21/10/2015 - Energías ambientales de baja potencia. La vibración, fuente de energía para dispositivos electrónicos

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Javier Ortiz, profesor de la UPV/EHU, ha estudiado cómo utilizar las energías ambientales de baja potencia (la vibración, por ejemplo) para convertirlas en fuente de alimentación de diversos dispositivos que monitorizan trenes, aviones…, incluso implantes.

Según Ortiz, aunque dichas energías generan potencias muy limitadas, pueden llegar a ser muy importantes, ya que ofrecen la posibilidad de disponer de sistemas electrónicos autoalimentados de modo indefinido.

Energías ambientales de baja potencia

Ortiz, ingeniero y profesor de la UPV/EHU, señala que "la autoalimentación indefinida de dispositivos intenta ser una alternativa para alargar el tiempo de uso de las baterías e, incluso —en algunos casos— sustituirlas. De ahí surge, hace unos 10-12 años, este movimiento, para desarrollar estas tecnologías, que se están aplicando a multitud de dispositivos electrónicos portátiles de bajo consumo, fundamentalmente sensores, incluso a los implantes biológicos. Más recientemente, se está intensificando la investigación para recargar la batería de los smartphones a partir de la misma energía radioeléctrica que emiten los routers wifi próximos".

Explica Ortiz que "todos esos pequeños dispositivos necesitan alimentación, y cuando es fácil acceder a la batería y sustituirla, pues no hay problema; pero, en muchos casos, eso supone un coste inasumible. Por eso se busca esta alternativa, donde la propia energía ambiental existente puede ser captada, almacenada y utilizada para alimentar dichos dispositivos". En el caso que nos ocupa, la investigación se ha efectuado sobre circuitos electrónicos de recolección o adquisición de energía ambiental vibratoria, concretamente, sobre circuitos que utilizan transductores piezoeléctricos sometidos a vibración.

A la pregunta de cómo se obtiene energía de la vibración, responde Ortiz lo siguiente: "Fundamentalmente, por las propiedades de ciertos materiales denominados piezoeléctricos. El más conocido es el cuarzo, si bien en estas aplicaciones se utilizan cerámicas sintéticas con propiedades piezoeléctricas mejoradas. Si se somete a estos materiales piezoeléctricos a tensión o movimiento mecánico, se produce un desplazamiento de carga eléctrica, es decir, se van las cargas positivas a una zona y las negativas a otra. Es lo que en física se llama ‘potencial eléctrico'. Si cada vez que se produce ese movimiento dichas cargas pueden ser captadas y almacenadas, es como si estuviéramos cargando una batería. Brevemente explicado, así produce energía la vibración".

Transporte aéreo, ferrocarril…

Según Ortiz, la mayoría de las investigaciones sobre este tema van dirigidas a obtener mayores densidades de energía minimizando las dimensiones de los dispositivos generadores, pero apenas se desarrollan dispositivos para generar potencias de, por ejemplo, decenas de milivatios. De dicha carencia surgió la idea de agrupar transductores piezoeléctricos, conformando múltiples fuentes independientes generadoras de energía.

Afirma Ortiz que desarrollando nuevas técnicas y circuitos electrónicos de gestión de energía eléctrica se pueden obtener niveles de potencia adecuados. Actualmente, dichos generadores se usan sobre todo para nodos sensores inalámbricos (Wirelles Sensor Network), pero podrían utilizarse, entre otros ámbitos, en el transporte aéreo o por ferrocarril, donde las vibraciones son abundantes y las dimensiones de los generadores no suponen una gran limitación.

Información complementaria

Javier Ortiz Álvarez-Cienfuegos —ingeniero y profesor titular en la Escuela Universitaria de Ingeniería (UPV/EHU)— ha redactado su tesis ("Desarrollo de circuitos electrónicos para la extracción y conversión en energía eléctrica de la vibración aplicada a materiales piezoeléctricos") bajo la dirección del catedrático Gerardo Aranguren Aramendia. Las investigaciones para dicha tesis se han realizado en la UPV/EHU, en colaboración con AERnnova Engineering Solutions y Boeing Research &Technology Europe, con subvenciones de las convocatorias Etortek del Gobierno Vasco y la convocatoria Cenit del gobierno español.

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Imagen: Sensor instalado bajo un vagón del metro de Bilbao para una prueba (Fuente: UPV/EHU)

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