Válvulas com tecnologia piezoelétrica

Controlo e regulação eficazes dos gases na tecnologia médica

Certas cerâmicas apresentam propriedades piezoelétricas, ou seja, quando se deformam mecanicamente, é criada uma tensão no material. Este efeito também é produzido na direção oposta: a aplicação de uma tensão a estas cerâmicas provoca a sua deformação.

Este comportamento piezoelétrico pode ser utilizado em muitas aplicações, por exemplo, para gerar ou detetar ondas ultrassónicas, como fonte de ignição (faísca) para isqueiros ou grelhadores de propano, ou para movimentos precisos de lentes óticas para o foco automático em câmaras de smartphones.

A tecnologia piezoelétrica também oferece uma nova forma de desenvolver válvulas para controlar a pressão ou o caudal dos gases. Quando é aplicada uma tensão ao dobrador piezoelétrico, este dobra-se e levanta o assento da válvula. Quanto maior a tensão, mais o atuador se dobra e mais gás pode passar pela válvula.

A cerâmica piezoelétrica atua como um pequeno condensador, uma vez que a tensão aplicada carrega o material cerâmico e dobra-o. Para recuperar a sua forma original, o material deve ser ativamente descarregado. As cerâmicas piezoelétricas não precisam de energia para manter uma deformação mecânica existente. Mesmo após uma falha de energia, a válvula conserva a sua posição atual.

Isto também significa que só precisa de energia se quiser alterar a forma do dobrador piezoelétrico, ou seja, para trocar a carga do próprio dobrador. A quantidade de energia necessária neste caso é muito pequena (na ordem de 1 mWs), uma vez que as cerâmicas piezoelétricas têm uma capacitância pequena (na ordem dos 20 nF até aos 40 nF). Por outro lado, as válvulas solenoide exigem um fornecimento de energia contínuo de vários watts para manter o estado aberto, com o consequente aquecimento da válvula solenoide.

Devido ao seu baixo consumo energético, a tecnologia piezoelétrica é ideal para dispositivos alimentados por bateria (que consomem muito menos energia do que as válvulas solenoide) e para aplicações onde as válvulas não devem aquecer o gás.

A tecnologia piezoelétrico apresenta vantagens muito específicas:

  • Comportamento proporcional
  • Sem geração de calor
  • Baixo consumo energético externo
  • Muito compacta e leve
  • Vida útil longa
  • Segurança intrínseca

As válvulas piezoelétricas não podem substituir as válvulas solenoide. As válvulas piezoelétricas funcionam com tensões mais altas, de até 310 V, enquanto as válvulas solenoide funcionam a 5, 12 ou 24 V. Para gerar os 250 - 310 V necessários a partir da fonte de alimentação elétrica de 5, 12 ou 24 V e para carregar e descarregar o dobrador piezoelétrico, é sempre necessária uma eletrónica de controlador piezoelétrico simples. Embora 310 V possa parecer uma tensão elevada, a corrente correspondente é muito baixa (máx. 5 mA com uma resistência em série de 50 kOhm na saída). A eletrónica piezoelétrica pode ser concebida para ser eletricamente segura, de modo a que a tensão caia imediatamente abaixo de 50 V quando os contactos são tocados.

A Festo oferece uma ampla gama de válvulas com tecnologia piezoelétrica para diferentes requisitos de caudal ou pressão em diversas aplicações. Estas válvulas também podem ser utilizadas para controlar completamente o gás oxigénio, uma vez que os materiais foram submetidos a testes de compatibilidade com o oxigénio.

Sobre o autor

Thomas Kunert
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