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Máquina caracterizadora de materiales piezoeléctricos

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Authors

Donato Nova, Sebastián
Fernández Moncada, Nicolás
Rincón, Juan David
Jejen Salinas, Santiago
Duran Tovar, Ivan Camilo
Abstract (Spanish)
La sociedad, en su continua búsqueda de soluciones a las necesidades energéticas, ha explorado caminos que la han llevado a analizar incluso soluciones de microgeneración o nanogeneración, dando origen a técnicas conocidas como energy harvesting o cosechamiento de energía, que plantean la generación de energía eléctrica en forma renovable a partir de fuentes de origen natural o actividad humana, entre las cuales está el efecto piezoeléctrico. Las soluciones propuestas con base en esta tecnología son múltiples y han servido para clasificar los materiales desde el punto de vista químico, de composición del material, con varias herramientas, pero no se han realizado estudios desde el punto de vista de la frecuencia, fuerza y objeto de impacto, razón por la cual se diseñó una máquina caracterizadora de monedas piezoeléctricas, que permite controlar la velocidad de impacto, independizar la frecuencia y la fuerza aplicada, cambiar el objeto de impacto, variar distancias, medir tensiones y corrientes producidas, entre otras. Mediante pruebas preliminares hechas con otros tipos de máquinas de presión, se observa que los materiales piezoeléctricos no se deben impactar con materiales duros, como es el caso del metal. Al utilizar diversos tipos de cauchos, gracias a la versatilidad de la máquina, su sistema de control y la interfaz, se podrán obtener las clasificaciones en términos de corrientes, tensiones, fuerzas, frecuencias y velocidades, para obtener la mayor generación de energía eléctrica a partir de piezoeléctricos.
Abstract (English)
Society in its continuous search for solutions to energy needs has explored paths that lead it to analyze even micro-generation or nano-generation solutions, giving rise to techniques known as energy harvesting for the generation of electrical energy in a renewable way from sources of natural origin or human activity, among them, we find the piezoelectric effect. The solutions proposed in this technology are multiple and have classified the materials from the chemical point of view, material composition, with various tools. However, no studies have been carried out from the point of view of frequency, force, and impact object, which is why a piezoelectric coin characterizing machine was designed, which allows controlling the impact speed, making the frequency, and applied force independent, changing the impact object, varying distances, measuring voltages and currents produced, among others. Through preliminary tests carried out with other types of pressure machines, it is observed that piezoelectric materials should not be impacted with hard materials such as metal. By using different types of rubbers, thanks to the versatility of the machine, its control system, and the interface, different classifications can be obtained in terms of currents, voltages, forces, frequencies, and speeds, to obtain the highest power generation electrical from piezoelectric elements.
Extent
9 páginas
URI: https://repositorio.escuelaing.edu.co/handle/001/3132
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AE - Modelación Estratégica en Energía y Potencia – MEEP
References

Bhaumik, A., Das. A., Mishra, A. K., Shaw, A., Yadav, A. y Roy, S. (2017). Non-conventional energy sources using piezoelectric crystal for wearable electronics (pp. 1-4). 1st International Conference on Electronics, Materials Engineering and Nano-Technology (IEMENTech). DOI 10.1109/IEMENTECH.2017.8077009.

Cohen, R. E. (2008). First-principles theories of piezoelectric materials piezoelectricity: evolution and future of a technology (pp. 471-492). Heidelberg: Springer Berlin.

Cúpich, M. y Garza, F. J. (2000). Actuadores piezoeléctricos. Ingenierías, III(6), 22-28.

Da, Y. y Khaligh, A. (2009). Hybrid offshore wind and tidal turbine energy harvesting system with independently controlled rectifiers (pp. 4577-4582). 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics. DOI 10.1109/IECON.2009.5414866.

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (Fecyt) (2010). Materiales piezoeléctricos. Boletín Vigilancia Tecnológica, pp. 1-12.

Gusarova, E., Gusarov, B., Zakharov, D., Bousquet, M., Viala, B., Cugat, O., Delamare, J. y Gimeno, L. (2013). An improved method for piezoelectric characterization of polymers for energy harvesting applications. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 476, 012061.

Hwang, S. J., Jung, H. J., Kim, J. H., Ahn, J. H., Song, D., Song, Y., Lee, H. L., Moon, S. P., Park, H. y Sung, T. H. (2015). Designing and manufacturing a piezoelectric tile for harvesting energy from footsteps. Current Applied Physics, 15(6), pp. 669-674. DOI: 10.1016/j.cap.2015.02.009.

Illias, H. A., Ishak, N. S., Mokhlis, H. y Hossain, M. Z. (2020). IoTbased Hybrid Renewable Energy Harvesting System from Water Flow (pp. 204-208). IEEE International Conference on Power and Energy (PECon). DOI 10.1109/PECon48942.2020.9314412.

Ledoux, A. (2011). Theory of piezoelectric materials and their applications in civil engineering (tesis de maestría, Massachusetts Institute of Technology [MIT]).

Martín, A. (2018). Aplicaciones del efecto piezoeléctrico para la generación de energía (tesis de grado, Universidad Carlos III de Madrid).

Özdemır, A. E. y Akkaya, S. (2016). Alternative renewable energy producing systems by utilizing piezoelectric transducers (pp. 59-62). IEEE International Conference on Renewable Energy Research and Applications (Icrera). DOI 10.1109/ICRERA.2016.7884357.

Phipps, A. (2010). Modeling and characterization of piezoelectric energy harvesting systems with the pulsed resonant converter (tesis doctoral, Universidad de Florida).

Ren, G. (2021). Review of piezoelectric material power supply (pp. 136-139). International Conference on Electronics, Circuits and Information Engineering (ECIE). DOI 10.1109/ ECIE52353.2021.00035.

REN21: Renewables Now (2021). Renewables 2021 Global Status Report. Disponible en https://www.ren21.net/wp-content/ uploads/2019/05/GSR2021_Full_Report.pdf.

Riobó, L., Álvarez, N., Garea, M. y Veiras, F. (2014). Interferómetro de polarización para la caracterización mecánica de dispositivos piezoeléctricos (pp. 765-769). IEEE Biennial Congress of Argentina (Argencon). DOI 10.1109/ARGENCON.2014.6868585.

Singh, A. (2014). Preparation and characterization of piezoelectric materials (pp. 1-5). International Conference for Convergence for Technology. DOI 10.1109/I2CT.2014.7092213.

Sherrit, S. y Mukherjee, B. K. (2012). Characterization of piezoelectric materials for transducers, dielectric and ferroelectric reviews. Dielectric and Ferroelectric Reviews, 175-244.

Tamayo, D. A., y Cardozo, N. K. (2017). El uso de piezoeléctricos para la generación de energía sostenible como proyecto piloto en un perfil vial de Bogotá (trabajo de grado, Universidad Católica de Colombia).

Žukauskaité, A., Broitman, E., Sandström, P., Hultman, L. and Birch, J. (2015). Nanoprobe mechanical and piezoelectric characterization of Scx Al1-x N(0001) thin films. Phys. Status Solidi A, 212(3), 666-673. DOI: 10.1002/pssa.201431634.