Soluciones de accionamiento sostenibles

Una nueva tecnología permite controlar válvulas y dispositivos de cierre sin necesidad de sensores adicionales. Un pistón metálico, un chip diminuto y pequeños impulsos de corriente: eso es todo lo que necesitan los especialistas en sistemas de accionamiento dirigidos por el profesor Matthias Nienhaus, de la Universidad del Sarre, para su tecnología sostenible y rentable.

El pistón, de ajuste continuo, puede avanzar y retroceder lenta o rápidamente según las necesidades, mantener cualquier posición y volver suavemente a su posición de parada si se desea. La tecnología de accionamiento patentada requiere muy poca energía y puede integrarse en sistemas mediante un chip especialmente desarrollado. El equipo presenta su innovadora tecnología en la feria de Hannover del 17 al 21 de abril.

Cierran, abren, dosifican y mezclan: las electroválvulas se utilizan en millones de aplicaciones, desde sistemas de cierre automático de puertas hasta lavavajillas, sistemas de calefacción y aire comprimido o en la industria alimentaria. Aunque son rápidas y fiables, también suelen ser bastante inflexibles. Los solenoides estándar pueden “abrirse“y”cerrarse”, a menudo de forma brusca. Sin embargo, si tienen que abrirse lenta o especialmente rápido, mantener una posición determinada o aterrizar suave y silenciosamente en la posición de parada, las cosas tienden a ponerse caras. Entonces hay que integrar sensores adicionales en el sistema, lo que requiere la instalación de componentes técnicos y cables, y complica invariablemente las cosas. Durante el funcionamiento, estos diseños más complejos consumen más energía. Si un dispositivo de cierre tiene que mantener una posición de “abierto“o”cerrado”, como ocurre con algunas puertas cortafuegos, el consumo de energía es continuo, lo que puede resultar muy caro.

Un microchip contiene la tecnología necesaria para controlar libremente válvulas y dispositivos de cierre sin sensores adicionales.

Las soluciones sostenibles desarrolladas por el grupo de investigación del profesor Matthias Nienhaus en la Universidad de Saarland no requieren sensores adicionales. Especialmente cuando se trata de sistemas que necesitan energía continuamente para mantener una posición como “abierto“o”cerrado”, la nueva tecnología puede minimizar la energía necesaria. Todo lo que se necesita es una clavija metálica conductora magnética en una bobina de alambre de cobre enrollado y un pequeño microchip dentro de la electrónica de accionamiento. No necesitamos nada más. Sólo utilizamos los componentes originales de un simple solenoide", explica Matthias Nienhaus. Esto significa que su tecnología puede utilizarse incluso en entornos difíciles. Aquí es donde los sistemas basados en sensores suelen llegar a sus límites, por ejemplo, cuando hay aceite o líquidos de frenos implicados", explica Nienhaus, especialista en accionamientos.

Con sólo evaluar la corriente que circula por la bobina para mover el pistón de la válvula, los investigadores de Saarbrücken pueden detectar la posición del pistón y controlarlo con rapidez y precisión. La corriente eléctrica proporciona a los ingenieros toda la información que necesitan. “Controlamos la inductancia. Analizamos el flujo de la corriente en el bobinado a lo largo del tiempo. Esto significa que medimos la tensión y la corriente, observamos las fluctuaciones durante un cierto periodo de tiempo, las analizamos y las utilizamos para observar el estado magnético”, explica el doctorando Niklas König, que investiga este proceso como parte de su tesis doctoral con Matthias Nienhaus.

El doctorando Niklas König (foto) investiga este proceso en el marco de su tesis doctoral con Matthias Nienhaus.

El estado magnético y, por tanto, las fluctuaciones de corriente cambian en función de dónde se encuentre el pistón en cada momento. Esto nos permite saber con precisión dónde se encuentra el pistón. Con esta información, podemos controlar la posición del pasador de forma eficaz y precisa", explica Niklas König. Esto significa que los ingenieros pueden mover el pistón despacio o muy deprisa según sea necesario, o pueden moverlo deprisa, pero asegurándose de que se mueve suavemente justo antes de llegar a la posición de parada designada. Para lograrlo, los investigadores han modelado secuencias de movimiento y pueden utilizar algoritmos inteligentes para programar individualmente las distintas posiciones del pistón. El sistema también puede utilizarse para controlar si se mantiene una posición concreta del bulón, por ejemplo, si la válvula está realmente cerrada, lo que permite realizar un control de seguridad integrado. Todas estas capacidades innovadoras amplían los posibles campos de aplicación de la tecnología.

Esta elegante solución también es rentable. “Nuestra tecnología viene como un paquete completo que incluye la microelectrónica asociada", explica Matthias Nienhaus. El chip que han desarrollado contiene toda la tecnología patentada y gestiona las piezas clave del sistema de control. Es relativamente fácil de instalar y consume muy poca energía. De hecho, puede incluso ahorrar electricidad. Con un sistema no regulado, mantener una posición específica requiere un suministro continuo de energía y puede agotar rápidamente las baterías. Con nuestro invento, en cambio, basta con evaluar pequeños impulsos de corriente para garantizar la posición correcta y sólo se necesita un mínimo de energía para mantenerla", explica.

El invento se basa en una tecnología sofisticada. Las señales que los investigadores reciben de la bobina no son muy informativas en sí mismas; al contrario, las señales son muy ruidosas. Suavizamos estas señales con un método patentado especialmente desarrollado", explica Nienhaus. Los ingenieros filtran las señales de medición relevantes. Es como calcular continuamente la velocidad media al conducir un coche: a veces se conduce rápido y a veces despacio", explica Nienhaus. Los resultados permiten a los investigadores determinar con precisión dónde se encuentra la clavija en el bobinado. El resultado es una señal de medición casi silenciosa. Podemos utilizarla para posicionar la clavija con precisión, aunque esté ligeramente fuera de la bobina", explica.