1. 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
Balarezo Montes, Giancarlo
Maguiña Gonzáles, Leonardo
Quinto Solano, Jhossimar
Villavicencio Pezo, Renato
Profesor:
Arturo Rojas
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2. Contenido
• Introducción
o Motivación
o Aplicaciones
o Objetivo
o Marco Teorico
• Desarrollo
o Modelo mecánico
o Modelo eléctrico
o Diagrama rectificador
• Resultados
• Conclusiones
2

3. INTRODUCCIÓN
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.
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4. ENERGÍAS COSECHADORAS
• Eólica (viento)
• Hidráulica (agua)
• Solar ( luz solar)
• Vibratoria (movimiento)
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5. MATERIALES PIEZOELÉCTRICOS
Materiales
Piezoeléctricos
naturales:
Cuarzo
Turmalina
Sal de rochelle.
Materiales Piezoeléctricos
fabricados artificialmente:
PZT
ZnO
PVDF
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6. COSECHAMIENTO EN UN HUMANO
Energía en un paso:
Laminas de metal unidas a un
piezoeléctrico PVDF semi
flexible bajo el talón. En el
movimiento del talón de una
persona que camina, con
un peso promedio de 68Kg, se
puede producir una potencia
de 67 watts.
http://www.media.mit.edu/resenv/power/index.html
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7. APLICACIONES
- Pastillas electrónicas.
-Bats inteligentes.
Sensores:
Ultrasonido
Acelerómetros
Micrófonos
Actuadores:
-Controles de activación en
Bocinas
Helicópteros.
Impresoras de
inyección de tinta
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8. 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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9. PIEZOELECTRICIDAD
a) Efecto piezoeléctrico Directo
(sensor)
b) Efecto piezoeléctrico Inverso
(actuador)
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10. EFECTO PIEZOELÉCTRICO
Dominio de
dipolos
eléctricos
1) Cerámico sin
polarizar
2) Durante la
polarización
3) Después de la
polarización
Unidad de celda del PZT (PbZrTiO3)
1) Celda en su estado simétrico por
arriba de la temperatura de Curie
2) Celda no centro-simétrica por
debajo de la temperatura de Curie
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11. DIRECCIÓN DE POLARIZACIÓN
D=dT+ɛE
T1 = 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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12. 12

13. Conexión en serie y paralelo PZT
Serie: Capacitancia baja - Corriente baja - Voltaje alto
Paralelo: Capacitancia alta - Corriente alta - Voltaje bajo
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14. 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:

15. FACTOR DE ACOPLAMIENTO
ELECTRO-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.

16. 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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17. DIAGRAMA DEL SISTEMA
17

18. Diseño de sensor de fuerza
19

19. 20

20. SIMULACIÓN Y ANÁLISIS TRANSITORIO
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21. CARGA DEL CONDENSADOR

22. PRODUCCIÓN Y COSTOS
22

23. Número de Pasos por
Piezo Eléctrico
Voltaje
Número Piezo Número de
Eléctricos por Piezo
Área
Eléctricos
específica
(m*m)
50
1
500
10
1000
20
2000
40
0.2
10000
200
0.3
25
0.5
49
1
225
2
1600
16
23

24. Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 1: Inicialización de las pruebas
Figura 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
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25. 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.