Mediante sensores piezoeléctricos, un sistema recién desarrollado por un investigador de la UNAM capta las vibraciones sonoras para transformarlas en electricidad. Los componentes que lo integran le permiten almacenar la energía o utilizarla en el momento
Por Antonia Tapia / Imágenes: cortesía del ingeniero Jesús Torres
El ruido es un fenómeno físico que se encuentra en cualquier parte y en todo momento. Se manifiesta de diversas maneras, ya sea de forma pasiva o activa, y por más eficaz que parezca un proceso de control, el ruido siempre existirá.
Preocupado por este fenómeno y como una alternativa para aprovechar los altos niveles de ruido urbano, el ingeniero Jesús Torres Jurado, de la Universidad Nacional Autónoma de México, explicó a Constructor Eléctrico las características del sistema que ha desarrollado y que es capaz de captar el sonido y las vibraciones sonoras, retransmitirlas mediante circuitos y convertirlas en señal eléctrica.
“El sistema posee un circuito que capta el sonido y lo convierte en electricidad por medio de sensores piezoeléctricos. La energía que ‘cosecha’ proviene básicamente del ruido urbano. Para su funcionamiento se emplean dispositivos de bajo consumo, los cuales no consumen el total de la energía recolectada”, afirma Torres.
El investigador explicó que el sistema consiste en un panel de forma esférica de 31 caras, diseñado en fullereno. En él se integran dos sensores piezoeléctricos por cara (sensores de polifluoruro de vinilideno, PVDF, con masa y sensores de disco de latón), que se encuentran conectados a un circuito principal que recibe tres señales: las de los sensores y las que capta el sonido.
La estructura, que se asemeja a un balón de futbol, fue concebida con esa forma con el objetivo de captar el ruido urbano, que incide en distintas direcciones, y las vibraciones, que provienen tanto de la esfera como del brazo de montaje y de la superficie (pared), donde se encuentra empotrado el brazo de sujeción.
El sistema funciona con la vibración producida por el ruido, que es captado por los sensores piezoeléctricos, los cuales convierten la energía mecánica en eléctrica. Dichos sensores se encuentran conectados en serie y divididos en dos grupos. La señal eléctrica ingresa en un circuito, que es el encargado de acondicionar la señal para poder almacenarla o emplearla en el momento. La señal de salida es una señal eléctrica de corriente continua.
“Se hicieron pruebas en dos circuitos cosechadores diseñados con dispositivos electrónicos convencionales y los resultados fueron un consumo del 82.31 por ciento de la energía captada en el circuito 1, contra un consumo del circuito 2 de 42.33 por ciento de la energía entrante, lo que hizo dar un giro en el proyecto hacia elementos electrónicos de montaje superficial. Éstos son de bajo consumo y de un muy bajo nivel de voltaje de inicio de operación, apenas unos cuantos milivolts”, afirma el investigador.
El circuito cosechador recibe señal de tres puntos diferentes y permite manejar una entrada variable de hasta 20 volts (V). Una vez recibidas las señales, pasan por un rectificador, obteniendo una salida equivalente a 3.6 V.
De acuerdo con la configuración del circuito integrado empleado en la cosecha, la placa del circuito cosechador dispone de tres entradas: la entrada PZ1, que se emplea para conectar el arreglo de sensores de disco de latón; la entrada PZ2, para los sensores MEAS MiniSense 100, y la entrada VIN, que recibe señal proveniente de un sensor de sonido instalado junto a la placa y alimentado a partir de la señal cosechada. La salida constante y rectificada de 3.6 V, que se obtiene del cosechador, se envía a un súper capacitor de 0.22 ?F / 5.5 V y, momentáneamente, la salida de dicho elemento a un LED. Esa variante es sólo para ejemplificar que se puede almacenar la energía o utilizarla en el mismo momento.
“La cantidad de energía eléctrica varía dependiendo de la cantidad de ruido y del horario, pero, en general, es del orden de milivolts. Los picos máximos fueron de 6.4 milivolts y los mínimos de 3.2, en un horario promedio de medición comprendido entre las 13 y las 16 horas”, indica el experto.
El ingeniero explicó que quizás se puede pensar que es muy poco voltaje; sin embargo, resaltó la eficiencia del sistema. “Hay que considerar que el circuito cosechador está funcionando y, por tanto, consumiendo de la misma energía cosechada; también, que las mediciones son en un instante y la captación es constante”.
Alrededor del mundo no existen demasiados proyectos que empleen tecnología piezoeléctrica para aprovechar el ruido urbano, a pesar de que ya existen algunos antecedentes de prototipos en la American University, en Sharjah, Emiratos Árabes Unidos, y en la Universidad Cornell, en Estados Unidos. En esta última, un grupo de investigadores desarrolló un panel denominado Vibro-Wind, que aprovecha la vibración producida por el impacto del viento sobre una superficie.
Otros proyectos son las estructuras futuristas: Torre Skyscraper y Soundscraper, las cuales han sido diseñadas para aprovechar la contaminación sonora y convertirla en energía limpia.
Cabe resaltar que el prototipo diseñado por el ingeniero Torres se puede emplear para alimentar lámparas de tecnología LED, y que la energía cosechada también se puede almacenar, pues aunque son unos cuantos milivolts, la cosecha es continua debido a que el ruido es constante.
En cuanto a su ubicación, el dispositivo se puede colocar preferentemente en lugares que, previa selección y medición, demuestren ser una “zona ruidosa”, como en una fachada o azotea, a una altura preferente de 2.50 metros, como mínimo, dependiendo de la distribución de los elementos arquitectónicos presentes en el espacio.
“La ventaja principal de este sistema es que aprovecha el ruido, el cual existe independientemente de que sea o no producido por el ser humano. El ruido es independiente de las condiciones climáticas y de horarios, siempre está presente y el cambio que presenta es únicamente en cuanto a niveles de intensidad”.
Con la cubierta de Mylar, que recubre la esfera, y si se considera la colocación en exterior (fachada o azotea), se estima que la vida útil de este tipo de dispositivo sea de 10 años, mientras que en interiores se podría extender a 15.
Actualmente, el prototipo desarrollado por Jesús Torres se encuentra en etapa de depuración para obtener mejores resultados de captación y almacenamiento de energía eléctrica, aunque ya pretende iniciar los trámites de patente. A la fecha, aún no se tiene un estimado real acerca del costo de producción del sistema.
“En este momento, hacen falta recursos económicos para el desarrollo de un prototipo final para que pueda ser producido de manera industrial. En tal punto, el proyecto está por entrar a la etapa de emprendedurismo, en la que se podrá construir un piloto comercial, que finalmente llegue a la sociedad en una aplicación rentable”.
