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Una microválvula es una válvula a microescala , es decir, un componente microfluídico de dos puertos que regula el flujo entre dos puertos fluídicos. Las microválvulas son componentes básicos en dispositivos microfluídicos, como Labs-on-a-chip , donde se utilizan para controlar el transporte fluídico. Durante el período 1995-2005, se desarrollaron una gran cantidad de microválvulas basadas en sistemas microelectromecánicos .

Las microválvulas que se encuentran en la actualidad se pueden clasificar aproximadamente como microválvulas activas y microválvulas pasivas . Según el medio que controlan, las microválvulas se pueden dividir en microválvulas de gas y microválvulas de líquido. Según su modo inicial, las microválvulas se pueden dividir en microválvulas normalmente abiertas, normalmente cerradas y biestables. [1]

Tipos de microválvulas

Microválvulas activas

Esquema transversal de una microválvula activa.

Las microválvulas mecánicas activas consisten en una estructura de membrana o saliente mecánicamente movible, acoplada a un método de actuación, que puede cerrarse por un orificio, bloqueando así la ruta de flujo entre los puertos de entrada y salida. El actuador puede ser un microaccionador integrado magnético, electrostático, [2] [3] piezoeléctrico [4] o térmico , [5] un cambio de fase "inteligente", por ejemplo , aleación con memoria de forma , [6] o material reológico , o un Mecanismo de actuación aplicado externamente, como un campo magnético externo o una fuente neumática.

Microválvulas pasivas

Sección transversal esquemática de una microválvula pasiva

Las microválvulas pasivas son válvulas cuyo estado operativo, es decir, abrir o cerrar, está determinado por el fluido que controlan. Las microválvulas pasivas más comunes son las válvulas de charnela, las microválvulas de membrana y las microválvulas de bola.

Aplicaciones de microválvulas

Microválvulas de gas

Controlar un flujo de gas con microválvulas MEMS tiene los siguientes beneficios generales: la integración del mecanismo de actuación con los otros componentes de la microválvula permite la miniaturización de los componentes; y la pequeña escala del componente da como resultado un tiempo de respuesta rápido y un bajo consumo de energía. Sin embargo, a pesar del potencial de fabricación rentable por lotes que ofrecen las tecnologías de sistemas microelectromecánicos (MEMS), hasta ahora las microválvulas de gas no han logrado alcanzar la relación crítica costo-rendimiento necesaria para una amplia adopción de esta tecnología. [7]

Válvulas de retención

La mayoría de las válvulas de retención están incorporadas en las entradas y salidas de las microbombas de desplazamiento recíproco , donde proporcionan la rectificación de líquido necesaria para que la válvula tenga un flujo de bomba neto en una dirección.

Referencias

  1. ^ Oh y Ahn (2006). "Una revisión de microválvulas". Revista de Micromecánica y Microingeniería . 16 (5): R13 – R39. doi : 10.1088 / 0960-1317 / 16/5 / R01 .
  2. ^ Messner; et al. (2006). "Microválvula de silicio de tres vías para aplicaciones neumáticas con principio de actuación electrostática". Nanofluido microfluido . 2 (2): 89–96. doi : 10.1007 / s10404-005-0048-5 . S2CID 52950585 . 
  3. ^ Wouter van der Wijngaart y Håkan Ask y Peter Enoksson y Göran Stemme (2002). "Un actuador electrostático de alta presión y carrera alta para aplicaciones de válvulas". Sensores y actuadores A: Físicos . 100 (2–3): 264–271. doi : 10.1016 / S0924-4247 (02) 00070-5 .
  4. ^ Peige Shao; et al. (2004). "Micro válvula piezoeléctrica de polímero con un pequeño volumen muerto". J. Micromech. Microeng . 14 (2): 305-309. Código Bibliográfico : 2004JMiMi..14..305S . doi : 10.1088 / 0960-1317 / 14/2/020 .
  5. ^ Jerman, H. (1994). "Válvulas de diafragma normalmente cerradas activadas eléctricamente" . J. Micromech. Microeng . 4 (4): 210–216. Código Bibliográfico : 1994JMiMi ... 4..210J . doi : 10.1088 / 0960-1317 / 4/4/006 .
  6. ^ Henrik Gradin, Stefan Braun, Göran Stemme y Wouter van der Wijngaart (2012). "Microválvulas SMA para control de flujo de gas muy grande fabricadas mediante unión eutéctica a nivel de oblea" . IEEE Trans. Ind. Electron . 59 (12): 4895–4906. doi : 10.1109 / TIE.2011.2173892 . S2CID 40883840 . CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  7. ^ Sjoerd Haasl; et al. (2006). "Microválvulas de guillotina fuera del plano para controlar grandes flujos de gas" . J. Microelectromech. Syst . 15 (5): 1281-1288. doi : 10.1109 / JMEMS.2006.880279 . S2CID 39239850 .