Desarrollo de un sistema de energy-harvesting mecánico autosintonizable

Casatorres Agüero, Javier (2017). Desarrollo de un sistema de energy-harvesting mecánico autosintonizable. Thesis (Master thesis), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM).

Description

Title: Desarrollo de un sistema de energy-harvesting mecánico autosintonizable
Author/s:
  • Casatorres Agüero, Javier
Contributor/s:
  • Nieto-Taladriz García, Octavio
Item Type: Thesis (Master thesis)
Masters title: Ingeniería de Telecomunicación
Date: 2017
Subjects:
Freetext Keywords: Recolección de energía, redes de sensores inalámbricos, vibraciones, transductor electromagnético.
Faculty: E.T.S.I. Telecomunicación (UPM)
Department: Ingeniería Electrónica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Se espera que en los próximos años el ámbito de las redes de sensores inalámbricas (WSN) tenga un desarrollo rupturista. Uno de los principales escollos que plantea dicho ámbito es que las restricciones de consumo son muy fuertes, ya que los costes operativos derivados de cambios de baterías pueden ser muy altos. La aparición de técnicas de recolección de energía residual del ambiente, denominadas técnicas de energy harvesting, podría convertirse en un potente habilitador de la tecnología, aliviando la fuerte presión que ejercen los requisitos de consumo. En el presente trabajo se ha llevado a cabo el diseño completo de un Energy harvester mecánico basado en un transductor electromagnético. El sistema diseñado es capaz de transformar energía mecánica de vibraciones con un espectro no plano, en energía eléctrica que puede usarse para alimentar los sensores, aumentando su autonomía idealmente de forma indefinida. Para que la cantidad de energía que se obtiene sea significativa, es imprescindible que el sistema esté sintonizado con respecto a la vibración: su frecuencia natural debe coincidir con la frecuencia de la excitación. Para garantizar que esto ocurre, el sistema se ha diseñado de forma que sea capaz de autosintonizarse, cambiando su frecuencia natural hasta llegar a la sintonía sin ningún tipo de intervención humana en el rango de 30 a 70 Hz, que engloba las vibraciones más típicas en motores y maquinaria industrial. Con este objetivo, se ha estudiado inicialmente cuáles son las estrategias aplicadas en modelos en el mercado y en investigación, y los principios físicos de funcionamiento; y se han planteado una serie de arquitecturas mecánicas para modificar la frecuencia natural del sistema. Éstas se han simulado, construido utilizando técnicas de impresión 3D, medido y caracterizado para concluir que la más adaptada a la aplicación es la basada en cambiar la longitud vibrante de una fina lámina de acero. A continuación, se han buscado estrategias para detectar el estado de sintonía, y se ha justificado la conveniencia de usar algoritmos basados en la detección del desfase entre las magnitudes de la excitación y la punta de la lámina que vibra. El desarrollo de un sistema electrónico ha permitido entonces la implementación del algoritmo. Finalmente se ha estudiado la conveniencia de un sistema de acondicionamiento de señal, optándose finalmente por el diseño y construcción de un multiplicador de tensión en configuración paralelo de número de etapas de elevación configurable. El uso de un supercondensador se ha determinado mucho más favorable que el de una batería, y por tanto se ha utilizado como solución de almacenamiento. Tras el diseño del sistema completo, se ha conseguido un prototipo completamente funcional autosintonizable apto para la alimentación de un sistema electrónico. No obstante, dado el gran consumo que requiere el actuador electromecánico utilizado para el ajuste, el objetivo de auto-alimentación del sistema sólo es viable en entornos en los que las sintonizaciones se realicen de forma muy esporádica, hasta que el consumo de estos actuadores se reduzca hasta valores que permitan su aplicación en entornos con vibraciones más cambiantes.

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Item ID: 47677
DC Identifier: http://oa.upm.es/47677/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:47677
Deposited by: Biblioteca ETSI Telecomunicación
Deposited on: 11 Sep 2017 06:41
Last Modified: 11 Sep 2017 06:41
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