Verificacion experimental de una valvula reguladora de caudal en silicio utilizando tecnologia MEMS.

Abstract

Actualmente para tratamientos sanitarios dónde se requiere el suministro de medicación intravenosa, se utilizan sistemas de dosificación que basan su funcionamiento en la aplicación de presión al fluido por medio de una membrana de látex (aplicaciones in situ) o por gravedad (aplicaciones fijas). En ambas situaciones, dada una fuente de presión, el caudal es regulado mediante una resistencia fluídica. En base a este sistema de funcionamiento, para cada caudal se requiere una resistencia fluídica específica. En respuesta a la necesidad de obtener un sistema que permita controlar un rango concreto de caudales mediante una resistencia fluídica variable, en este proyecto se presenta un sistema innovador que regula el caudal de forma “mecánica” y que es accionado magnéticamente. La estructura del regulador está formada por varias resistencias fluídicas dónde cada una en su extremo tiene una micro válvula magnética, que presenta un comportamiento on/off. De acuerdo al grado de interacción magnética a la que se encuentra sometida la micro válvula, es decir, respecto a la posición del imán, esta se abre o se cierra, activando o no, la resistencia fluídica. De esta manera; variando la excitación magnética de las micro válvula se obtiene una combinación concreta de resistencias fluídicas en paralelo que permiten regular el caudal de manera precisa. El trabajo se concentra en la caracterización de una micro válvula aislada. Una vez conocido el comportamiento estructural, magnético y fluídico de una sola micro válvula se realiza el primer paso hacia la obtención del regulador de flujo variable. Regulador que ha encargado la empresa Leventon S.A. al Centro Nacional de Microelectrónica de Barcelona. A continuación se presenta esquemáticamente, figura [a], el concepto del regulador de caudal, de acción magnética Una micro válvula consta de una capa de silicio y una segunda capa de un material ferromagnético blando, aleación de Co-Ni. La micro válvula tipo cantilever actúa como una viga en voladizo que en función del sentido de la interacción magnética, disposición del imán; esta interacción magnética entre el material ferromagnético y el imán define su comportamiento, obstruyendo o permitiendo el flujo de caudal a través de un orificio dispuesto en la tapa inferior. De esta manera se consigue un comportamiento abierto-cerrado o on/off. Además, el diseño estructural permite un funcionamiento tipo check-vale, lo que impide que el fluido suministrado cambie de sentido, lo que puede provocar daños en el paciente. El control de la micro válvula es fruto de un campo magnético externo, provocado por un imán permanente, de forma que se evita que aparezcan posibles contaminaciones, dado que el fluido a dosificar, no entra en contacto con el sistema de control. De esta forma se realiza un control sencillo, robusto, que no implica complejidad de uso por parte del personal sanitario. La micro válvula consta de dos partes claramente diferenciadas: la tapa superior y la tapa inferior. Las cuales posteriormente se unen para formar la micro válvula. Las dos tapas se construyen a partir de una oblea de silicio mecanizada mediante una combinación de ataques químicos y ataque por plasma (RIE). Posteriormente, en la tapa superior, sobre la capa de silicio se adhiere por electro deposición la capa de material ferromagnético de Co-Ni. Con el fin de caracterizar el comportamiento de la micro válvula se abordó este proyecto por tres vías complementarias; la primera, la caracterización del prototipo de acuerdo a las áreas de estudio que abarca, fluídico, magnético y estructural; la segunda, realizando diversos ensayos experimentales de acuerdo a su funcionamiento, y la tercera, diseño de una simulación magnéticoestructural del prototipo utilizando el método de elementos finitos con el software ANSYS versión 10.0 y 9.0.