¿Qué es un Actuador Piezoeléctrico?
Es un tipo de actuador que utiliza elementos piezoeléctricos para convertir la energía eléctrica, como la salida de tensión de un circuito integrado u otro dispositivo, en energía cinética física, como movimiento lineal o deformación.
Utilizando elementos piezoeléctricos incorporados, también llamados elementos piezoeléctricos, la energía eléctrica puede convertirse en energía mecánica física. Por lo general, los actuadores piezoeléctricos utilizan la deformación de cerámicas piezoeléctricas, por lo que no generan ruido electromagnético en comparación con otros actuadores y se caracterizan por su altísima precisión y rápida velocidad de respuesta.
Otra característica importante es que no necesitan bobinas para su accionamiento y pueden hacerse compactos. Debido a su bajo consumo, los actuadores piezoeléctricos se utilizan en equipos de precisión como cámaras digitales y terminales móviles, donde se requiere miniaturización.
Aplicaciones de los Actuadores Piezoeléctricos
Los actuadores piezoeléctricos se utilizan en todo tipo de aplicaciones, desde productos industriales hasta electrodomésticos familiares, especialmente en equipos de precisión. Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, aprovechando características como la posibilidad de miniaturización, la alta velocidad de respuesta y el bajo consumo de energía.
Ejemplos concretos de aplicaciones de productos son los equipos de precisión, como las cámaras SLR, los soportes de almacenamiento, como las unidades de disco duro, las impresoras de chorro de tinta, los equipos médicos y los productos industriales.
Principios de los Actuadores Piezoeléctricos
El principio de los actuadores piezoeléctricos reside en la utilización de un fenómeno físico conocido como efecto piezoeléctrico inverso, en el que se genera una fuerza o distorsión al aplicar un campo eléctrico a un cristal, que es una característica de los materiales piezoeléctricos, y en el uso del desplazamiento preciso de los materiales piezoeléctricos como componentes mecánicos mediante control eléctrico.
Las cerámicas piezoeléctricas utilizadas en los actuadores piezoeléctricos han sido técnicamente concebidas para que puedan obtenerse grandes desplazamientos con una pequeña tensión de accionamiento mediante el efecto piezoeléctrico inverso. En particular, reduciendo el grosor del sustrato cerámico, la tensión de accionamiento del actuadores piezoeléctricos puede reducirse a una tensión relativamente baja.
Más Información sobre Actuadores Piezoeléctricos
1. Comparación con los Actuadores Electromagnéticos
Los actuadores electromagnéticos son actuadores utilizados convencionalmente, pero cuando se comparan con los actuadores piezoeléctricos, presentan las siguientes ventajas
- Se pueden asegurar grandes desplazamientos.
- Se puede conseguir fácilmente una tensión de accionamiento más baja.
Sin embargo, los actuadores electromagnéticos requieren bobinas electromagnéticas, lo que dificulta su miniaturización, y no igualan a los actuadores piezoeléctricos en cuanto a precisión de desplazamiento, controlabilidad y bajo consumo como actuadores. En la actualidad, los actuadores electromagnéticos se utilizan en las partes mecánicas de productos industriales y sistemas de equipamiento convencionales y relativamente grandes, mientras que los actuadores piezoeléctricos se utilizan en áreas donde la precisión, la compacidad y el bajo consumo de energía son importantes.
2. Histéresis de los Actuadores Piezoeléctricos
En principio, los actuadores piezoeléctricos pueden ser controlados a nivel de nano-orden, pero de hecho tienen un problema llamado histéresis (fenómeno de la historia). La histéresis se refiere al fenómeno por el cual el desplazamiento del actuador (= volumen de carrera) no es perfectamente proporcional a la tensión de control.
En los actuadores piezoeléctricos, la cantidad de carrera en relación con la tensión aplicada es curva, y las curvas no coinciden cuando se sube y se baja la tensión aplicada. Para compensar esto, es necesario utilizar un mecanismo externo de posicionamiento de alta precisión (por ejemplo, galgas extensométricas), y hay una serie de componentes de precisión que utilizan la retroalimentación de posicionamiento de las galgas junto con ASICs para controlar la cantidad de carrera con alta precisión.
3. Desarrollo de Aplicaciones de Captación de Energía
Los elementos piezoeléctricos también se están considerando para su desarrollo en aplicaciones de generación de energía, en las que la energía eléctrica, como el voltaje, se genera a partir del desplazamiento mecánico. Debido al creciente interés por las cuestiones medioambientales representado por los recientes ODS, se están llevando a cabo actividades de investigación y desarrollo para investigar aplicaciones de generación de energía utilizando el desplazamiento mecánico y la vibración aplicados a actuadores piezoeléctricos basados en elementos piezoeléctricos.
Esta tecnología se denomina captación de energía (generación de energía ambiental) y, además de la energía vibratoria, también se está prestando atención a la luz, el calor y las ondas electromagnéticas. También se está desarrollando la generación de energía por vibración para su uso en etiquetas de comunicación inalámbricas y otras aplicaciones, en las que se está aplicando la tecnología de actuadores piezoeléctricos.