Plástico bajo tensión

Artículo del 26 de junio de 2015 

Tracción energéticamente eficiente desde el plástico

El poliuretano es el plástico con el que, por ejemplo, se fabricó el balón del Mundial de fútbol de Brasil de 2014. En la investigación de Festo, el poliuretano, en combinación con el grafito, se utiliza como novedoso elemento de tracción (actuador).

Un actuador convierte las señales eléctricas en movimientos mecánicos, por ejemplo, para abrir y cerrar una válvula. En las válvulas clásicas, el actuador es un electroimán. En el proyecto DIELASTAR (de elastómero dieléctrico para actuadores de regulación en alemán) se investigan los llamados actuadores elastómeros dieléctricos (AED), formados por varias capas de poliuretano y grafito.

300 capas muy finas

Festo utiliza los AED del proyecto de investigación como elementos de conexión en válvulas que controlan la corriente de aire en instalaciones neumáticas. «Uno de estos AED se compone de 300 capas de poliuretano delgadas apiladas entre sí», explica el Dr. Metin Giousouf, director del proyecto de investigación de Festo. «El poliuretano es un elastómero que empleamos como una lámina de plástico especial modificada». Una capa tiene unos 0,05 milímetros de grosor, lo que equivale aproximadamente a la mitad de un cabello. Las capas apiladas conforman un pequeño bloque del tamaño de un terrón de azúcar que se sostiene por sí mismo. Entre las capas de poliuretano se pulverizan electrodos ultradelgados de grafito. «Los electrodos se disponen en direcciones alternas para que se cree un campo eléctrico en el elastómero cuando exista tensión eléctrica», explica Tobias Pointner, que colabora igualmente en el proyecto de investigación. Gracias a la flexibilidad de la capas de poliuretano, los electrodos cargados de manera diferente se mueven atrayéndose. Con esto se acorta todo el actuador y se abre la válvula.

En este proceso, a diferencia de lo que sucede con las válvulas que funcionan de forma electromagnética, no se genera ninguna temperatura, pues la corriente para cargar los electrodos apenas fluye de forma momentánea. De esta manera, una válvula controlada por un AED no requiere de ninguna corriente para mantener su posición (corriente de retención), lo que hace que las válvulas con AED trabajen de forma muy eficiente desde el punto de vista energético. No obstante, actualmente es necesaria una elevada tensión de unos 2 000 voltios para activar el AED. La tensión eléctrica es aproximadamente 80 veces mayor que la tensión de servicio necesaria en componentes estándar industriales. Por esta razón, el foco de atención de las actividades de investigación se sitúa en la reducción de la tensión eléctrica.

Ventajas de los actuadores de elastómeros dieléctricos

A través de la regulación de la tensión eléctrica invertida en el AED puede cambiarse el paso de aire de la válvula neumática. Esto permite ajustar entre «abierto» y «cerrado» (funcionamiento proporcional). Las válvulas convencionales con actuadores electromagnéticos pueden abrirse o cerrarse completamente. Una ventaja más de las válvulas controladas con AED es el reducido coste de los materiales de poliuretano y grafito. Un prototipo del proyecto de investigación ilustra estas características positivas: muestra la tracción proporcional del AED y su eficiencia energética en comparación con una válvula convencional con tracción electromagnética.

En este vídeo puede ver el prototipo.