Actuatoare cu Parafină

I. Introducere

Principalele forțe valorificate în scopul realizării unor actuatoate sunt:

- forțe bazate pe energia înmagazinată în câmpul magnetic sau electric;

- forțe bazate pe deformarea unei structuri solide sub acțiunea câmpuluielectric (piezoelectricitatea, electrostricțiunea) sau sub acțiunea câmpului magnetic (magnetostricțiunea);

- forțe bazate pe deformarea unor structuri solide sub acțiunea temperaturii (termobimetale, aliaje cu memorie);

- forțe realizate din reacții chimice (pompe electrochimice);

- forțe bazate pe efecte hidraulice și pneumatice;

- forțe bazate pe transformări de fază (lichid-gaz, solid-lichid).

În funcție de semnalul de intrare folosit pentru deformarea controlată a elementului activ, actuatoarele se clasifică astfel:

-Actuatoare comandate termic (prin flux de căldură):

- actuatoare pe bază de dilatare a unor elemente sau pe bază de transformare de fază;

- actuatoare pe bază de aliaje cu memoria formei;

-Actuatoare comandate electric ( prin intermediul intensității câmpului electric):

- actuatoare piezoelectrice, cu elemente active din din piezocristale, piezoceramice sau piezopolimeri;

- actuatoare electroreologice;

-Actuatoare comandate mangetic (prin intermediul inducției câmpului magnetic):

- actuatoare magnetostrictive; - (Terfenolul,Ni, Fe, Co)

- actuatoare pe bază de ferofluide;

-Actuatoare comandate optic (opto-electric sau opto-termic):

- actuatoare termo-electro-fotostrictive;

- actuatoare piro-piezoelectrice;

-Actuatoare comandate chimic:

- actuatoare pe bază de polimeri (mușchi artificiali);

-Alte tipuri de actuatoare, bazate pe alte tipuri de fenomene fizice.

O categorie distinctă având numeroase aplicații. o reprezintă actuatoarele comandate termic (prin flux de căldură).

Actuatoarele termice sunt formate din elemente active care realizează conversia energiei termice în energie mecanică (în mișcare). Conversia energiei termice are la bază fie fenomenul de dilatare a unor elemente active solide, lichide sau gazoase fie trecerea dintr-o fază în altă fază.(fig.1)

Sensul de comandă

Efect

și control mecanic

Fig.1 Principiul de funcționare al actuatoarelor termice

Actuatoarele termice pot fi utilizate în două scopuri:

- detectarea unei anumite temperaturi (cînd are rol de senzor);

- efectuarea de lucru mecanic, atunci când atind o anumită temperatură;

Actuatoarele termice pe bază de transformare de fază, sunt în principiu, de două feluri: pe bază de transformare de fază lichid-gaz si lichid-solid. Actuatoarele cu parafină fac parte din categoria actuatoarelor termice (actuatoare termomecanice) pe bază de transformare de fază lichid-solid.

Pentru dezvoltarea unui lucru mecanic este utilizată capacitatea parafinei de a-și modifica volumul (cu aproximativ 15-20%), modificare cauzată de trecerea acesteia din stare solidă în stare lichidă. Comprimarea și dilatarea în corpul actuatoarelor produce o presiune hidraulică semnificativă, transformată de către actuator în lucru mecanic, sub formă de mișcare lineară a pistonului.

Actuatoarele cu parafină au apărul în anii 1960, au devenit competitive in anii 1980 și s-au dezvoltat spectaculos începând cu anii 1990, diferențiindu-se în funcție de elementele pentru încălzirea parafinei, de cele care convertesc creșterea de volum a acesteia în mișcare utilă, de limitatoarele de cursă, etc.

Parafina este compusă din lanțuri de hidrocarburi simple saturate, cu compoziția CnH2n+2 unde n≈18...50.

Cele cu 5 – 15 atomi de carbon sunt lichide la temperatura camerei și nu sunt luate în considerare. Lanțurile cu mai mult de 20 de atomi de carbon sunt solide la temperatura camerei și de aceea sunt folosite în actuatoare. Parafinele cu catenă normală și catenă simetric ramificată sunt cele mai stabile. Parafinele cu număr impar de atomi de carbon sunt extrem de folosite pentru că ele sunt mai accesibile, mai economice și prezintă valori ridicate ale temperaturii de topire. În stare solidă, lanțurile de parafină sunt grupate în matrici cristalizate ce ocupă un spațiu restrâns,dar în urma topirii, matricile se desfac, ocupând astfel un spațiu mult mai mare. Rezultând în urma prelucrării compușilor petrolieri, parafina este disponibilă în cantități mari și la preț scăzut.

Parafinele sunt compuse, în principal, din alcani, aproximativ 75%. Alcanii și parafinele sunt compuși organici. Pe măsură ce greutatea moleculară (mol. Wt.) crește, temperatura de topire tinde, de asemenea, să crească. În concluzie, temperatura de topire este dependentă de lungimea lanțului de atomi de carbon; un lanț de molecule mai lung determină o temperatură mai ridicată de topire. Folosind amestecuri diferite de alcani, poate fi obținută temperatura specifică de tranziție a stării.