Publication: Baldosa Piezoeléctrica Para Alimentar Sistemas de Iluminación de Bajo Consumo Energético
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Abstract in spanish
La gran demanda energética en el mundo actual, ha ocasionado que muchos individuos se enfoquen en el estudio y la implementación de tecnologías más modernas para la generación, almacenamiento y utilización de energías renovables. Es por esto que el presente trabajo se centra en el diseño de una baldosa piezoeléctrica, la cual tiene la capacidad de tomar la energía mecánica proveniente de peatones y transformarla en energía eléctrica, la cual pueda ser almacenada en una batería y luego sirva como alimentación para un sistema de iluminación de baja potencia, en este caso, compuesto por LEDs. El proceso de diseño consta entonces de múltiples etapas, donde lo primero es elegir un material que sea apropiado como baldosa (el cual será instalado en el suelo), posteriormente se realiza un estudio de las características de los materiales piezoeléctricos para elegir así, el más conveniente para el proyecto. Una vez este proceso está listo, se procede a determinar una manera adecuada para fusionar la baldosa y el piezoeléctrico, haciendo que quede como un solo elemento, el cual para nuestro caso es el generador de energía eléctrica. El siguiente paso describe el diseño de los circuitos electrónicos, los cuales como primera instancia tienen el objetivo de convertir el voltaje alterno generado por el piezoeléctrico, en voltaje directo para que este pueda ser almacenado por una batería. En este paso se incluyen los circuitos de rectificación y almacenamiento, al igual que el circuito completo en el cual se incluye el sistema de iluminación con LEDs. Una vez concluido el diseño, se pasa a la etapa de simulaciones en donde se observa el comportamiento del sistema. Se empieza desde lo más simple (simulación eléctrica de un solo piezoeléctrico), hasta la simulación final que emula un comportamiento de todo el sistema más aproximado a la realidad, donde se tiene en cuenta la compresión generada sobre cada piezoeléctrico para hallar así, la respuesta eléctrica del circuito.
Abstract in english
Abstract: Nowadays, the great demand for energy in the planet has made a lot of people to focus in the study and implementation of modern technologies to harvest, store and use clean energy. This is why the present work is focused in a piezoelectric tile design, which can take mechanical energy that comes from pedestrians, and transform it into electric energy, with the purpose to store it in a battery and finally use it as an LED power supply. The design process has multiple stages. The first one consist into choose an appropriate material for the tile (the one that will be installed in the floor), later, a study of piezoelectric material characteristics has to be made with the aim of choosing a piezoelectric that suits with the project requirements. Once this process is done, the procedure is to determine how to fusion the tile and the piezoelectric in a good manner, to turn them into one unique element, which in our case is the electric generator. The next step describes electronic circuits design. Those circuits are made with the objective of converting the alternating voltage produced by the piezoelectric, into direct voltage so it can be stored in a battery. In this stage, the rectification and storage circuits are included, as well as a complete LED illumination system circuit. Finally, there is a simulation stage where the system behavior can be observed. At first, the simplest simulation is made (a unique piezoelectric material). Later, there are multiple others simulations until reaching to the last one which emulates a more real result, in which the piezoelectric materials deformation may be seen, as well as the electrical circuit response.