GENERADOR PIEZOELECTRICO

 

La piezoelectricidad es un fenómeno que ocurre en determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, en su masa adquiere una polarización eléctrica y aparece una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie.

Este fenómeno también ocurre a la inversa: se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma.

Existen dos grupos de materiales:

·        Los de naturaleza piezoeléctrica primigenia: cuarzo, turmalina, etcétera.

·        Los denominados ferroeléctricos: tantalato de litio, nitrato de litio, berlinita, en forma de materiales monocristalinos y cerámicas o polímeros polares, que tras ser sometidos a polarización adquieren propiedades piezoeléctricas, ya como microcristales orientados.

Usos

Uno de los usos más extendidos de este tipo de cristales sucede en los encendedores eléctricos. En su interior llevan un cristal piezoeléctrico al cual golpea bruscamente el mecanismo de encendido. Este golpe seco provoca una elevada concentración de carga eléctrica, capaz de crear un arco voltaico o chispa, que enciende el mechero.

Otra aplicación importante de un cristal piezoeléctrico es su utilización como sensor de vibración. Cada una de las variaciones de presión producidas por la vibración provoca un pulso de corriente proporcional a la fuerza ejercida.

Fácilmente se ha convertido una vibración mecánica en una señal eléctrica lista para amplificar. Basta conectar un cable eléctrico a cada una de las caras del cristal y enviar esta señal hacia un amplificador. Por ejemplo, en pastillas piezoeléctricas de guitarra.

 

Una aplicación adicional muy importante de la piezoelectricidad, pero en este caso al revés, sucede en los inyectores de combustible de los motores de combustión interna. Al aplicarse una diferencia de potencial a un material piezoeléctrico se consigue abrir el inyector, lo cual permite al combustible, a muy alta presión, entrar en el cilindro. El uso de inyectores piezoeléctricos posibilita controlar, con enorme precisión, los tiempos de inyección y la cantidad de combustible que se introduce en el motor. Ello redunda en mejoras en consumo, prestaciones y rendimiento de distintos motores.

Cuando se utilizan láminas de cristal estrechas y de gran superficie, el alto voltaje obtenido –necesario para que salte la chispa– es mayor. Las láminas estrechas se cortan de manera que el eje polar cruce perpendicularmente dichas caras.

La corriente generada es proporcional al área de la placa y a la rapidez de la variación de la presión aplicada ortogonalmente a la superficie de la placa.

Otra aplicación importante de la piezoelectricidad resulta por cumplirse la propiedad inversa:

·         Si la placa de material piezoeléctrico se somete a una tensión variable, se comprime y se relaja, oscilando a los impulsos de una señal eléctrica.

·         Cuando esta placa está en contacto con un fluido le transmite sus vibraciones y produce ultrasonidos.

La primera aplicación práctica de la piezoelectricidad, que surge de la cualidad de transformar una señal mecánica (presión) en una señal eléctrica (corriente eléctrica), es la del sónar.

Al final de la Primera guerra mundial se descubrió que las ondas sonoras producidas por los submarinos podían ser detectadas por un trozo de cuarzo sumergido en el agua, en el que se medían las corrientes generadas y posibilitaba la detección de la dirección proveniente del sonido.

El sónar consta de una sonda (piezoeléctrico) que es un transductor; es decir: funciona según la sucesión de eventos siguiente:

·         Emite vibraciones que producen ondas ultrasónicas en el agua en la dirección del eje polar; es decir: recibe su eco.

·         El emisor se mueve para que la onda emitida «barra» el espacio hasta localizar la dirección en que se encuentra el obstáculo.

·         El eco recibido golpea el cristal piezoeléctrico y produce una corriente eléctrica.

·         Finalmente, el dato de la distancia a la cual se encuentra el obstáculo que reemite un eco se obtiene aplicando los cálculos derivados de la teoría del efecto Doppler.