Válvulas con tecnología piezoeléctrica

Control y regulación eficaces de los gases en la técnica médica

Ciertas cerámicas presentan propiedades piezoeléctricas, es decir, cuando estas cerámicas se deforman mecánicamente, se crea una tensión en el material. Este efecto también se produce en sentido contrario: al aplicar una tensión a estas cerámicas se provoca su deformación.

Este comportamiento piezoeléctrico puede utilizarse en muchas aplicaciones, por ejemplo, para generar o detectar ondas ultrasónicas, como fuente de ignición (chispa) para encendedores o parrillas de propano, o para movimientos precisos de lentes ópticas para el autoenfoque en cámaras de smartphones.

La tecnología piezoeléctrica también ofrece una nueva forma de desarrollar válvulas para controlar la presión o el caudal de los gases. Cuando se aplica una tensión al doblador piezoeléctrico, éste se dobla y levanta el asiento de la válvula. Cuanto mayor es la tensión, más se dobla el actuador y más gas puede pasar por la válvula.

Función del actuador de flexión en las válvulas piezoeléctricas

Función del actuador de flexión en las válvulas piezoeléctricas

La piezocerámica actúa como un pequeño condensador, ya que la tensión aplicada carga el material cerámico y lo dobla. Para recuperar su forma original, el material debe descargarse activamente. Las piezocerámicas no necesitan energía para mantener una deformación mecánica existente. Incluso tras un fallo de energía, la válvula conserva su posición actual.

Esto también significa que solo se necesita energía si se quiere cambiar la forma del doblador piezoeléctrico, es decir, para cambiar la carga del propio doblador. La cantidad de energía necesaria en este caso es muy pequeña (del orden de 1 mWs), ya que las piezocerámicas tienen una capacitancia pequeña (del orden de 20 nF a 40 nF). En cambio, las electroválvulas requieren un suministro continuo de energía de varios vatios para mantener el estado abierto, con el consiguiente calentamiento de la electroválvula.

Debido a su bajo consumo de energía, la tecnología piezoeléctrica es ideal para equipos alimentados por pilas (que consumen mucha menos energía que las electroválvulas) y para aplicaciones en las que las válvulas no deben calentar el gas.

La tecnología piezoeléctrica presenta ventajas muy específicas:

  • Comportamiento proporcional
  • Sin generación de calor
  • Bajo consumo de energía externa
  • Muy compacta y ligera
  • Larga vida útil
  • Seguridad intrínseca

Las válvulas piezoeléctricas no pueden sustituir a las electroválvulas. Las válvulas piezoeléctricas funcionan con tensiones más altas, de hasta 310 V, mientras que las electroválvulas lo hacen a 5, 12 ó 24 V. Para generar los 250 - 310 V necesarios a partir de la fuente de alimentación eléctrica de 5, 12 ó 24 V y para cargar y descargar el doblador piezoeléctrico, siempre se requiere una electrónica de controlador piezoeléctrico sencilla. Aunque 310 V pueda parecer una tensión elevada, la corriente correspondiente es muy baja (máx. 5 mA con una resistencia en serie de 50 kOhmios en la salida). La electrónica piezoeléctrica puede diseñarse para que sea eléctricamente segura, de modo que la tensión caiga inmediatamente por debajo de 50 V cuando se toquen los contactos.

Festo ofrece una amplia gama de válvulas con tecnología piezoeléctrica para diferentes requisitos de caudal o presión en diversas aplicaciones. Estas válvulas también pueden utilizarse para controlar gas oxígeno al 100 %, ya que sus materiales han sido sometidos a pruebas de compatibilidad con el oxígeno.

Producción totalmente automática de válvulas piezoeléctricas (1:32 min.)

Sobre el autor

Thomas Kunert
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