Javier Ibanez

Download Javier Ibanez

Post on 24-Dec-2015

57 views

Category:

Documents

7 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

tesis

TRANSCRIPT

<ul><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>AlumnoJavier Ibez Garca</p><p>Presentacin del PFCJunio 2012</p><p>E-STEP: Diseo de un prototipo para generacin energtica mediante tecnologa piezoelctrica. Aplicacin a escaleras.</p><p>PROYECTO FINAL DE CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>INTRODUCCIN PROYECTO DESENLACE</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>De dnde nace una idea as? Que la inspiracin te coja trabajando o no.</p><p>Estaba corriendo en la cinta del gimnasio porque</p><p> IDEA! Pavimento que al correr captara la energa cintica del movimiento </p><p>humano para convertirla en electricidad reutilizable a posteriori.</p><p>TODO OCURRE POR ALGUNA RAZN...</p><p>1. Batera</p><p>2.Luz</p><p>3.Mquinas</p><p>4. Seales</p><p>5. Sonido</p><p>6. Displays</p><p>7. Puertas</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO CIENCIA: EL PODER DE LA INNOVACIN</p><p>La Humanidad ha cambiado mucho en los ltimos 100 aos y lo seguir haciendo </p><p>cada vez ms rpido Cul ser la prxima revolucin? Empieza por Ener</p><p>La Ciencia tiene el poder para cambiar la Sociedad del Futuro.</p><p>Poltica: Obama y el uso del microtargeting va Google Hangout.</p><p>Economa: Acciones de Apple de 10$ (2003) a 700$ (2012) y a 400$ (2013).</p><p>Impacto Low Technologies.</p><p>Social: Las Redes Sociales sustituirn a la familia? </p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO EL FUTURO EST EN NUESTRAS MANOS...</p><p>Prototipos: de la Idea a la Realidad.</p><p>La Fruta Madura de Richard Muller, asesor </p><p>energtico de Obama (Fsica para presidentes). </p><p>Qu os parecera si? </p><p>Tecnologa Hptica: Limpia, Sostenible y til. </p><p>Touch is Everywhere</p><p>Sector R est de moda QUE SIGA!</p><p>Rentabilidad econmica: Energa porttil Low-Cost.</p><p>Eficiencia energtica: ratio /W ( &amp; W)</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>INTRODUCCIN PROYECTO DESENLACE</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o Realizacin del prototipo E-STEP:Estudio de los antecedentes y nuevas caractersticas a ofrecer por el producto (precio low-cost vs energa producida).</p><p>Seleccin y colocacin del material piezoelctrico a utilizar.</p><p>Clculo y diseo mecnico: distribucin de esfuerzos en la estructura, enfocado a la optimizacin energtica.</p><p>Clculo y diseo electrnico/elctrico: optimizacin de la transferencia de energa mecnica (entrada) a elctrica (salida).</p><p>Ensayos de caracterizacin del aparato: fatiga y carga mxima de rotura.</p><p>ALCANCE: LMITES DEL PROYECTO</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o ConceptoRecolectar (micro)energa existente en la Naturaleza</p><p> Accin de caminar: actividad saludable y energtica. Por qu no utilizar el trabajo realizado para generar electricidad?</p><p>ENERGY HARVESTING: BALDOSA E-STEP</p><p>Baldosa encargada de captar y almacenar la energa residual de las pisadashumanas para producir electricidad de un nivel bajo de potencia.til para cubrir necesidades de presentes en la sociedad:</p><p> Carga de mviles (almacenamiento de energa). Envo de seales inalmbricas (campo de la seguridad). Sealizacin mediante iluminacin con aparatos de bajo consumo (LED).</p><p>E-STEP ELECTRICIDAD</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o Generacin de energa: conversin de energa en electricidad a partir de las diferentes fuentes de energa de la Naturaleza. </p><p>TIPOLOGA DE ENERGY HARVESTERS </p><p>Generadores Trmicos:</p><p>Calor (Diferencia Temperatura) Electricidad</p><p>Generadores Fotovoltaicos:</p><p>Radiacin Solar Electricidad</p><p>Generadores Piezoelctricos:</p><p>Energa Mecnica (Vibracin) Electricidad</p><p>Generadores Electromagnticos:</p><p>Induccin Magntica Electricidad</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o Energa Piezoelctrica y Potencial Energtico</p><p>ENERGY HARVESTING: ESTADO DEL ARTE</p><p>3 mJ = 3mWs (~3 pisadas/s)= 10mW</p><p>4,63 W/cm2E-STEP</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o Cmo capturan la energa mecnica y lo convierten en energa elctrica?</p><p>Poner en contacto una cermica piezoelctrica con un material metlico.VENTAJAS: </p><p> Gran Simplicidad. Pequeez (caber en sistemas micro electromecnicos MEMS). Larga Vida til. Reducir el peso de la batera. Satisfacer determinadas aplicaciones (mviles, porttiles, tablets,)</p><p>INCONVENIENTES: Poco explotados: poca electricidad generada a la salida. Agrupacin que optimice la produccin de energa elctrica no trivial.</p><p>ENERGY HARVESTER PIEZOELCTRICO </p><p>o Materiales piezoelctricos existentes en el mercado: Naturales: Cuarzo, Turmalina, Sal de Rochelle,...Artificiales: PZT, ZnO, PVDF (Polyvinylidene Fluoride),...</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o Efecto piezoelctrico: Fenmeno descubierto por Jacques y Pierre Curie en 1880. Piezo (griego): Presin</p><p>Efecto reversible: aplicar ddp entre sus electrodos DEFORMACIN</p><p>GEN. PIEZOELCTRICOS: PIEZOELECTRICIDAD</p><p>Aplicar Presin</p><p>Desplazamiento cdgconfiguracin cristalina</p><p>Voltaje (muy alto)</p><p>Polarizacin elctrica</p><p>[ ] [ ][ ] [ ][ ][ ] [ ][ ]</p><p>1,2,3</p><p>1...6i im m in n</p><p>i ij j ik k</p><p>D E d T dondei k m</p><p>S s T d E j n</p><p>= + = = =</p><p> = + = = </p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o E-STEP (Generador piezoelctrico): Capturar la energa mecnica del trnsito a pie y convertirla en energa elctrica.</p><p>FUNCIONAMIENTO DE UN PIEZO CONCRETO: WAFER</p><p>Campo Acstico: Speaker de AltavozEsquema Electrodos Piezoelctrico</p><p>Wafers Piezoelctricos</p><p>Estructura simple (1 piezo) y simtrica (2 piezos)Deformada Wafer: CORRIENTE ALTERNA!</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o Exoesqueleto en forma de estructura mecnica que "maximiza la generacin de energa elctrica a travs de sensores piezoelctricos de mercado tipo wafer</p><p>PATENTE REALIZADA CON XITO!</p><p>INNOVACIN DEL PFC: COMPORTAMIENTO A FLEXIN</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o Una persona de 68 kg con un porcentaje de grasa corporal del 15% equivale a una energa qumica acumulada de 384 MJ (Starner &amp; Paradiso, Low-power electronics design, New York, 2004).</p><p>ESTUDIO DE LA PISADA HUMANA</p><p>Principal actividad de consumo de energa en forma de energa mecnica: CAMINAR. Hasta 67 W pueden llegar a generarse (persona de 68 kg con una frecuencia de 2 pasos/seg).Bajo nivel energtico: escala del mWLa solucin de pequeos problemas, acaba resolviendo un gran problema</p><p>o Se realizan estudios estticos, cinemticos y dinmicos sobre el prototipo:Aprovechar al mximo la fuerza de cada paso (masa, aceleracin): ERGONOMA.Fuerzas de ACCIN de la pisada y de REACCIN del suelo.Estructura simtrica (deformacin dual de los piezoelctricos) </p><p>Masa corporal: Energa Elctrica por pisada.Frecuencia de paso: Energa Elctrica por pisada.</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO DISEO DEL GENERADOR: FORMA</p><p>o Fuente energtica: Pisada humana.o Superficie pisable: Baldosa rectangular rgida.o Dimensiones: 33x18cm (Largo x Ancho)</p><p>Largo pie estndar humano (talla 43) No desperdiciar energa!Largo huella de escaln estndar (34 cm - Escaleras ETSEIAT)</p><p>o El diseo del generador contendr 3 niveles:Nivel Superficial: pavimento intercambiable que recibe la pisada.Nivel de Generacin: piezoelctricos apoyados en los extremos de la estructura mecnica que permite la flexin de manera simtrica.Nivel Inferior: componentes electrnicos para la conversin de energa (condensadores, rectificadores, cableado, etc.)</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o Generacin de electricidad en la baldosa piezoelctrica se produce en 3 fases:</p><p>o En cada una de las fases: prdidas por transmisin de energa (mecnica, mecnica-elctrica y elctrica). Rendimiento de la transformacin no es del 100% (ideal).</p><p>o Conexionado elctrico entre los piezoelctricos agrupados en filas:</p><p>Serie: C I Voltaje Paralelo: C I Voltaje </p><p>DISEO DEL GENERADOR: FUNCIN</p><p>1 Fase: Captacin Energa Mecnica de la pisada: Fuerza sobre el generador.</p><p>2 Fase: La compresin (FLEXIN) origina un Voltaje (AC) por efecto piezoelctrico. </p><p>3 Fase: La ddp permite disponer de Energa Elctrica en la salida. </p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o Diagrama de Bloques y Componentes Elctricos</p><p>DISEO DEL GENERADOR: ELECTRNICA ASOCIADA</p><p>o Grficas obtenidas en las diferentes partes del circuito electrnico:Voltaje en la salida del piezoelctrico (1) y tras su rectificacin (2).Posterior al almacenamiento en el condensador (3) y su aplicacin a una cargasituada en la salida del circuito electrnico (4).</p><p>Piezoelctrico: wafer de PZT (PSI-5A4E)Rectificacin mediante Puente de Diodos (Graetz): voltaje de AC a DC.Almacenamiento del voltaje generado en un condensador.Carga que el usuario elija (LED, batera, envo de seal, etc.)</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o Baldosa: Configuracin Final</p><p>DISEO DEL GENERADOR : SEGUNDO PROTOTIPO</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO ESTUDIO DEL PRODUCTO: SISTEMA CONSTRUCTIVO</p><p>o Proceso de Ensamblaje</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO ESTUDIO DEL PRODUCTO: SISTEMA CONSTRUCTIVO</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO POR QU ES INNOVADOR EL E-STEP?</p><p> Estructura mecnica maximiza la obtencin de energa elctrica de cualquier tipo </p><p>de piezoelctrico (flexible o no).</p><p> Tecnologa Hptica: sentido del tacto desde punto de vista energtico.</p><p> Modulable, apilable y ergonmico: pensado para ser tocado, golpeado o pisado.</p><p> Low-Cost Tech: Tecnologa al alcance de todos los bolsillos (0,11 /ud)</p><p> 0,11 /ud x 100 ud = 11,00 , capaces de generar 1 Ws (frec = 1 paso/s)</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o E-LED: Prototipo realizado y probado, resultados ptimos</p><p>Utilidades: </p><p> Iluminacin de emergencia tipo LED en caso de evacuacin</p><p> Iluminacin artstica (pavimento vivo)</p><p> Ahorro energtico (utilizacin racional de la energa).</p><p>VER VIDEO</p><p>TECNOLOGA PIEZOELCTRICA: E-APLICACIONES</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o E-ALARM: Seguridad anti-intrusin (deteccin de presencia)</p><p>o E-LOAD: Carga de mviles y porttiles </p><p>o E-RING: Comunicacin seales va wireless (aviso mediante vibracin).</p><p>TECNOLOGA PIEZOELCTRICA: E-APLICACIONES</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o E-CINEMA: Balizamiento y Sealizacin autnoma (asientos cine).</p><p>o E-WEBCAM: Cmara en zonas de conflicto armado (vigilancia sensorial).</p><p>o E-BALL: Deteccin de gol fantasma en un partido de ftbol.</p><p>VER VIDEO</p><p>TECNOLOGA PIEZOELCTRICA: E-APLICACIONES</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>o E-GAMMA: Dosmetros de radiactividad tras la catstrofe de Fukushima</p><p>o E-BLIND: Semforos para ciegos que no emiten seal acstica (vibracin)</p><p>TECNOLOGA PIEZOELCTRICA: E-APLICACIONES</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p> E-STEP en escaleras Por qu es una buena solucin?</p><p>APLICACIN DEL E-STEP EN ESCALERAS</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>INTRODUCCIN PROYECTO DESENLACE</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO FUTURO Y ENERGA: CAMBIO DE LA MENTALIDAD</p><p>Los imperios del futuro sern imperios de la mente, Winston Churchill</p><p> Uso de la energa: Pasado: espectadores pasivos de los fenmenos naturales incomprensibles. Presente: coregrafos de la danza de la Naturaleza (M-energas). Futuro: amos de la energa y directores del espectculo (-energas).</p><p> Sistema PUSH vs PULL: Aplicacin en las Smart Cities PUSH: Energas renovables actuales (Elica, Solar FV, Mareomotriz,) PULL: Energas renovables 2.0 (Energy Harvesting, Piezoelectricidad,)</p><p> Knowledge is power: seguir apostando por I+D+i. Entorno vivo: invisibilidad de la Tecnologa. Chip cumpleaos feliz vs Ordenador NASA. Michiu Kaku, La Fsica del Futuro.</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO FUTURO + OPTIMISMO = ENERGA SOSTENIBLE</p><p> Comprender las Leyes fundamentales de la Naturaleza: inventos, mquinas ysoluciones redefinirn nuestra civilizacin.</p><p> Nunca hay que subestimar el poder y la velocidad a la que avanza la Ciencia. Quin va a querer or hablar a un actor?, Harry M. Warner (Warner Brothers, 1927). El mercado mundial da como mucho para 5 computadoras, Thomas Watson (IBM, 1943). Todo lo que se puede inventar ya est inventado, Charles H. Duell (Ofi. Patentes USA, 1899)</p><p>El futuro ya est aqu, lo que pasa es que est distribuido de manera desigual,William Gibson, Neuromante (padre de la palabra ciberespacio).</p><p> La investigacin necesita ms cabezas que medios,Severo Ochoa (Premio Nobel Medicina, 1959)</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO E-STEP: CON LOS PIES EN LA TIERRA...</p><p>o Energy Harvesting energa suficiente para satisfacer ciertas necesidades.</p><p>o E-STEP: mejora los resultados de los antecedentes (Metro Japn).</p><p>o Aplicacin energtica: Sensores inalmbricos inteligentes (Smart solutions) .</p><p>o Viable en situaciones de gran concentracin de personas. </p><p>o Eficiencia Energtica: Iluminacin de emergencia y sealizacin (LEDS).</p><p>o Energa Autnoma, Renovable y Low Cost: Industrializacin: Energa &amp; Costes.</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>Tu energa es importante!</p><p>UPC, gente con energa!</p><p>UPC, porque nos gusta movernos!</p><p>Estudiar es energa!</p><p>La energa es cosa tuya, de todos, sala bien</p><p>Anda haznos un Donativo Energtico</p><p>Mira lo que generas y observa lo que consumes</p><p>UPC &amp; E-STEP: we make clean energy</p><p>Apntate a la piezoelectricidad</p><p>Nunca ir a clase habr servido para tanto</p><p>LO PROBAMOS?</p><p>PIEZOELECTRZATE!VER VIDEO VER VIDEO</p></li><li><p>E-ST</p><p>EP: G</p><p>ENER</p><p>AD</p><p>OR</p><p> PIE</p><p>ZOEL</p><p>CTR</p><p>ICO</p><p>GRACIAS POR SU ATENCIN</p><p>Javier Ibez Garca</p><p>23/05/2013</p></li></ul>