre rispetto ad esse. Il campo magnetico o elettrico è ortogonale al moto relativo. Questa tipologia di scorrimento viene utilizzata per sviluppare smorzatori dinamici o assorbitori d’urto.

La seconda tipologia di scorrimento è denominata Shear Mode. In questo caso le superfici che delimitano il gap di fluido possiedono un moto relativo di tipo tangenziale e il campo magnetico applicato è ortogonale allo scorrimento.

Infine, la terza tipologia di scorrimento è denominata Squeeze Mode. Le due superfici possiedono un moto relativo normale al film di fluido e le linee di campo magnetico sono parallele allo spostamento relativo delle superfici. Questa terza tipologia, pur essendo meno utilizzata rispetto alle altre due, è impiegata negli smorzatori di vibrazioni che richiedono corse di piccolissima ampiezza.

Applicazioni pratiche dei fluidi intelligenti

I fluidi intelligenti sono attualmente utilizzati in molti settori. Numerosi sono inoltre gli studi per ampliare il loro campo di applicazione. Un classico esempio è quello di un ammortizzatore automobilistico tradizionale. Esso ha il compito di smorzare le oscillazioni indotte dalla parte elastica, tipicamente una molla, del sistema di sospensioni. Nelle applicazioni tradizionali questo compito è assolto da un olio che viene fatto trafilare attraverso luci di sezione variabile. Nelle applicazioni più sofisticate possono essere comandate da particolari attuatori gestiti elettronicamente.

Attraverso l’impiego di fluidi intelligenti in sostituzione di quelli tradizionali lo smorzamento viene ottenuto senza variare la sezione. Il fluido infatti controlla gli smorzamenti attraverso il cambio di viscosità. Risulta evidente che realizzare componenti adattativi con i fluidi intelligenti porti a significativi vantaggi in termini di compattezza, semplicità meccanica ed elevata affidabilità rispetto alle soluzioni tradizionali. Inoltre il controllo delle valvole risulta immediato attraverso la variazione del campo. Tale metodo è già stato implementato con successo su alcuni veicoli di case automobilistiche come Cadillac, Ferrari e Chevrolet. Nel settore automobilistico dunque vengono impiegati per esempio per la realizzazione di valvole, frizioni, ammortizzatori, sospensioni e freni.

Ma non solo auto…

Nell’ambito dell’ingegneria civile i fluidi intelligenti si utilizzano per esempio negli edifici, in dispositivi progettati per lo smorzamento delle vibrazioni sismiche e in ponti per permettere il controllo delle oscillazioni delle funi di tiro. L’utilizzo di tali fluidi facilita la meccanica, aumenta la stabilità e l’immediatezza di risposta. In aggiunta c’è un miglior controllo dell’energia di dissipazione e la possibilità di lavorare anche in condizioni di temperatura estreme spesso associate a fenomeni catastrofici. I fluidi MR ed ER possono trovare applicazione anche per lo smorzamento delle vibrazioni e la riduzione del rumore in ambito industriale. Un altro importante settore applicativo è quello medico. Si utilizzano nelle protesi per aumentare la precisione e la velocità di controllo ottenendo così maggiore fluidità e spontaneità dei movimenti.

Da questa trattazione sui fluidi intelligenti si evince che le tecnologie connesse ad essi troveranno sempre più spazio grazie alla loro versatilità e ai diversi campi di utilizzo. Tuttavia, come per ogni scoperta, non si ha ancora un quadro del tutto completo delle potenzialità di questi fluidi. Per questo motivo la ricerca è molto attiva a riguardo.