Microattuatori elettrostatici e piezoelettrici per la realizzazione di micropompe

Il presente lavoro riguarda lo studio meccanico-strutturale di piastre sottili inserite all’interno di micropompe realizzate allo scopo di spostare piccole quantità di fluido. Sono state considerate nel lavoro due diverse tecniche attuative, elettrostatica e piezoelettrica per la movimentazione delle piastre. Lo scopo principale del lavoro è valutare l’efficienza dell’una e dell’altra soluzione confrontando la potenza necessaria per pompare un certo volume di fluido (stroke volume). Nella prima parte dell’elaborato si presentano le numerose tecniche di attuazione per i microsistemi ponendo l’attenzione sulle caratteristiche peculiari delle tecniche attuative elettrostatica e piezoelettrica. In seguito si studia da un punto di vista meccanico l’attuazione della membrana, realizzando analisi meccaniche quasi-statiche al variare dei parametri tipici delle due configurazioni di progetto considerate: spessore della membrana, distanza tra elettrodi e spessore dello strato piezoelettrico. Per questo si è programmato un codice scritto in linguaggio Matlab in cui si implementa la risoluzione dei problemi semi-accoppiati elettro-meccanico e piezo-mecccanico. Il confronto tra le due tecniche porta a concludere che per pompare i medesimi volumi di fluidi la micropompa elettrostatica deve lavorare a frequenze maggiori di quella piezoelettrica. In letteratura è riportato che il legame tra portata e frequenza è lineare solamente a basse frequenze. Per questa ragione si è deciso di indagare il comportamento dinamico della piastra implementando nel codice il metodo alfa ideato da Hughes per la risoluzione di problemi non lineari. Nell’ultima parte del lavoro si introduce un primo semplificato accoppiamento tra il problema meccanico e quello fluido. Si implementa nel codice la risoluzione bidimensionale del problema fluido mediante un modello individuato in letteratura e si presentano i risultati delle analisi quasi-statiche accoppiate. Da ultimo si introduce il problema completo dinamico elettro-fluido-meccanico mettendo in luce le problematiche legate alla modellazione completa del sistema micropompa.