Electrónica y Automatización Industrial

Medición y almacenamiento de la energía aprovechable producida por el movimiento de las personas y objetos De un área específica

CONTROL AUTOMÁTICO I

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Balarezo Montes, GiancarloMaguiña Gonzáles, LeonardoQuinto Solano, JhossimarVillavicencio Pezo, Renato

Profesor:Arturo Rojas

Contenido• Introducción

o Motivación

o Aplicaciones

o Objetivoo Marco Teorico

• Desarrolloo Modelo mecánico

o Modelo eléctrico

o Diagrama rectificador

• Resultados

• Conclusiones2

INTRODUCCIÓN

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En los últimos años las personas han buscado nuevas formas de generar energía debido a la crisis energética que el mundo comienza a sentir. Lo que tras varias investigaciones nos lleva al aprovechamiento de energía generada por humanos, que normalmente suele ser desperdiciada.

ENERGÍAS COSECHADORAS

• Eólica (viento)

• Hidráulica (agua)

• Solar ( luz solar)

• Vibratoria (movimiento)

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MATERIALES PIEZOELÉCTRICOS

MaterialesPiezoeléctricosnaturales:Cuarzo

Turmalina

Sal de rochelle.

Materiales Piezoeléctricosfabricados artificialmente:

PZT

ZnO

PVDF

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COSECHAMIENTO EN UN HUMANO

Energía en un paso:Laminas de metal unidas a unpiezoeléctrico PVDF semi flexible bajo el talón. En el movimiento del talón de una persona que camina, conun peso promedio de 68Kg, sepuede producir una potenciade 67 watts.

http://www.media.mit.edu/resenv/power/index.html

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APLICACIONES

Sensores:Ultrasonido

AcelerómetrosMicrófonos

-

Actuadores:BocinasImpresoras deinyección de tinta

Pastillas electrónicas.

-Bats inteligentes.

-Controles de activación enHelicópteros.

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OBJETIVO

•Generar una alternativa viable que pueda ser implementado, ocasionando beneficios y comodidad a los usuarios y su entorno.

• Objetivos particulares:o Estudio y caracterización de generadores piezoeléctricos.o Dar un alternativa que permita hacer frente a la ya sentida crisis energética.

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PIEZOELECTRICIDAD

a) Efecto piezoeléctrico Directo(sensor)

b) Efecto piezoeléctrico Inverso (actuador)

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EFECTO PIEZOELÉCTRICO

Dominio dedipolos

eléctricos1) Cerámico sin

polarizar2) Durante la

polarización3) Después de la

polarización

Unidad de celda del PZT (PbZrTiO3)1) Celda en su estado simétrico por

arriba de la temperatura de Curie2) Celda no centro-simétrica por

debajo de la temperatura de Curie

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DIRECCIÓN DE POLARIZACIÓN

D=dT+ɛET1 = tensión normal en la dirección X,

T2 = tensión normal en la dirección Y,

T3 = tensión normal en la dirección Z.

T= F/A

d = coeficiente piezoeléctrico

D = desplazamiento eléctrico

ε= constante dieléctrica

E = campo eléctrico

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Principio

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Conexión en serie y paralelo PZT

Serie: Capacitancia baja - Corriente baja - Voltaje alto

Paralelo: Capacitancia alta - Corriente alta - Voltaje bajo

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ECUACIONES

d= coeficiente del piezo eléctrico (vibración).g= campo eléctrico producido.k= permisividad eléctrica en el medio.k’= permisividad eléctrica en la relativa.ko= permisividad eléctrica en el báculo.

e= constante piezo eléctrica.E= campo eléctrico.s= stress s.h= constante piezo eléctrica. = stress e.

Constantes piezo eléctricas como derivadas parciales:

FACTOR DE ACOPLAMIENTOELECTRO-MECÁNICO

Este factor corresponde a la fracción de la energía eléctrica total, que es convertida en energía mecánica y vice-versa.

El factor de acoplamiento electro-mecánico es una cantidad siempre menor que uno. En el cuadro abajo podemos observar algunos valores de esta grandeza para diferentes materiales.

PISO GENERADOR DE ENERGÍA

La producción de electricidad alcanza un máximo de 10,000 watts por segundo al día. Un promedio de 800 000 personas pasan por el tapete generador solo en la tercera semana de ser instalado.

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DIAGRAMA DEL SISTEMA

Diseño de sensor de fuerza

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Transformación de energía mecánica a eléctrica

SIMULACIÓN Y ANÁLISIS TRANSITORIO

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CARGA DEL CONDENSADOR

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PRODUCCIÓN Y COSTOS

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ResultadosNúmero de Pasos

por Piezo EléctricoVoltaje

50 1

500 10

1000 20

2000 40

10000 200

Número Piezo Eléctricos por Área específica (m*m)

Número de Piezo Eléctricos

0.2 16

0.3 25

0.5 49

1 225

2 1600

Pruebas de medición y Almacenamiento

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Figura 1 Figura 2 Figura 3

Figura 1: Inicialización de las pruebasFigura 2: Voltaje almacenado en el condensador en 5 min.Figura 3: Voltaje almacenado en el condensador en 5:15 min.

Simulando los pasos a una razón de 80 pasos por minuto

CONCLUSIONES

Con las etapas presentadas podemos lograr el objetivo de generar y almacenar energía producida por el movimiento de las personas.Realizar esta implementación resulta muy económica y fácil de realizar después del análisis realizado.Ya que la energía es generada por piezoeléctricos, ésta puede ser cuantificada según la cantidad de pasos realizados en un tiempo determinado.