Alternativa energética

PIEZOELETRICIDAD

DIAGRAMA V DE GOWIN

Pregunta de investigación:

⦁ ¿Cuál es el voltaje máximo que puede generar un circuito piezoeléctrico casero?

Objetivos:

⦁ Objetivo general: Determinar la cantidad de voltaje eléctrico que puede generar un circuito piezoeléctrico casero.

⦁ Objetivo específico: Construir un circuito piezoeléctrico casero utilizando materiales accesibles para probar una posible alternativa de energía limpia.

Variables:

⦁ Variable independiente: Es la fuerza o presión aplicada al material piezoeléctrico.

⦁ Variable dependiente: Es la cantidad de energía generada (voltios).

DOMINIO CONCEPTUAL:

Hipótesis:

⦁ El voltaje generado por el circuito piezoeléctrico es menor a 5 voltios.

Teorías:

⦁ Teoría de la piezoelectricidad

¿Por qué sucede?

El efecto piezoeléctrico, es un fenómeno físico que presentan algunos cristales debido al cual, aparece una diferencia de potencial eléctrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal cuando éste se somete a una deformación mecánica. (fuente 1)

Principios y leyes:

¿Cómo sucede el fenómeno estudiado?

El efecto piezoeléctrico, es un fenómeno físico que presentan algunos cristales debido al cual, aparece una diferencia de potencial eléctrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal cuando éste se somete a una deformación mecánica.

Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma. (fuente 1)

Conceptos claves:

1. Piezoelectricidad.

2. Circuitos eléctricos.

3. Energía renovable.

4. Voltaje eléctrico.

5. Formas no convencionales de generar energía.

6. Piezoelectricidad como una alternativa más amigable con el medio ambiente, que reemplaza a la electricidad convencional.

7. Energía limpia.

DOMINIO METODOLÓGICO

Teoría (Marco teórico)

Formas no convencionales de generar energía:

La piezoelectricidad puede desempeñar un papel crucial en la sostenibilidad y la transición energética. Al aprovechar la energía generada por movimientos y vibraciones cotidianas, esta tecnología ofrece una forma de energía limpia y renovable que puede complementar otras fuentes de energía. (fuente 2)

Principios básicos de la piezoelectricidad:

Piezoelectricidad es el término general que describe la propiedad que exhiben algunos cristales (redes cristalinas) para llegar a polarizarse eléctricamente cuando se les aplica una tensión, bien comprensiva, bien extensiva. El cuarzo es un buen ejemplo de material piezoeléctrico. Si el esfuerzo de compresión se aplica al cristal, este desarrolla un momento eléctrico proporcional a la fuerza aplicada (Efecto piezoeléctrico directo). Opuestamente, si el cristal se introduce en un campo eléctrico, la forma del cristal cambia levemente (Efecto piezoeléctrico opuesto), como consecuencia termodinámica del esfuerzo directo. (fuente 3)

Materiales piezoeléctricos:

A grandes rasgos pueden diferenciarse dos grupos: aquellos que poseen esa capacidad de manera natural y los que presentan propiedades piezoeléctricas una vez han sido sometidos a una polarización.

Materiales piezoeléctricos naturales:

• Cuarzo: Es uno de los primeros materiales piezoeléctricos descubiertos y sigue siendo ampliamente utilizado, especialmente en relojes, debido a su alta estabilidad y precisión.

• Rubidio: El rubidio es un metal muy blando y de color blanco plateado del grupo de los metales alcalinos. Se utiliza en muchos compuestos debido a sus propiedades piezoeléctricas.

• Turmalina: Es un grupo de minerales con una fórmula química muy compleja, menos común que el cuarzo, que también exhibe propiedades piezoeléctricas.

Materiales ferro eléctricos:

• Cerámicas PZT (Plomo Zirconato Titanato): Son los materiales piezoeléctricos más utilizados en la actualidad debido a su alta piezoelectricidad y versatilidad. Se emplean en una amplia variedad de aplicaciones, desde encendedores hasta transductores médicos.

• Polímeros Piezoeléctricos: Como el PVDF (Fluoruro de Polivinilideno). Aunque su respuesta piezoeléctrica es más baja en comparación con las cerámicas, su flexibilidad les confiere aplicaciones únicas, como sensores en textiles.

• Cristales de Lengua de Gato (Langasita): Se trata de un tipo de cristal sintético que ha ganado interés en aplicaciones de alta temperatura debido a su estabilidad. (fuente 4)

EXPERIMENTACIÓN

Diseño del circuito piezoeléctrico:

Fuente: elaboración propia.

Materiales y Herramientas:

⦁ Capacitor 20uf 50v.

⦁ Diodo 1N4007.

⦁ Piezoeléctrico extraído de un chispero manual de cocina.

⦁ Cable dúplex positivo y negativo.

⦁ Led.

Configuración experimental:

Para medir el voltaje generado por el circuito piezoeléctrico, se utilizó un tester o medidor manual del voltaje.

Procedimiento experimental:

Una vez definidos los materiales para la construcción del circuito, se arma el sistema utilizando el diagrama como referencia.

Fuente: Elaboración propia

Una vez ya montado el circuito y comprobada su funcionabilidad, se comienza a medir su voltaje utilizando el tester manual.

Resultado y análisis:

Los datos recopilados mostraron que el circuito piezoeléctrico puede generar voltajes que alcanzan los 5 voltios, siendo este el valor máximo de voltaje generado por el circuito. Esto sugiere que la eficiencia del sistema es mayor de lo esperada. Lo que comprueba la hipótesis planteada anteriormente, lo que abre posibilidades para aplicaciones prácticas en respecto a la energía renovable.