Las válvulas piezoeléctricas promueven la movilidad médica

Las tendencias en el cuidado de la salud móvil y los dispositivos domésticos significan que los dispositivos médicos deben volverse más pequeños, livianos y duraderos. Esto llevó a los ingenieros de tecnología médica a buscar válvulas piezoeléctricas para aplicaciones neumáticas. Las válvulas piezoeléctricas son más pequeñas, más eficientes y más silenciosas que las válvulas de solenoide, lo que las hace ideales para controlar el flujo y regular el vacío y la presión.

Las piezocerámicas tienen la propiedad única de deformarse en proporción a la carga y permanecer deformadas hasta que se elimina la carga. Esto permite un movimiento mecánico preciso mientras consume muy poca energía. Estos materiales ya se utilizan en impresoras de inyección de tinta, motores de precisión y aplicaciones automotrices, por nombrar algunas.

La válvula de 3/3 vías VEMC de Festo mide solo alrededor de 1/4 de pulgada.½ pulgada de alto. Amplio.

En el corazón de la válvula piezoeléctrica hay un actuador en forma de viga que está fijo en un extremo y tiene un sello que cubre el puerto en el otro extremo. El haz consta de una capa de material cerámico piezoeléctrico unido a un sustrato conductor pasivo como la fibra de carbono. La aplicación de una carga eléctrica hace que la capa piezoeléctrica se contraiga y el actuador de la válvula se doble, abriendo el puerto de la válvula.

El movimiento del actuador es proporcional a la carga. Una pequeña carga abrirá ligeramente la válvula;Un voltaje más alto abrirá más la válvula, lo que permitirá que la válvula proporcional se mantenga en cualquier posición usando poca o ninguna energía.

beneficio
A diferencia del conjunto bobina/núcleo de una válvula solenoide, una válvula piezoeléctrica no tiene piezas deslizantes y la inercia del elemento móvil es mucho menor. Por lo tanto, la válvula responde rápidamente y puede soportar cargas e impactos externos. Sus propiedades dinámicas combinadas con tecnologías como la retroalimentación de circuito cerrado permiten un control preciso de las funciones neumáticas.

La construcción de las válvulas piezoeléctricas las hace más silenciosas que las válvulas de solenoide, y el control electrónico de la velocidad de apertura y cierre permite un funcionamiento prácticamente silencioso. Por lo tanto, son particularmente adecuados para equipos médicos diseñados para uso nocturno sin la adición de materiales de insonorización voluminosos y costosos.

También requieren una fracción de la potencia de los solenoides tradicionales. Por su naturaleza, las válvulas piezoeléctricas consumen un 95 % menos de energía que las válvulas de solenoide comparables. Sus características de funcionamiento capacitivo les permiten mantener un funcionamiento activo sin consumir energía. En los dispositivos móviles, la alta eficiencia energética significa una mayor duración de la batería, una carga menos frecuente y una mayor independencia del usuario. También significa poca o ninguna acumulación de calor, no requiere enfriamiento, lo que permite un diseño más compacto y una confiabilidad potencialmente mayor.

válvula comercial
Algunos fabricantes de componentes neumáticos ofrecen válvulas piezoeléctricas. Por ejemplo, Festo Corp. de Hauppauge, NY, fabrica una variedad de válvulas y colectores neumáticos con base piezoeléctrica.

La aplicación de un voltaje hace que la capa piezoeléctrica se contraiga y el actuador se doble, abriendo así la válvula.

Una es una válvula VEMR de 2/2 vías, 1,7 × 0,4 × 0,5 pulg., nominal a 17 lpm, 30 psi y una presión de trabajo de entrada de 10 a 50 psig. El tiempo de respuesta es de 10 ms, la fuga es de 0,6 l/h y es compatible con aire, oxígeno y gases inertes. Esta válvula es adecuada para el control de caudal, pero su combinación con un sensor de caudal la convierte en una válvula de control de caudal proporcional.

La válvula de 3/3 vías VEMC de la compañía tiene una capacidad nominal de 11,0 lpm (a 14 psi) en el lado de conexión y 9,5 lpm (a 14 psi) en el lado de escape. Está diseñado para la regulación de presión, agregar un sensor de presión lo convierte en un regulador de presión proporcional.

donde se usan
Las válvulas piezoeléctricas son adecuadas para aplicaciones tales como equipos de respiración portátiles para el tratamiento de enfermedades respiratorias crónicas y apnea del sueño;Colchones antiescaras para pacientes con movilidad reducida;Y dispositivos para drenaje linfático y compresión de extremidades.

Las válvulas VEMx de Festo se utilizan en diversos dispositivos médicos. Por ejemplo, un OEM rediseñó su depósito de oxígeno para aprovechar los requisitos de baja potencia de las válvulas piezoeléctricas.(Los conservadores funcionan con cilindros de oxígeno portátiles, que administran oxígeno solo cuando el paciente inhala, por lo que el suministro de oxígeno dura más que un flujo continuo). Las versiones anteriores generalmente requerían el reemplazo de la batería cada pocas semanas. Estas unidades ahora pueden funcionar durante más de dos años con un solo juego de pilas AA.

Otros fabricantes de equipos domésticos están utilizando válvulas piezoeléctricas para lograr un suministro de oxígeno proporcional en la última generación de concentradores de oxígeno portátiles. Utilizan bajo consumo de energía y control proporcional dinámico para mejorar la capacidad de oxigenoterapia de los dispositivos portátiles.

Una empresa biotecnológica líder utiliza válvulas piezoeléctricas para montar ocho reguladores proporcionales en un colector. Automatiza procesos que requieren un control preciso de vacío y baja presión para medir células microscópicas individuales. Todo el colector, contenido en un paquete de 20 mm de alto con un tamaño de DVD, se comunica a través del puerto serial incorporado. Los beneficios incluyen menos calor, mejor rendimiento y un tamaño 90 por ciento más pequeño que los diseños anteriores.

Aunque tienen muchas ventajas sobre las válvulas de solenoide, las válvulas piezoeléctricas también tienen sus limitaciones. Para empezar, cuestan más que una válvula solenoide de encendido/apagado básica, aunque el precio de las válvulas piezoeléctricas está bajando. Los solenoides también pueden manejar una gama más amplia de presiones y flujos. En términos generales, las válvulas piezoeléctricas actuales pueden controlar directamente las presiones desde el vacío hasta aproximadamente 45 psi y el flujo de 0 a 25 lpm. Aún así, este rendimiento está dentro del rango de presión y flujo requerido para muchas aplicaciones neumáticas portátiles, un rango que se amplía a medida que salen al mercado más productos piezoeléctricos.

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