ANÁLISE TÉRMICA DE UM ATUADOR MAGNETO-REOLÓGICO PARA JOELHO DE PRÓTESES E EXOESQUELETOS DE MEMBROS INFERIORES
Rafhael Milanezi Andrade1; André Palmiro Storch1; Antônio Bento Filho1; Claysson Bruno dos Santos Vimieiro2; Marcos Pinotti Barbosa2
1 Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Espírito Santo; 2 Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Minas Gerais
doi:10.20906/CPS/CON-2016-0436
Resumo
Fluidos magneto reológicos (MR) são materiais inteligentes que têm suas propriedades reológicas controladas por um campo magnético induzido. Os fluidos MR são utilizados em muitas aplicações, tais como, amortecedores de estruturas, suspensão de veículos, válvulas, próteses, entre outros. Um atuador magneto reológico associa um motor a um freio e/ou acoplamento que utiliza fluido MR. Dessa forma, o atuador MR possui características multifuncionais. Como o joelho humano possui características ativas e resistivas, o atuador MR pode ser adaptado para substituir ou auxiliar tal articulação de forma satisfatória. Por outro lado, a estabilidade, o controle e a vida útil de fluidos magneto reológicos dependem criticamente de suas características térmicas. Ao se atingir certo limite de temperatura, os aditivos do fluido se deterioram rapidamente e a viscosidade do fluido de base muda, provocando alterações irreversíveis do fluido MR. O objetivo deste trabalho é realizar a análise térmica de um atuador magneto reológico para próteses transfemorais e exoesqueletos, verificando o nível de aquecimento do atuador, para não causar deterioração no fluido MR e desconforto ao usuário do dispositivo. É analisado o caso em que o torque transmitido pelo joelho é controlado para reproduzir a marcha humana aplicando um campo magnético na região de encapsulamento do fluido MR, gerando uma tensão de cisalhamento que varia com a intensidade do campo. A tensão de cisalhamento resultante causa geração de calor, aumentando a temperatura do fluido durante a operação. Outras fontes de calor são as bobinas que geram os campos magnéticos, os rolamentos, o motor e o redutor harmônico que compõem o dispositivo. Os resultados indicam que o atuador MR não apresenta aquecimento excessivo e poderá ser utilizado nas funções propostas sem risco de degradação do fluido ou desconforto para o usuário.
Palavras-chave: Fluido magneto-reológico; atuador magneto-reológico; análise térmica