control automático i, trabajo de balarezo
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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.