INSTITUTO INSTITUTO TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO DE ORIZABA ORIZAB A
“CALZADO GENERADOR DE ENERGÍA RENOVABLE”
*Podrás Podrás carga c argarr tu t u celular co n solo s olo camina c aminar* r*
ANTEPROYECTO TALLER DE INVESTIGACION I
PRESENTAN: RENE FERREYRA ANZURES JOAQUIN ALEXIS FLORES MARTINEZ JAVIER GONZALES MUÑOZ J OSUE GRAB GRABIEL IEL OSORIO HERNANDEZ
PROFESORA: CYNTHIA ELENA MIRANDA MEDINA ORIZABA, ORIZAB A, VERACRUZ, MÉXICO. MÉXICO.
MAYO DE 2016
INTRODUCCIÓN
Se ha diseñado un sistema integrado al calzado que convierte el movimiento en energía eléctrica. Imagine que puede recargar sus teléfonos inteligentes, tabletas electrónicas y ordenadores portátiles sin depender de enchufes eléctricos, de la materia solar, y sin importar el lugar donde se encuentre. Al crear este innovador sistema se ha hecho posible ya que permitirá recargar las baterías conectándolas mediante un cable USB a los zapatos. Se ha conseguido que la recarga de los dispositivos móviles sea portátil, al aprovechar la energía que generan sus usuarios mientras caminan. Este sistema es capaz de captar 5 vdc a 1A por zapato, lo que requiere un Smartphone para cargarse a un 30% en un tiempo estimado de 30 minutos. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Hoy en día se nos hace muy difícil poder recargar nuestros dispositivos móviles por falta de tiempo o por que no contamos con energía eléctrica en el momento que dichos equipos lo requieran, ya que en ocasiones nos encontramos fuera de nuestro hogar realizando diferentes actividades que nos mantienen ocupados. Alimentar nuestros móviles es de suma importancia en nuestra sociedad actual. Desafortunadamente para personas que viven en lugares remotos es difícil tener acceso a un dispositivo móvil, por diferentes causas, pero la causa que a nosotros nos interesa es la escasez de energía eléctrica en esas zonas. JUSTIFICACIÓN
La aplicación de la tecnología de captura y almacenamiento de energía que presentamos podría resolver situaciones en las que nuestro Smartphone se quede sin batería en lugares donde no tenemos acceso a la energía eléctrica para recargarlo. Dicho de otra forma, el proyecto garantiza que dispongamos de electricidad sin importar donde estemos y así cargar el dispositivo, si no en su totalidad lo suficiente para lograr una carga óptima para el uso del equipo en caso de emergencia.
OBJETIVO GENERAL
Crear un calzado generador de energía capaz de alimentar nuestro Smartphone sin importar el lugar donde nos encontremos aprovechando un simple movimiento motriz como el de caminar. OBJETIVOS ESPECIFICOS:
-
Generar energía para uso cotidiano enfocado a la carga de celulares
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Lograr un diseño con gran comodidad para que su uso sea de gran confort
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Lograr un diseño sustentable en cuanto al rendimiento de la batería para un gran aprovechamiento de la carga en el Smartphone.
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Lograr una inmunidad a la humedad en los circuitos para evitar alguna avería o daño al usuario.
HIPOTESIS:
Se logrará obtener un dispositivo sustentable capaz de generar electricidad aprovechando las propiedades de los dispositivos piezoeléctricos de igual forma, almacenar energía eléctrica en una batería la cual podrá alimentar con las características siguientes: Tendrá una salida a 5V DC a 1A, ya que esta es la salida estándar de los cargadores de Smartphone, con un tiempo de carga no mayor a 30 minutos, dando de esta forma una carga aceptable a nuestro móvil, si no es una carga al 100% por los menos con el suficiente porcentaje para tener una autonomía de un 20 a 30% en el Smartphone dependiendo del tipo y características del mismo. De igual forma podrá pasar la energía eléctrica de los dispositivos piezoeléctricos a tira de leds que estarán en situada en la orilla de la suela del calzado, ya que esta opción puede brindar luz para la noche o para lugares sin luz y así poder ver por donde caminamos.
MARCO TEORICO: EFECTO PIEZOELÉCTRICO
Los cristales que adquieren carga eléctrica cuando se comprimen, retuercen o distorsionan, se dicen que son piezoeléctricos. Este efecto transductor entre las oscilaciones eléctricas y mecánicas, tiene una utilidad práctica. El cuarzo muestra esta propiedad y es extremadamente estable. Los cristales de cuarzo se utilizan en los osciladores de relojes, y como cristales de frecuencia de referencia precisa, en los transmisores de radio. La sal de Seignette, mediante su compresión, produce un voltaje comparativamente grande, y se utilizó en los primeros micrófonos de cristal. El titanato de bario, el zirconato de plomo, y el titanato de plomo, son materiales cerámicos que exhiben piezoelectricidad, y se utilizan en transductores ultrasónicos, así como en micrófonos. Si se aplica una oscilación mecánica a dichas obleas cerámicas, estas responderán con vibraciones mecánicas, las cuales proporcionan de fuentes de sonidos ultrasónicos. El titanato zirconato de plomo (PZT), ha sido el material piezoeléctrico estándar en los procesos de formación de imágenes médicas. Los materiales cerámicos piezoeléctricos, han encontrado uso en la producción de movimientos del orden de nanómetros, en el control de los microscopios de efecto túnel. La palabra piezo viene del griego "comprimir". El efecto conocido como piezoelectricidad, fue descubierto por los hermanos Pierre y Jacques Curie cuando tenían 21 y 24 años de edad en 1880. Hay una analogía magnética, donde el material ferromagnético responde mecánicamente a los campos magnéticos. Este efecto llamado magnetostricción, es el responsable del familiar zumbido de los transformadores, y otros aparatos de AC que contienen núcleos de hierro. [1] BANCO DE ENERGIA(CARGA)
El Banco de Carga Resistivo es un dispositivo que tiene como objetivo proporcionar una prueba de capacidad y rendimiento con carga en equipos como grupos electrógenos, UPS, transformadores y otras fuentes de energía. Toda la información del sistema puede visualizarse a través de la Interfaz Hombre-Máquina (IHM), en la cual se activan los mandos operacionales manuales del sistema. Los parámetros de configuración del sistema están disponibles en las pantallas de 'SETUP' de la IHM, protegidos por contraseña si es necesario. Para acceder a un parámetro específico de la pantalla, sólo hay que seguir las instrucciones correspondientes a la función deseada. [1]
CIRCUITOS RECTIFICADORES
Los circuitos rectificadores son circuitos realizados con diodos, capaces de cambiar la forma de onda de la señal que reciben en su entrada. Se utilizan sobre todo en las fuentes de alimentación de los equipos electrónicos. Hay que tener en que cualquier equipo electrónico funciona internamente con corriente continua, y aunque nosotros lo conectamos a la red eléctrica (230 V de corriente alterna a 50 Hz), la fuente de alimentación se encarga de convertir esa corriente alterna en corriente continua. El elemento fundamental de esa fuente de alimentación será precisamente el circuito rectificador. Podemos establecer una clasificación de los rectificadores en función del número de diodos que utilizan. Así tendremos:
Rectificador de media onda, formado por un único diodo Rectificador de onda completa. Dentro de este tipo podemos distinguir: - Rectificador con transformador de toma intermedia, formado por dos diodos. - Rectificador con puente, formado por cuatro diodos
Rectificador de media onda El rectificador de media onda es un circuito que elimina la mitad de la señal que recibe en la entrada, en función de cómo esté polarizado el diodo: si la polarización es directa, eliminará la parte negativa de la señal, y si la polarización es inversa, eliminará la parte positiva.
Fig.1 Comprobación de la medida de la señal. Rectificador de onda completa El circuito rectificador de onda completa es el tipo más empleado en las fuentes de alimentación de los equipos, debido a que con él se obtiene una corriente continua muy parecida a la que proporcionan las pilas o las baterías.
Rectificador de onda completa con transformador de toma intermedia
Fig. 1.1 con transformador de toma intermedia
Rectificador de onda completa con puente de diodos Este rectificador es uno de los más usados en las fuentes de alimentación, tanto si está formado por cuatro diodos individuales como en su versión integrada. Estos últimos son más fáciles de manejar, puesto que disponen de cuatro patillas, dos para su conexión al transformador, y otras dos para la conexión hacia la carga. [2]
Fig. 1.3 Montaje de un pu ente de diodo s
PUERTO USB
Significa ("Universal Serial Bus") o su traducción al español es línea serial universal de transporte de datos. Es básicamente un conector rectangular de 4 terminales que permite la transmisión de datos entre una gran gama de dispositivos externos (periféricos) con la computadora; por ello es considerado puerto; mientras que la definición de la Real Academia Española de la lengua es "toma de conexión universal de uso frecuente en las computadoras". Características del puerto USB + La versión USB 1.0 Aparece en el mercado, junto con el lanzamiento del microprocesador Intel® Pentium II en 1997. + Cada puerto, permite conectar hasta 127 dispositivos externos, pero solo se recomiendan como máximo 8, porque se satura la línea del puerto y se ralentiza el sistema al tener que administrarse todos simultáneamente. + Cuenta con tecnología "Plug&Play" la cual permite conectar, desconectar y reconocer dispositivos sin necesidad de reiniciar o apagar la computadora.
+ Las versiones USB 1.X y USB 2.0 transmiten en un medio unidireccional los datos, esto es solamente se envía o recibe datos en un sentido a la vez, mientras que la versión USB 3 cuenta con un medio Dúplex que permite enviar y recibir datos de manera simultánea. + A pesar de que el puerto USB 3, está actualmente integrado ya en algunas placas de nueva generación, aún no hay dispositivos comerciales/populares para esta tecnología. Versiones del puerto USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0 y sus características Han existido hasta este momento las versiones USB 1.0, USB 1.1 y USB 2.0, las cuáles son idénticas físicamente, teniendo la variante de la velocidad entre ellas, sin embargo la versión USB 3.0 ya lanzado al mercado para dispositivos de nueva generación, con el nombre clave de "SuperSpeed", se diferencia de las versiones anteriores, ya que permite un transmisión de información en un medio Dúplex (enviar y recibir datos de manera simultánea), su uso es básicamente para la transmisión directa, a muy alta velocidad, de video entre los dispositivos y la computadora, así como para discos duros externos. El puerto USB 3.0 es totalmente compatible con las tecnologías USB 1.X y USB 2.0, esto es, reconoce dispositivos con tales formatos (debido a que físicamente es un puerto USB común con 5 conectores agregados). Es importante mencionar que físicamente el puerto en la Motherboard es igual a las anteriores versiones, por lo que se puede conectar y es compatible, lo que cambia es que los dispositivos cuentan con los puertos USB 3.0 modificados. Es fácil identificar el puerto USB 3.0 ya que tiene un color azul para distinguirlo de los puertos 2.0. Un ejemplo son algunos modelos de discos duros externos, que cuentan con el puerto mini USB 3.0 en la estructura del mismo, mientras que el conector que se coloca en la computadora es similar al 2.0. [1]
ESTADO DEL ARTE:
UN ADOLESCENTE INVENTA ZAPATOS QUE PUEDEN CARGAR TU CELULAR
A pesar de que en los últimos años numerosas empresas y organizaciones se han subido al barco de la sustentabilidad buscando crear soluciones innovadoras para los problemas ambientales y sociales que nos aquejan, son los adolescentes quienes cada vez con mayor frecuencia brindan al mundo lecciones en el tema. Primero una chica de 15 años logró importantes cambios en sus bebidas favoritas y ahora un joven de la misma edad busca una solución creativa y sostenible a partir de energía limpia. Casimiro es originario de Filipinas y a su corta edad ya ha encontrado una forma de terminar con el terrible problema que todos experimentamos quizá un par de veces por semana cuando el celular se queda sin batería y no hay acceso a un cargador o una fuente de energía eléctrica: la suela de unos zapatos. Leíste bien, gracias a este adolescente filipino muy pronto podrías cargar tu celular utilizando sólo la suela de tus zapatos, lo que será posible a través de una plantilla especial que integra un generador eléctrico para convertir tus propios pasos en energía eléctrica. Aunque el sistema fue creado para proveer de electricidad a las regiones necesitadas en Filipinas, se espera que sea utilizado en muchas regiones del mundo. El proyecto fue presentado en la Feria de Ciencia 2014 de Google mediante un video de YouTube en donde su creador explica que se trata de un invento ideal para la ropa inteligente, principalmente la deportiva, pues es posible sincronizarlo con un Smartphone o smarthwatch. El proyecto aún necesita perfeccionarse, pero sin duda se trata de una idea prometedora. ¿Será el ejercicio una de las formas en las que generemos energía eléctrica en el futuro?
Zapatos que generan energía eléctrica al caminar
El grupo Instep NanoPower de la Universidad de Wisconsin-Madison, se ha especializado en el desarrollo de soluciones basadas en las nanotecnologías de los sectores de energías renovables. Basándose en una red de energía eléctrica adecuada en muchas áreas geográficas que limitan el uso de la electrónica portátil; han creado un recolector de energía que promete reducir la dependencia a las baterías. "Por lo general, los humanos son unas máquinas muy poderosas parar producir energía", dice Tom Krupenkin, profesor de ingeniería mecánica de la Universidad de Wisconsin-Madison. Este es un invento se sustenta bajo la premisa de que el ser humano al correr, puede generar un kilovatio de potencia y esta energía se pierde en forma de calor. El recolector de energía llamado "reverse electrowetting" es un dispositivo a base de micro gotas en una especie de bolsitas, que se implementa en la plantilla de un zapato, generando y almacenando hasta 20 vatios de electricidad. Este nuevo mecanismo que utiliza como único principio convertir la energía de gotas microscópicas en corrientes eléctricas, por medio de un zapato exclusivo; podrá emplearse para alimentar ordenadores portátiles, teléfonos inteligentes, GPS y linternas. Pero eso no es todo. Los creadores de este invento proponen que la energía recopilada por las "plantillas recolectoras" se transmita a los dispositivos eléctricos a través de una especie de "punto Wi-Fi" y un generador de energía eléctrica, que permitirá que las baterías duren hasta diez veces más. La energía cinética se ha implementado en dispositivos de baja potencia como los relojes; pero en esta ocasión la innovación resalta, ya que por primera vez se crea un sistema que genera energía en el rango intermedio de los vatios, el que abastece a los aparatos eléctricos.
Según dieron a conocer los creadores del mecanismo "reverse electrowetting", el precio de esta tecnología no excederá en un principio a lo que cuesta el calzado; y si aportara al buen trabajo de la energía renovable.
Crean zapatos con tecnología que genera energía
Tres estudiantes colombianos de ingeniería electrónica, han desarrollado un prototipo de zapatos con tecnología que sirve para crear generar energía alternativa, por medio de un sistema piezoeléctrico. Juan Sebastián Aranzazu, Stiven Betancourth y Juan Manuel, han trabajado en el proyecto a lo largo de un año y medio y continúan con su desarrollo para poder lanzarlo al mercado. Su funcionamiento se basa en el sistema encargado de generar voltaje mientras se presiona sobre la suela del zapato, que a su vez depende del peso y la velocidad con la que vaya la persona quién los use. Éste trabaja por medio de una plantilla sujeta a la suela del zapato, un transductor que funciona mediante la presión que se ejerza sobre los diez cristales de cuarzo pequeños que generan la energía, un condensador que almacena la carga eléctrica, una pantalla led que permite ver si el condensador está cargado, cables prototipos que dan el paso de la corriente y diodos. El prototipo ha pasado por varias etapas de diseño, en las cuales, descubrieron que al colocar los piezoeléctricos en serie, generan gran voltaje, pero poca corriente y al colocarlos en paralelo ocurre todo lo contrario. Además, han pasado de usar cuarzos grandes, que hacían que se partieran con el movimiento, a una propuesta
más flexible; actualmente buscan incorporar un puerto USB para facilitar la carga desde un dispositivo de almacenamiento, “Estamos en la etapa de diseño, mirando
si es mejor adaptarle una USB o una pequeña batería a la altura del tobillo, buscando su mejor funcionalidad, pero al mismo tiempo, garantizando que se vea bonito y que sea cómodo para quien lo porte”, comentó Juan José Robayo, coordinador del proyecto. Esta propuesta surgió de un ejercicio académico del grupo de Propagación Electromagnética Aplicada de la Universidad Nacional de Colombia y está basada en otros sistemas generadores de energía, “Sobre sistemas parecidos, hemos visto
que en Alemania existe una bota de suela gruesa con piezoeléctricos, mientras que en Holanda hay una discoteca que tiene una pista con este sistema, al punto que las personas, al bailar, generan la energía con la que se abastece el establecimiento”, explicaron los estudiantes.
METODO:
1. Elaborar un circuito con los componentes piezoeléctricos de tal manera que este quede adaptado a una zona en específico de la plantilla que no incomode al usuario y sea funcional para general la suficiente energía eléctrica. 2. Implementar dicho circuito a una plantilla que estará conectada a la suela con orilla de leds con un pequeño selector para cambiar la dirección del voltaje, para que de esta manera al generar energía eléctrica se encienda la tira de leds de la suela o esta siga su camino. 3. Adaptar el banco de baterías con su respectiva salida USB al selector de voltaje ya que aquí es donde llegará la energía generada y se convertirá en un voltaje apto para los dispositivos móviles. 4. Una vez teniendo ya el circuito con todos los elementos necesarios para su uso tenemos que seleccionar el calzado (de acuerdo al cliente).
5. Antes de implementar el diseño del circuito en el calzado procedemos a impermeabilizar el calzado antes seleccionado para evitar mal funcionamiento. 6. Elaborar pruebas del calzado para evitar filtraciones que pueda dañar el circuito antes armado. 7. Una vez realizadas las pruebas y que todo este correctamente procedemos a colocar la plantilla en el calzado adaptando dicha plantilla a la horma del calzado. 8. Teniendo el calzado en su totalidad como producto “final” se tienen que realizar nuevamente pruebas del calzado, buscando errores en el funcionamiento y rendimiento del mismo para evitar daños en el circuito o al usuario. 9. Si este producto “final” presenta algún error se procede a s olucionar los errores que se presenten en dichas pruebas. 10. Darle el acabado comercial o personalizado (de acuerdo al cliente). 11. Sacar el producto a la venta, haciendo uso de los medios de comunicación y medios publicitarios para dar a conocer dicho producto.
DIAGRAMA A BLOQUES DEL PROYECTO
PIEZOELÉCTRICO
BANCO DE BATERIA
RECTIFICADOR
TIRA DE LEDS DISPOSITIVO GENERADOR DE ENERGIA
SALIDA A 5 VDC VIA USB
CRONOGRAMA: ENERO
N°
ACTIVIDAD
1
ENCONTRAR DISPOSITIVOS QUE SEAN UTILES PARA EL OBJETIVO DE NUESTRO PROYECTO
2
LLEVAR A CABO UNA INVESTIGACION MINUCIOSA EN CUANTO A LA GENERACION DE ENERGIA POR DISPOSITIVOS PIEZOELECTRICOS
3 4 5 6
1
INVESTIGAR REALIZAR EL PRESUPUESTO GENERAR EL METODO PARA REALIZAR EL PROYECTO PRESENTACION DE ANTEPROYECTO
2
3
| 4
FEBRERO 5
6
7
| 8
MARZO 9
10
11
| 12
ABRIL 13
14
| 15
16
MAYO 17
18
OK
OK
19
20
OK
OK
OK OK
OK
7
PRESUPUESTO:
MATERIALES ARDUINO BANCOS DE CARGA CONEXIÓN USB CAPACITORES MATERIAL P/CALZADO RECTIFICADOR PIEZOELECTRICOS PULPO MULTICARGADOR Spray Nikwax (Impermeabilizante)
CANTIDADES VALOR UNITARIO VALOR TOTAL TOTAL, EN PESOS 1 $170.00 $170.00 1 $88.50 $88.50 2 $7.00 $14.00 2 $5.00 $10.00 1 $400.00 $400.00 1 $10.00 $10.00 4 $30.00 $120.00 1 $28.00 $28.00 1 $250.00 $250.00 $1090.50
ANEXOS:
IMPERMEABILIZACION DE CALZADO Impermeabilizante para Tejido y Cuero™ Cómo protege Nikwax Impermeabilizante para Tejido y Cuero™ Nikwax Impermeabilizante para Tejido y Cuero™ es fácil
y rápido de usar: aplique con spray o esponja a las botas mojadas. Nikwax Impermeabilizante para Tejido y Cuero™ ofrece Repelencia altamente Duradera al Agua
(DWR) desarrollada durante el secado al aire. Deja un tratamiento repelente al agua flexible en las fibras individuales del tejido y el cuero. Esto permite que la humedad pase a través del calzado, manteniendo la transpirabilidad y los pies secos. Nikwax Impermeabilizante para Tejido y Cuero™ ha sido
diseñado y optimizado específicamente para calzado combinado de tejido y cuero.
Otro método de impermeabilización Los zapatos o botas de cuero pueden ser tus aliados en el clima húmedo y frío, pero como los lunares y las rayas, el cuero y el agua son enemigos acérrimos que no se hicieron para mezclarse. El agua cambia la textura de los zapatos de cuero, causando que se envejezcan, se agrieten e incluso se encojan. Esto no significa que no puedas mojar tus zapatos, sino que sólo necesitas prepararlos para los elementos del invierno. Con un poco de impermeabilización puedes usar tus zapatos de cuero en cualquier estación, cuando llueva o brille el sol. Instrucciones ¡Lee la etiqueta! No, no la etiqueta del diseñador (estamos seguros de que esa ya la revisaste en la tienda), la etiqueta del material con el que están hechos los zapatos, la que dice: "fabricado con". Los aceites, la cera y las cremas están bien para la mayoría del calzado de cuero, pero los productos más fuertes podrían arruinar el cuero tipo gamuza o nubuck. Desata los zapatos y pon las agujetas a un lado. Quita cualquier tipo de mugre frotándola con un cepillo de cerdas suaves. Si no tienes un trapo, un paño suave servirá. Ve poco a poco. Los tratamientos de impermeabilización pueden oscurecer el color de tus zapatos, por lo que tendrás que aplicarles muy poco aceite, cera o crema para asegurarte
de que tu bolso y zapatos marrones todavía combinen después de que los hayas impermeabilizado. Aplica el tratamiento con una brocha o un trapo y déjalo secar. Si todavía estás a gusto con tus zapatos, aplica una cantidad mayor del tratamiento, pero no te aloques. Siempre puedes agregar otra capa, pero demasiado producto puede formar una superficie pegajosa, haciendo que la mugre se quede en tu calzado. De manera uniforme, cepilla o pasa un trapo sobre el producto en tus zapatos, enfocándote en las costuras. Quita todo el exceso de este. Deja que tus zapatos se sequen toda la noche dentro de la casa. Si los pones afuera, podrías despertarte con una original mezcla de mugre, bichos y suciedad sobre ellos.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICA:
INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA, MIGUEL ÁNGEL PÉREZ GARCÍA, EDIT. PARANINFO [1] RECTIFICADORES Y FILTRO – CIRCUITOS RECTIFICADORES [2] HTTP://WWW.NIKWAX.COM/ESES/PRODUCTS/PRODUCTDETAIL.PHP?PRODUCTID=210
HTTP://WWW.STYLEINSUMOS.COM/NEWSDETALLE.PHP?ID=240 HTTP://WWW.STYLEINSUMOS.COM/NEWSDETALLE.PHP?ID=1054
