Tesis:
Estudio y análisis de sensores y actuadores piezoeléctricos para aplicaciones reométricas.
- Autor: SANCHEZ MUÑOZ, Almudena María
- Título: Estudio y análisis de sensores y actuadores piezoeléctricos para aplicaciones reométricas.
- Fecha: 2006
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: AUTOMATICA, INGENIERIA ELECTRONICA E INFORMATICA INDUSTRIAL
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: PRIETO LOPEZ, Roberto
- Resumen: Los reómetros son instrumentos de caracterización macroscópica de las propiedades reológicas de los materiales. Su principio de funcionamiento se basa en la medida de la reacción del material a una deformación mecánica. Entre las propiedades reológicas que pueden medirse con un reómetro destaca la viscosidad, que describe la resistencia que un material presenta a fluir. Esta propiedad resulta de gran utilidad, tanto para fabricantes como para procesadores de materiales, porque proporciona una primera idea cuantitativa sobre si el procesado del material es viable o no. El hecho de conseguir construir un reómetro fiable de reducidas dimensiones supondría un importante avance debido a que los equipos disponibles hoy en día son de un tamaño considerable (aparatos de sobremesa) y, sobre todo, requieren disponer de muestras en una cantidad mínima que frecuentemente excede la capacidad de síntesis de un laboratorio industrial. El desarrollo de un reómetro de tales características tiene un gran interés industrial, en primer lugar para las empresas productoras de polímeros, pero también el campo de la bioquímica y biomedicina, donde es frecuente tratar con fluidos biológicos complejos desde el punto de vista reológico. La miniaturización de los reómetros, tanto del propio instrumento como de la muestra a analizar, es un campo de gran actualidad, que no tiene el grado de madurez de los reómetros tradicionales. Este es el campo en el que se centra el presente trabajo de tesis, con la particularidad de que la reducción de tamaño se pretende conseguir mediante la aplicación de la piezoelectricidad en la medida de las propiedades reológicas de los materiales. En la actualidad, hay varios estudios que también plantean el uso de materiales piezoeléctricos en aplicaciones reométricas, aunque el enfoque y modo de trabajo sugeridos son distintos al propuesto en esta tesis. El objetivo fundamental del presente trabajo de tesis doctoral es el estudio, análisis, diseño y construcción de un reómetro de muy reducidas dimensiones (dos o más órdenes de magnitud inferiores a las de los instrumentos disponibles hoy en día) y que permita realizar medidas sobre muestras inferiores a 100 l e incluso a 10 l. El rango de medidas buscado es de unos dos o tres órdenes de magnitud o décadas en la velocidad de deformación, por ser este el rango característico de medidas en los reómetros convencionales. El éxito de la miniaturización radica en el uso de materiales piezoeléctricos para la excitación mecánica de la muestra (con un actuador piezoeléctrico) y para la extracción de la señal de reacción de la misma (con un sensor piezoeléctrico), todo ello sin partes móviles. Esta tesis se centra en el diseño específico de los sensores y actuadores piezoeléctricos para la medida de propiedades reológicas, especialmente la viscosidad. En el proceso de diseño de estos sensores y actuadores piezoeléctricos se combinan los resultados de modelos analíticos en 1 dimensión (1D), y los resultados en 2 ó 3 dimensiones (2D/3D), que son numéricos y requieren del uso de herramientas de elementos finitos (HEF). Será también necesario un amplio estudio del procedimiento que permita relacionar la señal eléctrica extraída de los piezoeléctricos con las propiedades reológicas de la muestra colocada. Todo ello se completará con medidas experimentales en los prototipos construidos. De esta manera quedarán validados los principios de medida desarrollados, así como el diseño del sistema en su conjunto.