Bomba de vacío sin motor: láminas delgadas: el material del que están hechas las nuevas bombas
Un equipo de investigación presenta un prototipo de bomba de vacío con accionamiento de doble película: la empresa derivada mateligent lleva la tecnología a la industria
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Una fina película de silicona garantiza que las bombas no necesiten motores, aire comprimido, lubricantes ni sensores adicionales. Pueden conmutarse según las necesidades y adaptarse a diseños antes imposibles. Dondequiera que se necesite vacío en la industria y la fabricación, en la tecnología de vehículos o en laboratorios e investigación, la tecnología de láminas hace posibles bombas ligeras, planas y energéticamente eficientes. El equipo del profesor Paul Motzki, de la Universidad del Sarre, hará una demostración de esta tecnología en la Feria de Hannover.
La película de plástico empieza a moverse en cuanto los investigadores le aplican una tensión eléctrica. Con 50 micrómetros, la película tiene el grosor de un cabello. El equipo del profesor Paul Motzki hace que golpee con fuerza, vibre, suba y baje lentamente en un movimiento fluido o permanezca en una posición, simplemente cambiando el voltaje eléctrico. Lo que parece un bonito truco es el material del que están hechos los innovadores minimotores.
Como los investigadores pueden controlar la película, ésta puede realizar tareas como empujar o tirar de algo. Puede realizar movimientos para los que, de otro modo, los dispositivos técnicos necesitarían motores o compresores de aire, lo que ocupa mucho espacio, energía y mantenimiento. El equipo de investigación también está instalando láminas inteligentes en bombas de vacío para extraer aire o líquido de una cámara. Las bombas de vacío son indispensables en la práctica industrial y técnica y se utilizan en todas partes, desde las máquinas de envasado y las pinzas de los robots hasta la tecnología médica.
Vacío sin aire comprimido, sin motor
La tecnología de láminas no requiere componentes pesados, es ligera y compacta. "Con los elastómeros dieléctricos, como se denominan las láminas, podemos adaptar el diseño de las bombas a los requisitos respectivos. También podemos realizar formas que no son técnicamente posibles con los procesos convencionales, como geometrías muy finas y planas comparables a la forma de un smartphone", afirma Paul Motzki. El catedrático de Sistemas de Materiales Inteligentes de la Universidad del Sarre es director gerente del Centro de Mecatrónica y Tecnología de Automatización (Zema). Las películas también bombean en entornos pequeños y delicados. La tecnología no requiere tierras raras ni cobre y no necesita aceite lubricante. Esto las hace aptas para su uso en salas blancas y entornos estériles. "Dependiendo del modo de funcionamiento, las bombas fabricadas con láminas también pueden ser muy eficientes desde el punto de vista energético", afirma Paul Motzki. Además, las bombas de láminas son silenciosas, una ventaja que podría reducir considerablemente el ruido de fondo en las naves de producción.
Más accionamientos de láminas, más potencia
En la feria de Hannover de este año, el equipo de investigadores está utilizando un nuevo prototipo para demostrar cómo puede ampliarse la tecnología. Para ello, los investigadores equiparon un prototipo de bomba de vacío con un accionamiento doble. Mientras que la bomba de vacío que presentaron en la feria el año pasado tenía un accionamiento de película en una cámara de bombeo, la nueva bomba tiene ahora dos accionamientos en dos cámaras de bombeo. "Podemos conectar los dos accionadores en las cámaras de la bomba en paralelo o en serie, aumentando así la presión, el caudal y también el rendimiento", explica Paul Motzki.
Los dos actuadores de láminas pueden funcionar alternativamente como contrapesos: Mientras una lámina está cargada, la otra está descargada. Como resultado, la potencia no disminuye y la bomba aspira rápida y cíclicamente un vacío continuo en una campana de vidrio, con más caudal y presión detrás. Cuando los dos motores de película trabajan juntos, la bomba proporciona más potencia. Mientras que en 2025 una sola bomba podía llegar a 300 milibares de presión absoluta, ahora puede llegar a menos de 200 milibares. "Por supuesto, también podemos conectar más láminas en serie o en paralelo y así adaptar y aumentar el rendimiento, dependiendo de la aplicación", dice Paul Motzki.
Un paso más hacia el uso en la industria
"La nueva versión de la bomba es un paso más hacia la práctica industrial", afirma Paul Motzki. Él y su equipo llevan años trabajando en la tecnología de láminas en numerosos proyectos de investigación. Su funcionalidad se basa en una capa de electrodos conductora de la electricidad y muy elástica, que está impresa en la parte delantera y trasera de la película. Cuando los investigadores aplican aquí una tensión eléctrica, las dos capas impresas se atraen electrostáticamente: La película se comprime aún más y se ensancha al mismo tiempo. "Si cambiamos el campo eléctrico, podemos controlar el elastómero dieléctrico con cualquier frecuencia y oscilación y hacerlo vibrar o realizar movimientos de elevación lentos, rápidos y potentes infinitamente variables", explica Motzki. La lámina también puede mantener cualquier posición deseada. Sólo consume electricidad cuando está en acción. Los investigadores de Saarbrücken utilizan la película como un accionamiento: un motor en miniatura que no necesita sensores adicionales.
"Las propias láminas son su propio sensor", afirma Paul Motzki. Los elastómeros dieléctricos también cumplen esta función. Los valores medidos de la capacitancia eléctrica cambian al menor movimiento. Cada deformación de la película tiene su propia secuencia característica de números. A partir de este valor medido, los ingenieros pueden leer exactamente cómo se desvía mecánicamente la lámina, es decir, cómo se está deformando en ese momento. En una unidad de control, utilizan estos datos de medición para programar secuencias de movimiento precisas mediante métodos de aprendizaje automático. De este modo, las láminas pueden hacer el vacío en bombas de vacío sin motor, dosificar líquidos como válvulas o servir de interruptores progresivos. También pueden controlar su propio funcionamiento: Los datos de medición muestran si un objeto extraño bloquea la bomba o si el vacío no se ha aspirado con seguridad.
En otros proyectos, el equipo de Motzki utiliza las láminas para pinzas robóticas, altavoces, pero también aplicaciones como la retroalimentación háptica en pantallas de smartphones o textiles inteligentes: por ejemplo, en guantes de trabajo inteligentes, que actúan como interfaz para indicar a la tecnología cómo se mueven la mano y los dedos en ese momento.
En la feria de Hannover, el equipo de investigación busca socios con los que seguir desarrollando la tecnología de bombeo para su uso práctico a gran escala.
Los antecedentes
Muchos jóvenes científicos investigan también la tecnología de los elastómeros dieléctricos en el marco de sus tesis de máster y doctorado. Este tema es objeto de numerosas publicaciones en revistas especializadas y ha sido financiado en varios proyectos de investigación, entre otros por la UE, la Fundación Alemana para la Investigación (DFG), el gobierno del estado federado del Sarre en el marco de los proyectos FEDER iSMAT, V-Pro Saar y Multi-Immerse, así como la Asociación de la Industria Metalúrgica y Eléctrica del Sarre (ME Saar).
Para llevar los resultados a la práctica industrial, los investigadores han fundado dentro de la universidad la empresa mateligent GmbH, que también estará representada en el stand del Sarre en la feria de Hannover.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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