proyecto de baldosa piezoeléctrica

INFORMACIÓNGrupo: 3 “A” Materia: Estática Profesor: Juan Antonio Guel Tapia Carrera: Ingeniería Robótica Periodo: Mayo – Agosto 2016

Integrantes Gerardo Alfonso Gutiérrez González Ricardo Butanda Hernández Alejandro Samuel Rodríguez Arreguin Josué Ivan Naranjillo Mendoza

Identificación de problemática social

La producción y el uso de la energía actualmente, junto con el trasporte, son las principales causas de las emisiones de gases de efecto invernadero, gases responsables del cambio climático. Por ello, una de las formas de actuar para limitar e impedir sus gravísimas consecuencias ambientales, consiste en reducir el consumo energético.

En la actualidad, el incremento de la demanda y consumo de energía están generando un escenario de crisis energética global.

Para combatir esta problemática a nivel mundial, es de suma importancia buscar fuentes de energías alternas amables con el medio ambiente y con consecuencias secundarias mínimas.

Por estos motivos Universidades de todo el mundo trabajan en encontrar soluciones para la generación de energías limpias, seguras y viables.

En el estado de Guanajuato el mayor sector productor de energía viene de las refinerías, seguido de la central Termoeléctrica de Salamanca. A pesar de que estas dos plantas cuentan con muchos sistemas para la reducción de contaminantes, no llega a ser suficiente para que los efectos invernaderos sean nulos.

Por todos los puntos mencionados en este apartado, consideramos que una propuesta conveniente es la generación de energía limpia y segura a partir del efecto piezoeléctrico.

Objetivo del proyecto Diseñar un prototipo de baldosa con características piezoeléctricas, que pueda aprovechar la carga dinámica de peatones con el fin de generar energía eléctrica limpia, la cual será utilizada en la universidad y reducirá con esto la energía eléctrica que se utiliza, ya que la energía eléctrica en exceso provoca las emisiones de gases de efecto invernadero.

Antecedentes Un material piezoeléctrico es aquel que produce una carga eléctrica cuando una tensión mecánica es aplicada (el material es apretado o estirado). Por el contrario, una deformación mecánica (el material se expande o contrae) se produce cuando se aplica un campo eléctrico. El efecto se forma con cristales que no tienen un centro de simetría.

El efecto piezoeléctrico es un efecto en el cual la energía es convertida de forma mecánica a eléctrica. Fue descubierto en 1880 por los hermanos Curie. En específico cuando una presión (piezo significa presión en Griego) se aplica sobre un cristal polarizado, la deformación mecánica resulta en una carga eléctrica.

Los elementos piezoeléctricos son fabricados de simples cristales de niobato de litio (LiNbO3), cuarzo sintético, y otros materiales que pueden exhibir propiedades piezoeléctricas significativamente superiores, en relación a los elementos poli cristalinos.

Relativa insensibilidad a la temperatura, factores elevados de conversión de energía eléctrica y energía mecánica, entre otros atributos, hacen que estos materiales se les pueda dar un gran uso (Pisando y generando).

Descripción del proyecto El proyecto consiste en crear una baldosa piezoeléctrica por la cual las personas caminaran y producirán energía eléctrica limpia, la cual será aprovechada por la universidad.Para la realización de una baldosa piezoeléctrica se debe elegir un material que funcione como baldosa y otro que será el componente piezoeléctrico.

Elección del material Debido a que la baldosa estará sometida a un desgaste por la gran cantidad de peatones que circularán sobre ella, esta deberá ser hecha de un material resistente a la abrasión. El material con el cual se llevara a cabo nuestro proyecto es la baldosa de concreto, esto debido a su buena combinación entre rigidez y resistencia a la abrasión. Adicionalmente, es más liviano y fácil de transportar que el adoquín de concreto.

Matriz de selección del material a utilizar en la baldosa

Baldosa de concreto

El componente piezoeléctrico que se implementara será el 5500, Navy II debido a que este tiene muy buenas características, pues posee el mayor coeficiente de acoplamiento, el menor módulo de Young, la mayor constante dieléctrica, y además, su constante piezoeléctrica es muy similar al Navy I que posee la de mayor valor.

Matriz de selección del material piezoeléctrico a utilizar

Diseño de la baldosa piezoeléctrica El diseño del generador contendrá 3 niveles:

Nivel Superficial: El pavimento que recibe la pisada en este caso será la baldosa de concreto.Nivel de Generación: El material piezoeléctrico (5500 Navy II) apoyado en los extremos de la estructura mecánica que permite la flexión de manera simétrica. Nivel Inferior: componentes electrónicos para la conversión de energía (condensadores, rectificadores, cableado, etc.)

Generación de energía eléctrica La generación de electricidad en la baldosa piezoeléctrica se produce en 3 fases:

1ªFase: Captación Energía Mecánica de la pisada: Fuerza sobre el generador.

2ªFase: La compresión (FLEXIÓN) origina un Voltaje (AC) por efecto

piezoeléctrico.

3ªFase: La ddp (diferencia de potencial) permite disponer de Energía Eléctrica en

la salida.

Conexionado eléctrico entre los piezoeléctricos agrupados en filas:

Una vez que se ha obtenido el voltaje AC, este voltaje se envía a un puente de diodos para que sea rectificado y se convierte en voltaje DC. Y este voltaje que se generó es almacenado en una batería para su posterior uso.

IMPLEMENTACIÓN DEL PROYECTO

El proyecto consistirá en colocar un grupo de baldosas en lugares donde se pueda obtener la mayor cantidad de energía para que la implementación del proyecto sea viable, serán colocadas donde circulan la mayor cantidad de personas dentro de la universidad para obtener la mayor cantidad de energía posible, los lugares contemplados para la instalación de las baldosas son los siguientes:

En la entrada de la UniversidadEl acceso principal a la universidad es un lugar por donde circulan la mayor cantidad de personas, hay personas entrando o saliendo de la institución la mayor parte del tiempo en el día. La energía recaudada gracias a las baldosas podrá ser usada en el funcionamiento de las lámparas que iluminan el camino de acceso a la universidad, este sistema presenta ventaja sobre la energía solar ya que las celdas solares no pueden recaudar gran cantidad de energía en temporadas que no hay sol, en cambio todo el tiempo circulan personas por la universidad sin importar el clima.

En la cafeteríaEl área de la cafetería también es un espacio donde habitualmente se reúne la comunidad estudiantil ya sea para ingerir algún alimento o para realizar alguna otra actividad principalmente con algún dispositivo electrónico. La energía que se genere aquí puede utilizarse principalmente para alimentar los diversos dispositivos electrónicos como tabletas, laptops, celulares, etc. además puede emplearse en la iluminación de señalamientos por ejemplo salidas de emergencia de luces LED que son de bajo consumo eléctrico o en la alimentación de otro elemento que sea de bajo consumo.

En las escaleras de los edificiosAl colocar las baldosas en las escaleras se puede reunir gran cantidad de energía ya que además de que circulan muchas personas por ellas, el efecto piezoeléctrico generado por la presión de las personas al caminar es mayor debido a que al bajar por una escalera aumenta la fuerza con la que el material piezo eléctrico es presionado generando así mas energía eléctrica.

De esta forma se puede utilizar la energía recaudada por las baldosas en las aulas, principalmente para alimentar de igual manera dispositivos electrónicos ya que los estudiantes requieren continuamente estar cargando sus dispositivos electrónicos, implementando este sistema se reducirá el consumo de energía suministrada por Comisión, ayudando así al ahorro de gastos producidos por consumo energético y mas importante aún apoyando a la preservación del medio ambiente ya que como se a dicho esta energía es completamente limpia y amigable con la naturaleza.

Otro usoAdemás otro uso que se le podría dar a estas baldosas sería en el ámbito de la seguridad, ya que se podría diseñar un sistema en el cual al pisar alguna baldosa colocada en algún punto estratégico de la universidad se aprobeche esta señal eléctrica para hacer sonar una alarma o para activar un sistema de seguridad instalado en la intitución, esto claro pudiendose programar para que funcione en un horario donde no deba de encontrarse personal por las áreas donde se coloquen estas baldosas.

¿Por qué se implementarían las baldosas en la universidad?La universidad puede utilizar menos energía ¨comprada¨ a las centrales de energías y puede posicionarse como productor de energía también. Es generar energía sustentable, hacer conciencia en sus jóvenes, estas baldosas son adaptables a diferentes ambientes, pueden soportar diferentes pesos y son resistentes, son muy fáciles de mantener en buen estado, su instalación es muy fácil y son amigables con el medio ambiente.

También se llevaran a cabo campañas impartidas a otras instituciones, empresas, etc. sobre todos los beneficios de este proyecto con el fin de ser apoyados en nuestro proyecto, y además que dichas instituciones se unan a este, para poder hacer cambios ecológicos los cuales nos puedan ayudar en un futuro.

Conclusiones La realizacion de este proyecto, ayudara a la universidad en el ambito economico, ademas de que seguira apoyando la postura de la universidad del ahorro de energia electrica, y la preservación del medio ambiente, al llevar acabo este proyecto no solo se apoya a esto, sino que nos va formando cada vez mas como personas integramente responsables, contribuyendo asi a una mejor sociedad.