Diseño de un generador piezoeléctrico de 5W
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2024-01-16
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gruplac
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Universidad Santo Tomás
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Resumen
En la actualidad a pesar de el avance del campo de energías renovables, se sigue manteniendo una dependencia de
las condiciones climáticas actuales, lo que genera cierta incertidumbre a la hora de asegurar la continuidad en el
suministro de energía, por tanto se han buscado otras fuentes de energía renovables independientes a las condiciones
climáticas, entre estas se encuentra la generación por medio de la piezoelectricidad.
Si bien es un método que tiene mucho potencial, actualmente no se usa debido a su bajo nivel de producción
energética, eso también ocasiona que los métodos de recolección tampoco sean los más eficientes, por lo que en
este documento se estudian 3 tipos de rectificadores, seleccionando el más eficiente, para posteriormente realizar un
circuito para el almacenamiento de esta energía recolectada, en una batería.
Método
Lo primero que se realizó fue la comparación de fuerza aplicada frente a la tensión generada, de tres tipos de
sensores piezoeléctricos diferentes, seleccionando el que presentara una mejor relación. Posteriormente se modeló
circuitalmente el piezoeléctrico seleccionado. Para realizar con base en este un análisis teórico de eficiencia energética
de los tres rectificadores, escogiendo el más eficiente, y así diseñar un sistema para cargar una batería.
Finalmente se realizó un prototipo, utilizando como base mecánica una baldosa diseñada en la universidad, para
validar el montaje, y se realizaron medidas de tensión generado frente a la fuerza aplicada encima de la baldosa.
Resultados
De los piezoeléctricos analizados se eligió el piezoeléctrico más grande debido a que era el que mejor relación de
fuerza frente a tensión generada.
Para el prototipo inicialmente se planeaba conectar todos los piezoeléctricos en serie, para aumentar la tensión
generada, disminuir la capacitancia parásita y así aumentar la eficiencia, pero con las pruebas realizadas se determinó
que era mejor implementar un rectificador para cada piezoeléctrico debido a su distribución en la baldosa.
Dentro del estudio realizado de eficiencia, se encontró que el rectificador de puente completo, fue el más eficiente a
la hora de recolectar energía generada por el piezoeléctrico, además de ser el más sencillo de implementar.
Se observó que a la salida del rectificador se logra entregar a la batería una corriente media de 20mA con varias
fluctuaciones.
Conclusiones
Si bien el generador diseñado no puede generar con una pizada 5W, con el flujo constante de peatones puede llegar
a generar dicha cantidad de energía, siendo necesario para esto 725 pasos, o lo equivalente a 725 peatones que
caminen sobre la baldosa.
Abstract
Currently, despite the advancement in the field of renewable energies, a dependency on current weather conditions
still exists, leading to some uncertainty when ensuring the continuity of energy supply. Therefore, other sources of
renewable energy independent of weather conditions have been sought, and among these the generation through
piezoelectricity have been of great interest. While it is a method that has great potential, it is not being used because
of the low amount of energy production, resulting at the same a low efficiency of harvesting with the conventional
methods. Therefore in this study it is considered three different types of rectifiers, choosing the most efficient to
recollect and store the energy generated by the piezoelectric in a battery.
Method
The first step on this project was the selection of the piezoelectric. For this purpose there was a force Vs voltage test,
where the piezoelectric, which had a better voltage generated vs force applied ratio, was selected and modeled. Then
a theoretical efficiency analysis was done for the three rectifiers, where the most efficient was selected. Afterwards
a battery charger system was designed and simulated.
Finally a prototype was made, using as a mechanical base the tile designed by the university. After the prototype
was tested, measures of voltage generated vs force were done.
Results
Of the piezoelectrics analyzed, the biggest piezoelectric was chosen because it had the best ratio of power to voltage
generated.
Initially, it was planned to connect all the piezoelectics in series, to increase the voltage, decrease the parasitic
capacitance thus increasing the efficiency, but with the tests performed it was determined that it was better to
implement a rectifier for each piezoelectric due to its distribution in the tile.
Within the efficiency study performed, it was found that the full bridge rectifier was the most efficient and simplest,
when collecting energy generated by the piezoelectric tile.
It was observed that at the output of the rectifier, an average current of 20mA is delivered to the battery with
several fluctuations.
Conclusions
Although the designed generator cannot generate 5W with a single footfall, with the constant flow of pedestrians it
can generate that amount of energy, which requires 725 steps, or the equivalent of 725 pedestrians walking on the
tile.
Idioma
spa
Palabras clave
Citación
Cabuya Preciado, A. (2023). Diseño de un generador piezoeléctrico de 5W. [Trabajo de Grado, Universidad Santo Tomás]. Repositorio Institucional.
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