Descripción: cilindros doble y simple efecto valvulas
Actuadores piezoeléctricos Diana Laura Aguilar Zamora A01331344 Ana Elena Rodríguez Valderrama A01330418 Jesús Iván Bobadilla Valenzu Valenzuela ela A00344002 Oscar Torres Contreras A01152343
Antecedentes ● Piezo, del Griego ○
Estrechar, apretar u oprimir
● Ja Jacq cque uess y Pie Pierr rre e Cur Curie ie,, 188 1880 0 ○
Efecto piezoeléctrico ■ Pr Pres esen enta tado do en al algu guno noss cri crist stal ales es ■
○
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○
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Convierte Convie rten n ener energía gía elé eléctr ctrica ica en ener energía gía mec mecáni ánica ca y viceversa
Efecto piezoeléctrico
Efecto piezoeléctrico
Efecto piezoeléctrico
● Directo ○
Diferencia de voltaje en las caras del cristal cuando es sometido a deformación mecánica
● Inverso ○
Distorsiones mecánicas cuando se aplica un campo eléctrico a alguna cara del cristal
https://www.youtube.com/watch?v=00kM4ju4r-U
E jemplos de materiales piezoeléctricos ● Por su naturaleza ○ ○ ○
Zirconato Titanato de Plomo (PZT) (el más usado para actuadores o sensores)
https://www.youtube.com/watch?v=af14gs94pSw
Propiedades de los materiales piezoeléctricos (PZT) ●
●
Antes de la polarización ○
Estructura cúbica centrada en las caras.
○
Isotrópico
Después de la polarización ○
Simetría tetragonal.
○
Estructura anisotrópica por debajo de la temperatura de Curie (a la cual los cerámicos PZT pierden sus propiedades piezoeléctricas)
Efecto piezoeléctrico
Proceso de polarización ● Origen del dipolo: separación de iones con carga positiva y negativa. ● Antes de la polarización: ○
Grupos de dipolos ordenados de forma paralela (dominios de Weiss) se distribuyen aleatoriamente en el grueso del material del PZT.
Proceso de polarización
● Aplicación de un campo eléctrico al piezo cerámico calentado >2000V/mm. ● El material se expande a lo largo del eje del campo y se contrae perpendicularmente a él. ● Los dipolos se alinean y permanecen así hasta su enfriamiento.
Proceso de polarización
● El material tiene ahora una polarización permanente. ● Como resultado, se alargan las dimensiones paralelas al eje del campo y se contraen las normales al mismo. ● El grado de alineamiento de los dominios de Weiss es proporcional al voltaje aplicado en terminales. ● De igual manera, el desplazamiento del cerámico PZT es proporcional a la intensidad del campo eléctrico aplicado:
Efecto de la polaridad
Efecto piezoeléctrico directo
Efecto piezoeléctrico inverso
Cristales piezoeléctricos como osciladores ● Los cristales piezoeléctricos se cortan en láminas que se usan principalmente como patrones de frecuencia cuando su frecuencia de resonancia es estable. ● Al vibrar generan una tensión proporcional a la amplitud de onda. ● Provistos de los electrodos correspondientes se comportan de manera equivalente a un circuito RLC:
Actuadores piezoeléctricos ● Dispositivo que produce movimiento (desplazamiento) por medio del fenómeno físico de la piezoelectricidad. ● Usados desde hace 20 años ● Revolucionaron la tecnología de posicionamiento y precisión ○ ○
Debido al campo eléctrico aplicado al material Nanoposicionamiento
Actuadores piezoeléctricos
Tipo pila
Tipos de actuadores piezoeléctricos
● Más común ● Tiene varias capas de cerámico y dos salidas eléctricas ● Por protección, el cerámico se ubica dentro de una carcasa de metal. Al incorporarse resortes en la carcasa se puede someter al cerámico a tensión o compresión
Tipo pila
Tipos de actuadores piezoeléctricos
● Aplicaciones ○ ○ ○
Cancelación de vibración Generación de ondas de choque Posicionamiento de herramientas en máquinas para la fabricación de superficies no esféricas de lentes de contacto
● Restricciones de espacio ○ ○
Uso de amplificadores mecánicos de palanca Reducción de rigidez y la máxima frecuencia de operación del actuador
Tipo Flexure
Tipos de actuadores piezoeléctricos
● Mejor guía de precisión, es un nanoposicionador con amplificación de movimiento ● Tienen uno o varios ejes ● Empleados en la investigación y laboratorios ● Aplicaciones industriales ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
Verificación de unidades de disco Alineadores de pantallas Rayos X escalonados Óptica adaptativa Maquinado de precisión Alineadores de fibra Microscopia electrónica Servo válvulas hidráulicas
APLICACIONES
https://www.youtube.com/watch?v=eMyCGMn0t3M
Efecto piezoeléctrico
APLICACIONES ● ● ● ●
Actuadores lineales. Piezo martillos. Sistemas de micro grabado. Ciencias de la vida ○ ○
Presiones de hasta 2,000 bares con tan sólo apilar elementos piezoeléctricos que mueven la aguja, dentro del inyector.
○
Tres veces más rápidos que los pulverizadores de inyección convencional.
○
Múltiples inyecciones por cada explosión del cilindro.
○
Optimización del proceso de quemado de combustible.
Actuadores piezoeléctricos
INYECTOR CONVENCIONAL VS INYECTOR PIEZOELECTRICO ● https://www.youtube.com/watch?v=19PmUOkoZC8
● https://www.youtube.com/watch?v=hKBgM76P6Ck
APLICACIONES COMUNES
Efecto piezoeléctrico
● Encendedores de gas ○
Dentro llevan un cristal que es golpeado por una palanca provocando una elevada concentración de carga capaz de crear una chispa.
● Relojes con alarma ○
Aplicando un voltaje de C.A., el material se mueve a la misma frecuencia que el voltaje aplicado y se produce un sonido sumamente alto.
● Amplificadores ○
Se puede convertir una vibración mecánica en una señal eléctrica para ser amplificada
https://www.youtube.com/watch?v=k7Pi70wmocE
APLICACIONES COMUNES
Efecto piezoeléctrico
● MARTILLO BUCAL ○
Dentro de la medicina la tecnología piezoeléctrica juega un papel importante para las limpiezas bucales sustituyendo la tecnología ultrasónica.
APLICACIONES FUTURISTAS ● “Piezoelectric Footprint” Para el futuro se busca utilizar la energía que los seres humanos generar para sus tareas cotidianas. https://www.youtube.com/watch?v=UBnOa-6A_28
APLICACIONES FUTURISTAS ● “Tennis Charger” Almacenar la energía que generamos mientras caminamos.
https://www.youtube.com/watch?v=Uc4CD1aEFwE
Operación en lazo abierto ● El desplazamiento depende del voltaje aplicado ● Ideal cuando la precisión no es crítica siendo que siempre se necesita la misma cantidad de fuerza
Tipos de actuadores piezoeléctricos
Operación en lazo cerrado
Tipos de actuadores piezoeléctricos
● Servo controlador ○
○
Determina el voltaje que se envía al piezo actuador al comparar la señal de referencia y la señal real que viene del sensor de posición Se ve afectado por cambios de temperatura y vibraciones
● Ideal para aplicaciones que necesitan una alta precisión en el desplazamiento
Sistema de microposicionamiento de electrodos para registrar la actividad neuronal en ratas
Ventajas
Actuadores piezoeléctricos
● Resolución ○
Capaz de producir posicionamientos extremadamente finos por debajo del rango subnanómetro, bajos cambios de voltaje generan movimientos suaves
●
Generación de grandes fuerzas
● Tiempo de respuesta más rápido que existe (µs) ● No producen campos eléctricos ni son afectados por estos ● Compactos y de bajo peso ● Baja potencia de consumo ○
Convierte directamente la energía eléctrica en movimiento y absorbe energía sólo durante el movimiento
Ventajas
Actuadores piezoeléctricos
● Grandes ciclos de vida ya que no hay desgaste (>1010 ciclos) ● No requieren de lubricantes ● Compatibilidad con el medio ambiente ○
Vacío, temperatura criogénica, altas temperaturas, etc.
● Alta eficiencia en la transformación electromecánica. ● Alta maquinabilidad.
Desventajas
Actuadores piezoeléctricos
● Dificultad para hacer mediciones de presiones estáticas debido a que el voltaje generado por el material es bajo ● Alta sensibilidad ante vibraciones mecánicas ● Requiere retroalimentación de la posición para un mejor control ● Mayor costo mientras más exigente sea el trabajo
Bibliografía Rodríguez, M. (2000). Actuadorez piezoeléctricos. Recuperado de: ingenierias.uanl. mx/6/pdf/6_Miguel_Cupich_et_al_actuadores_Piezo.pdf Méndez, A. (2015). Ecografía. Recuperado de http://es.slideshare. net/abemen/ecografa-43932013 The problem with piezoelectric sensors. Engineer Live. May 2008. James R. Phillips. Piezoelectric Technology: A Primer. Senior Member of Technical Staff. CTS Wireless Components.
