TESIS-Cargador-Acustico_V1.1.docx

Instituto Politécnico Nacional

Diseño Dise ño de un ca carg rgad ador or de ce celu lula larr que que tran transf sfor orma ma la energía acústica de la voz en energía eléctrica para casos de emergencia

TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

Ingeniero en Comunicaciones y Electrnica PRESENTA: Gilberto Paniagua Rosas  Angel Anatolio Anatolio Ruiz Gonzalez Gonzalez  ASESORES:

Ing !ugo "a#ias Pala#io Dra Itzal$ Raba%$n "al%a

&iu%a% %e "'(i#o

Di#ie)bre *+,-

!ndice Ín%i#e, Ob.eti/o:* 0usti1i#a#i2n: 0usti1i#a#i2n:        3 3  Ante#e%entes  Ante#e%entes         4 4 &APÍTULO I 5 "ar#o Te2ri#o6 7Qu' es el soni%o89 On%as Sonoras Sonoras       9 9 Tios %e Trans%u#tores Trans%u#tores     ,+ ,+ Ele#tro;u<)i#a Ele#tro;u<)i#a       ,3 ,3 Bater 5 Oti)iza#i2n %el %ise?o %ise?o    ,9 ,9 &on#lusiones &on#lusiones        ,9 ,9 Re#o)en%a#iones a 1uturo 1uturo    ,9 ,9  Ane(os  Ane(os          ,9 ,9 Re1eren#ias,9  Aren%i#es @ane(os In1or)a#i2n %e #onsulta #onsulta ,9 ,9 Glosario %e t'r)inos,9

,

"#$etivo% Dise?ar un rototio %e #arga%or %e #elular ;ue use el soni%o %e la /oz ara obtener la #arga )
*

&ustificacin% Da%o ;ue es )u= 1re#uente ;ue nos ;ue%e)os sin #arga en el #elular = no tene)os un #onta#to el'#tri#o %on%e #one#tarlo a la )ano se iensa aro/e#Car la energ
3

'ntecedentes Se o%r
En el #aso %e los trans%u#tores iezoel'#tri#os basan su 1un#iona)iento en el 1en2)eno %e la iezoele#tri#i%a% Para su 1abri#a#i2n se utilizan )ateriales #er$)i#os #o)o el Titanio %e Bario aun;ue en un rin#iio se usaban el &uarzo o la Sal %e Ro#Celle "e%iante el e1e#to iezoel'tri#o %ire#to a tra/'s %e una 1uerza e(terna se logra un %eslaza)iento %e #argas lo ;ue in%u#e una #orriente %e %eslaza)iento = 'sta un #a)o el'#tri#o Hste es el 1un%a)ento %e or e.e)lo los )i#r21onos iezoel'#tri#os Las on%as sonoras Ca#en /ibrar el %ia1rag)a = el )o/i)iento %e 'ste Ca#e ;ue se )ue/a el )aterial #onteni%o en su interior @#uarzo sales %e Ro#C'lle #arb2n et# La 1ri##i2n entre las art<#ulas %el )aterial genera sobre la suer1i#ie %el )is)o una tensi2n el'#tri#a La se?al el'#tri#a %e sali%a es @o %eber
El ro=e#to Ca si%o %esarrolla%o or iaoJan Kang estu%iante %el Instituto Euroeo %i Design en "a%ri% en el *+,

•

El ro#eso ;ue sigue ara trans1or)ar la energ
El rui%o es inCerente a las #iu%a%es Pero ta)bi'n ue%e #onsi%erarse #o)o una /enta.a Al )enos as< Ca ;ueri%o /erlo iaoJan Kang alu)no #Cino %el Instituto Euroeo %i Design en "a%ri% El ro=e#to %e Kang ;ue Ca si%o resenta%o al #on#urso interna#ional %e %ise?o 0a)es D=son AJar%s se basa en un nano genera%or ;ue trans1or)a las se?ales a#sti#as en energ
Base &able  Alta/oz Bater
I)agen,,: %ise?o %el rototio

El soni%o #o)o 1uente %e energ
Dos ro=e#tos #on resulta%os si)ilares ;ue an est$n le.os %e llegar al )er#a%o ero ;ue o%r
Bibliogra1


C'(!T)*" I + ,arco Terico

6

-.ué es el sonido/ Es la energ
On%as Sonoras  Algunas %e las on%as est$n %entro %e la #ategor
9

igura ,, On%a %e resi2n en una #olu)na %e Gas

Tipos de Transductores Las #ara#ter
,+

igura ,* MICRÓFONO DINÁMICO

Los )i#r21onos %in$)i#os tienen una #onstru##i2n relati/a)ente sen#illa or lo ;ue resultan e#on2)i#os = resistentes Proor#ionan una e(#elente #ali%a% %e soni%o = sus ese#i1i#a#iones son buenas en to%as las $reas %e %ese)e?o %el )i#r21ono Sobre to%o ue%en )ane.ar ni/eles %e soni%o e(tre)a%a)ente altos: resulta #asi i)osible sobre#argar un )i#r21ono %in$)i#o A%e)$s las #on%i#iones e(tre)as %e te)eratura o Cu)e%a% #asi no a1e#tan a los )i#r21onos %in$)i#os Los %in$)i#os en general son el tio )$s utiliza%o ara el re1uerzo %e soni%o

*os micrfonos de condensador  tienen #o)o base un %ia1rag)a el'#tri#a)ente #arga%o = una la#a osterior ;ue #on1or)a un #aa#ita%or sensible al soni%o A;u< las on%as %e soni%o Ca#en /ibrar un %ia1rag)a su)a)ente %elga%o %e )etal o %e l$sti#o re#ubierto %e )etal El %ia1rag)a est$ )onta%o e(a#ta)ente 1rente a una r
igura ,3 MICRÓFONO DE CONDENSADOR

,,

La #onstru##i2n %e un )i#r21ono %e #on%ensa%or %ebe in#luir algunos su)inistros ara )antener la #arga el'#tri#a o olarizar el /olta.e Un )i#r21ono %e #on%ensa%or  ele#tret #ontiene una #arga er)anente ;ue se )antiene )e%iante un )aterial ese#ial %eosita%o en la la#a osterior o en el %ia1rag)a Los )o%elos sin ele#tret se #argan @olarizan )e%iante una 1uente %e ali)enta#i2n e(terna La )a=or
'limentacin (0antom La ali)enta#i2n Canto) es un /olta.e D& @nor)al)ente %e ,*46 /oltios = se utiliza ara ali)entar la ele#tr2ni#a %e un )i#r21ono %e #on%ensa%or En algunos #on%ensa%ores @sin ele#tret ta)bi'n se utilizan ara roor#ionar el /olta.e olarizante %el ele)ento en s< El /olta.e se su)inistra a tra/'s %el #able %el )i#r21ono )e%iante una )ez#la%ora e;uia%a #on ali)enta#i2n Canto) o algn tio %e 1uente e(terna en lD& = el Pin 3 %e 46 >D& a)bos #on rese#to al Pin , ;ue es %e tierra @antallablin%a.erote##i2n &o)o el /olta.e es e(a#ta)ente igual en el Pin * = en el Pin 3 la ali)enta#i2n Canto) no ro%u#e e1e#to en los )i#r21onos %in$)i#os balan#ea%os: no Ca= 1lu.o %e #orriente =a ;ue no e(iste ,*

%i1eren#ia %e /olta.e a tra/'s %e la sali%a De Ce#Co los su)inistros %e ali)enta#i2n Canto) oseen un l<)ite %e #orriente ara re/enir %a?os al )i#r21ono %in$)i#o aun #uan%o est' re#orta%a o ala)bra%a %e )anera in#orre#ta En general los )i#r21onos %in$)i#os balan#ea%os ue%en #one#tarse a las entra%as %e una )ez#la%ora #on ali)enta#i2n Canto) sin roble)a alguno

igura ,4 ALI"ENTA&IN P!ANTO"

Electroquímica La Ele#tro;u<)i#a es la ra)a %e la ;u<)i#a ;ue estu%ia:  el uso %e rea##iones ;u<)i#as esont$neas ara ro%u#ir ele#tri#i%a% @ilas o #el%as gal/$ni#as  el uso %e la ele#tri#i%a% ara ro%u#ir rea##iones ;u<)i#as no esont$neas @#el%as ele#trol
,3

igura , Reresenta#i2n %e #el%a gal/$ni#a

(I*'S C",E1CI'*ES Pila: 1uente %e energ
2aterías Unabat er í aeses enc i al ment eunal at al l en adequí mi c osqu epr o duc enel ec t r ones . L as r e ac c i o ne sq uí mi c a ss o nc a p ac e sd ep r o du c i re l e c t r o ne sq ue s o nl l a ma do s r eac c i onesel ec t r oquí mi c as .Sis ee x ami nau nabat er í a,es t at i ened ost er mi nal es . Unat er mi nales t ámar c ada( +)pos i t i v omi ent r asl aot r aes t ámar c ada( )negat i v o.En u naAA,oC( b at er í asmá sc omu nes )l o se x t r e mo ss o nl o st er mi na l e s.Enu nab at er í a d ea ut oe x i s t e nd osgr a nd est u bosqu ea c t ú and et e r mi n al e s . Losel ec t r oness ea gr upane nl at er mi nalnegat i v ad el abat er í a.Sis ec onec t aun c abl eent r el ast er mi nal espos i t i v asynegat i v as ,l osel ec t r onespas ar ándel at er mi nal

,4

negat i v aal ap os i t i v at anr ápi doc omopuedan( ydes c ar gar ánal abat er í amuyr á pi do es t ot ambi ént i endeas erpel i gr os o,es pec i al ment ec onbat er í asgr andes ,as íqueno esa l g oq ue d ebe r í ah ac e r ) .Nor ma l me nt es ec o l oc aa l g únt i p o dea r t ef a ct o al a bat er í ac onelc abl e.Es t ear t ef ac t opuedes eru nabombi l l a,unMot or ,unc i r c ui t o e l e c t r ón i c oc omou nr a di o,e t c .De nt r od el ab at e r í ami s ma,u nar e ac c i ó nq uí mi c a pr oduc eel ec t r on es ,yl av e l oc i daddel apr oduc c i óndeel ec t r on eshec hapores t a r eac c i ón ( l ar es i s t enc i ai nt er na de l a bat er í a)c ont r ol ac uánt osel ec t r onespueden pas arporl ast er mi nal es .Losel ec t r onespas andel abat er í aalc abl e,ydebenv i aj ar del at er mi nalnegat i v aal apos i t i v apar aquel ar eac c i ónquí mi c as el l ev eac abo.Es p ore s oq ueu nab at e r í ap ue deg ua r d ar s ep oru na ñoyt o da v í ac o ns e r v as ue ne r g í a pl enament eamenosenl osel ec t r onescor r anhac i al at er mi nalpos i t i v a,l ar eac c i ón quí mi c anos eef ec t uar á.Unav e zques ec on ec t eel c abl e,l ar eac c i ónempi ez a. Side s ea a pr e nd era c er c ad el as r e ac c i o ne se l e ct r oq uí mi c a sq ue ut i l i z a nl a s b at e r í a s ,s e r á f á c i l ej e c ut a re x pe r i me nt o s e n c a s a p ar a p r o ba rd i f e r e nt e s c o mb i n ac i o ne s .Pa r ah ac e re s ose x p er i me nt o sc o np r e c i s i ó n,d eb er í ac o mp r a ru n me di d ord ev o l t i o s o hmi o se nu na t i e nd ac e r c a n a.As e g úr e s ed eq ue e lme di d or puedal eerv ol t aj esbaj os( enel r angode1v ol t )ycor r i ent esbaj as( enel r angode5a 1 0mi l i a mp ) .As ív e r áe x ac t a me nt eq uée sl oq ueh ac es ub at e r í a . Lapr i mer abat er í af uec r eadaporAl es s andr oVol t aen18 00.Par ac r ears ubat er í a u t i l i z óu na p i l aa l t e r n an do c a pa sd ec i n c yp l a t a ,emp l e an do p ap els e c an t e empapadoenaguasal adacomoai sl ador .Asímásomenos:

igura ,- &O"POSI&IN DE UNA BATERÍA

,

Es t ear t ef ac t of uec onoc i doc omo" pi l av ol t ai c a" .Lascapassuper i orei nf er i ordel a pi l adebendes erdedi f er ent esmet al es ,c omos emues t r a.Si at aunc abl edear r i baa abaj o de l a pi l a pued ec al c ul aru nv ol t aj e yun ac or r i ent e.L a pi l a puede s egui r a gr a nd á nd os et a nt oc o mo q ui e r a ,y c a d ac a p ai n c r e me nt a r áe lv o l t a j ep oru n a c a nt i d ad d et e r mi n ad a.Pue de c r ea rs up r o pi ap i l av o l t ai c au t i l i z a nd o mo ne da sy t o al l a sd ep ap el .Me z c l es a lc o na gu a( t o da l as a lp os i b l eq ue e la gu ap ue da s opor t ar )yempapeel papel enes t amez c l a.Ent onc esc r eeu napi l aa l t er nandoent r e di f er ent esmet al es .Obs er v equét i podev ol t aj eyc or r i ent epr oduc el api l a.T r at ec on d i f er e nt e sn úme r o sd ec a pa syo bs er v eq uée f e c t ost i e nee ne lv o l t a j e.Ent o nc es t r a t ea l t e r n an doe nt r emo ne da syv e aq uép as a .Ot r a sc o mb i n ac i o ne si n c l u y e na l a c er o ya la l u mi n i o .Ca da c o mb i n ac i ó n me t á l i c ap r o du c eu nv o l t a j el e v e me nt e di f er ent e.Ot r oe xper i ment os i mpl equepuedet r at aresut i l i z arunf r as c odec ompot a par abebé,uná ci dodi l ui do,c abl esyc l a v os .Ll eneelf r as c oc onj ug o del i móno v i n ag r e( d i l u y al o sá c i do s )yc o l o queu nc l a v oyunp ed az od ec a bl ed ec o br ee ne l f r as c o demaner aque n ol ot oque( elc abl eent r eunc l a v o yo t r o) .Ut i l i c ec l a v os gal v ani z adosydehi er r o.Ent onc esc al c ul eelv ol t aj eyc or r i ent eat andos uv ol t í met r o al as2pi ez asdemet al .Cambi eelj ugodel i mónporaguas al ada,yut i l i c edi f er ent es c l a vosymet al espar av erelef ec t o.Lasbat er í asmoder nasut i l i z anunav ar i edadde quí mi c ospar ar eal i z ars usr eac c i ones .Laquí mi c adel asbat er í asc omunesi nc l uy e: Ba t e r í a sd eCi n c ,t a mb i énc on oc i d asc omob at e r í a ses t án da rd ec ar bó n. Laquí mi c adec i nc c ar bónesut i l i z adaenc ual qui erbat er í aAA,oaf í n. L os e l e c t r o do ss o nd ec i n c yc a r b ón ,c o nu na u ni ó ná c i d ae nt r ee l l a sc o mo el ec t r ol i t o. Ba t e r í a sa l c a l i n as .L ose l e c t r o do ss o nd ec i n c yó x i d od e ma ng an es oc o nu n el ec t r ol i t oal c al i no. Bat er í adení quel c admi o.Ut i l i z aelhi dr óx i dodení quelyel ec t r odosdeCadmi o c onhi dr óx i dodepot as i oc omoel ec t r ol i t o.Esr ec ar gabl e. Hi dr ur odení quel met al .Rec ar g abl e.Reempl az ór ápi doal ní quel c admi o Por quenos uf r edel ospr obl emasquet i enel aant er i or .

,-

I onl i t i o.Rec ar gabl e.Muybuenpor c ent aj edepoder pes o,s eut i l i z aenl osúl t i mos PC' spor t át i l esyt el éf onoscel ul ar es . Pl at ac i nc .Ut i l i z adaenapl i c ac i onesaer onáut i c aspor queelpor c ent aj edepoder pesoesbueno. Ac t ual ment e,c as ini ngúnd i s pos i t i v out i l i z au nac el daporv e z ,u nac el daesun c onj unt odemat er i al esquegener anv ol t aj eyc or r i ent e( c omoel c i ncyelc ar bón)que es t án a gr u pa do s yc u bi e r t o sp oru n mat er i a la i s l a nt e .Sia br i mos un ab at er í a e nc o nt r a r e mo sl a sc e l d asde nt r o .Un ac e l d ae smá some no sa s í :

igura , &o)osi#i2n

Nor ma l me nt el asb at e r í a ss ea gr u pa ne ns er i ep ar ao bt en era l t osv o l t a j e soe n par al el opar aal t ascor r i ent es .El s i gui ent edi agr amamues t r aes osar r egl os : El ar r egl odear r i baesl l amadoenParalelo. Si a s u mequ ec a d ac e l d ap r o d uc e1 . 5 v ol t i os ,e nt onc es 4 bat er í as en p ar al el ot ambi én pr oduc i r án 1. 5v ol t i os per ol a c or r i e nt es e r ác ua t r ov e c esma y or .Ena r r e gl od ea baj oe sl l a mad oe n Serie. Los c uat r ov ol t aj esses umanpar apr oduc i r6v ol t i os . No r ma l me nt ec u an dos ec o mp r a nu na sb at e r í a s ,e le mp aq ued i r ál ac o r r i e nt eyel v ol t aj edel ami s ma.Porej empl o,mic ámar adi gi t alut i l i z a4bat er í asní quelc admi o qu ep r o du c en1 . 2 5v o l t i o sy6 50mi l i a mp er i o s / ho r ap orc a dac e l d a.Enge ne r a l ,s e p ued ec a l c u l a runa es c a l ad e mi l i a mp er i o s / h or al i n ea l men t e es t ab at e r í ap ue de pr o duc i r3 25mi l i amp er i o spo rd oshor aso1 30 0mi l ia mp er i o spo rme di ah or a .Es t o d eman er ad ed et e r mi n arc uá nt ot i empod ur a r áu nab at e r í aade t er mi n adaex i g enc i a . Sic ol oc ac uat r odees asbat er í asens er i epuedeobt ener5v o l t i os( 1. 25* 4)a650 mi l i amper i os / hor a.Sic ol oc aes asbat er í asenpar al el opuedeobt ener1. 25v ol t i osa 2600( 65 0* 4)mi l i amper i os / hor a.¿Al gun av ezhami r adou nabat er í ad e9v ol t i ospor

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d en t r o ?Co nt i e ne6b at e r í a smu yp eq ue ña sq uep r o du c en1 . 5v o l t i o se nu na r r e gl o ens er i e.

igura ,6 arreglo %e ilas

,6

2i#liografía Ballou G @*++9 Electroacoustic Devices: Microphones and Loudspeakers.   o#al Press Barbera R @*++ Barbera Transducer Systems Obteni%o %e trans%u#tors: Ctt:JJJbarberatrans%u#ers#o)buil%ingCt)l BeraneM L L @,96- Acoustics. A)er Inst o1 PC=si#s Boulez P @,9, Soun% Ka/es ambrid!e MA: "arvard #niversity $ress  Gago

S G @*+,3  Anal%at&cnicos Obteni%o %e SONIDO W RADIO&O"UNI&A&IONES: Ctt:JJJanal1ate#ni#osnetreguntaC8i%X9

insler L E @,999 'undamentals o% Acoustics.  Kile= Tlase#a G @*+,4 Escuela Me(icana de Electricidad  Obteni%o %e Trans1or)ar el soni%o en energ
,9

C'(!T)*" II + ,etodología

C'(!T)*" III + 'n3lisis de resultados y o#servaciones

C'(!T)*" I4 + "ptimizacin del diseño

Conclusiones 1ecomendaciones a futuro 'ne5os 1eferencias 'prendices 6ane5os7 Informacin de consulta8 9losario de términos

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