Hannover Messe: Bombas y válvulas de lámina ultrafina ahorran energía y son ligeras

Con su último prototipo de bomba de vacío, el equipo de investigación demuestra su tecnología en la Hannover Messe de este año. Los ingenieros crean un vacío sin escalas de hasta 300 milibares de presión. Para ilustrar la tecnología, la lámina en un demostrador crea un vacío en una campana de vidrio con un globo. La estudiante de doctorado Carmen Perri investiga las bombas y válvulas inteligentes hechas de una lámina de silicona ultrafina. © Oliver Dietze / El equipo de investigación presenta su último prototipo de bomba de vacío en la Hannover Messe de este año. La estudiante de doctorado Carmen Perri realiza investigaciones sobre bombas y válvulas inteligentes hechas de una película de silicona ultrafina. © Oliver Dietze

Paul Motzki, Profesor de Sistemas de Materiales Inteligentes para una Producción Innovadora en la Universidad de Saarland y Director General del Centro de Mecatrónica y Tecnología de Automatización (ZeMA). © Oliver Dietze / Paul Motzki, Profesor de Sistemas de Materiales Inteligentes para una Producción Innovadora en la Universidad de Saarland y Director General del Centro de Mecatrónica y Tecnología de Automatización (ZeMA). © Oliver Dietze

Para hacer visible la tecnología a los visitantes de la feria, los investigadores construyeron este demostrador: La lámina inteligente crea un vacío en una campana de vacío. Esto se hace visible con el globo rojo que se infla dentro de la campana de cristal, "inflándose" por sí mismo, como en las clases de física: Como el aire alrededor del globo es succionado, las partículas de aire dentro del globo tienen más espacio para expandirse, pero aquí todo esto sucede sin el ruido fuerte del compresor de aire comprimido. © Oliver Dietze

Compacto, ligero, delgado y energéticamente eficiente: Una fina lámina de silicona permite un nuevo tipo de bombas y válvulas miniaturizadas. Funcionan en espacios reducidos, sin aire comprimido, sin motores ni maquinaria y sin lubricantes. Son aptas para salas limpias y se pueden regular durante su funcionamiento. Con el prototipo de una bomba de vacío innovadora, el equipo de los profesores Stefan Seelecke y Paul Motzki de la Universidad de Saar muestra su tecnología en la Hannover Messe.

Los envasadores al vacío hoy en día mantienen los alimentos herméticamente en muchos hogares. Pero el vacío se requiere en muchas más áreas: ya sea en el servofreno de los automóviles o en sistemas médicos de succión en quirófanos, en laboratorios de farmacia y biotecnología, y en muchas industrias. Bajo vacío, los alimentos se secan suavemente y los agarradores con ventosas clasifican productos en cintas transportadoras. Para crear el vacío, es decir, eliminar aire o líquidos, hoy en día a menudo se usa aire comprimido. En estos casos, se emplean bombas que funcionan con compresores o motores en segundo plano. Estos consumen mucha energía, los aparatos son grandes y ruidosos, requieren mantenimiento y aceite, lo cual es difícil en entornos de salas limpias o estériles.

Las bombas y válvulas que se desarrollan sin aire comprimido ni motores, y con bajo consumo de energía, son las que ha creado el equipo de investigación de los profesores Stefan Seelecke y Paul Motzki en la Universidad de Saar y en el Centro de Mecatrónica y Automatización (Zema): funcionan con finas láminas de silicona, en las que mediante solo tensión eléctrica se produce movimiento. "La tecnología es económica de fabricar, los componentes son ligeros, lo que ayuda a ahorrar espacio y peso. Además, estas bombas y válvulas son mucho más eficientes energéticamente que los métodos actuales", explica Paul Motzki. "En comparación con una válvula de proceso convencional para aire comprimido, que funciona con un electroimán, la misma válvula con nuestro accionamiento consume 400 veces menos energía", aclara el profesor de Sistemas de Materiales Inteligentes para Producción Innovadora en la Universidad de Saar y director general de Zema. Además, estos procedimientos no requieren materiales escasos o caros como tierras raras o cobre. Y, en contraste con las bombas que usan compresores, las láminas son notablemente silenciosas.

Los investigadores pueden hacer que las láminas de 50 micrómetros de grosor realicen movimientos a voluntad. Para ello, están cubiertas por ambas caras con una capa de electrodos conductores, altamente elástica y eléctricamente conductora. Cuando los ingenieros aplican un voltaje eléctrico, la lámina se pliega verticalmente debido a la atracción electrostática y se expande en su superficie. "Con estos llamados elastómeros dieléctricos desarrollamos diferentes accionamientos innovadores que no necesitan sensores adicionales", explica Paul Motzki. Al cambiar el campo eléctrico, los investigadores pueden hacer que las láminas realicen movimientos de elevación sin escalas o vibren a cualquier frecuencia y amplitud. La lámina también puede mantener cualquier posición deseada, sin consumir corriente en ese estado.

"Las láminas son su propio sensor. La función de un sensor de posición la proporcionan los elastómeros dieléctricos", dice Paul Motzki. Cada deformación de la lámina puede relacionarse con un valor medido de la capacitancia eléctrica. Con los valores medidos, los ingenieros detectan cómo está desplazada mecánicamente la lámina, es decir, cómo se deforma en ese momento. En una unidad de control, pueden programar movimientos mediante inteligencia artificial usando estos datos. Como accionamiento en dispositivos, las láminas generan y liberan vacío en bombas sin motor con la presión deseada, dosifican líquidos con precisión o funcionan como interruptores continuos.

Además, las láminas pueden monitorear su propio estado y señalar dónde está el fallo. Los valores de medición indican si algo falla, por ejemplo, si no se ha creado correctamente el vacío o si la válvula o bomba están bloqueadas por un objeto extraño. Hoy en día, en grandes instalaciones industriales, detectar estos fallos puede ser complicado.

Con su prototipo más reciente de bomba de vacío, el equipo de investigación demuestra su tecnología en la Hannover Messe de este año: ya alcanzan una presión absoluta de hasta 300 milibar. "La tecnología se puede escalar fácilmente. Para ello, conectamos nuestros actuadores y cámaras de bombeo en paralelo, en serie o en ambas configuraciones, y así podemos aumentar la presión y el caudal", dice Paul Motzki. Para que los visitantes de la feria puedan entender mejor la tecnología, los investigadores han construido un demostrador: su lámina inteligente genera un vacío en una campana de vacío. Esto se puede ver en un globo que se infla dentro de la campana de vidrio. Es como en la clase de física: al extraer el aire alrededor del globo, las partículas de aire en su interior tienen más espacio para expandirse, solo que esto sucede sin el ruido de un compresor de aire comprimido.

Los investigadores pueden integrar su tecnología de bombas y válvulas en diversas formas, es apta para producción en masa y puede desarrollarse en unos pocos años hasta convertirse en un producto de catálogo. En la Hannover Messe, buscan socios del sector industrial para ello.

Contexto

En el equipo de los profesores Stefan Seelecke y Paul Motzki, muchos jóvenes investigadores trabajan en la tecnología de elastómeros dieléctricos, en el marco de varias tesis doctorales. Es objeto de numerosas publicaciones en revistas especializadas y ha sido financiada en varios proyectos de investigación: entre otros, por la UE en el marco de una beca Marie Curie, por el gobierno del Saarland en los proyectos EFRE iSMAT y Multi-Immerse, y también por MESaar en un colegio doctoral. El equipo de investigación utiliza la tecnología para diversas aplicaciones además de válvulas y bombas, como en agarres robóticos, altavoces, y también en textiles inteligentes o retroalimentación háptica.

Los investigadores quieren trasladar los resultados de su investigación aplicada a la práctica industrial. Para ello, fundaron la empresa mateligent GmbH desde la cátedra, que también estará presente en el stand de Saarland en la Hannover Messe.

Preguntas y respuestas:
Prof. Dr.-Ing. Paul Motzki: T:+49 (681) 85787-13; E: paul.motzki@uni-saarland.de