{"id":131138,"date":"2011-03-28T12:22:43","date_gmt":"2011-03-28T11:22:43","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=131138"},"modified":"2011-03-29T16:45:07","modified_gmt":"2011-03-29T15:45:07","slug":"energy-harvesting-y-microcombustion-motores-de-bolsillo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2011\/03\/28\/131138","title":{"rendered":"Energy harvesting y microcombusti\u00f3n. Motores de bolsillo."},"content":{"rendered":"

El actual estado de la ciencia y la tecnolog\u00eda permite al hombre fabricar dispositivos cada vez m\u00e1s diminutos, con las m\u00e1s variadas funciones y utilidades. Uno de los retos a los que nos enfrentamos es el de dotar dichos dispositivos con fuentes de energ\u00eda propias; compactas pero aut\u00f3nomas. Las investigaciones en torno a la microgeneraci\u00f3n de potencia se centran fundamentalmente en dos \u00e1reas. Por un lado, se est\u00e1n tratando de escalar los motores de combusti\u00f3n tradicionales para hacer r\u00e9plicas de los mismos a escala microm\u00e9trica. Y por otro lado, se est\u00e1n desarrollando unos novedosos dispositivos generadores \u00a0capaces de crear potencia aprovechando acumulaciones de energ\u00eda residual presentes en el ambiente.<\/p>\n

[Mar\u00eda del Pilar Orihuela Espina – INTA]<\/p>\n

La mayor\u00eda de las m\u00e1quinas que utilizamos a diario y que mejoran nuestra calidad de vida requieren de un determinado aporte de potencia que las haga funcionar. En algunos casos, el tama\u00f1o de la fuente energ\u00e9tica que las alimenta no nos importa demasiado (pi\u00e9nsese por ejemplo en un coche o en un electrodom\u00e9stico). Sin embargo, hay veces que el tama\u00f1o de la fuente es fundamental. En el caso de los dispositivos port\u00e1tiles, su importancia es evidente. Un tel\u00e9fono m\u00f3vil no ser\u00eda nada pr\u00e1ctico si tuvi\u00e9ramos que tenerlo acoplado a un motor o si requiriese una bater\u00eda de dimensiones desproporcionadas.<\/p>\n

\u00a0A medida que construimos m\u00e1quinas cada vez m\u00e1s peque\u00f1as, tambi\u00e9n necesitamos fuentes de alimentaci\u00f3n m\u00e1s compactas y eficientes. Hasta ahora, el desarrollo de las bater\u00edas nos ha facilitado bastante las cosas. Las bater\u00edas nos han permitido ciertas libertades como por ejemplo operar sistemas el\u00e9ctricos en emplazamientos aislados, o\u00a0 desvincular algunos aparatos cotidianos de la permanente conexi\u00f3n a la red. Sin embargo, a\u00fan en muchos casos la bater\u00eda supone la mayor parte del peso de dichos aparatos, y sobre todo, tienen el inconveniente de necesitar ser recargadas cada cierto tiempo. Por ello, no son pocos los campos en los que se tiende ya a sustituir las bater\u00edas convencionales por sistemas de aporte de potencia m\u00e1s compactos o m\u00e1s aut\u00f3nomos.<\/p>\n

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Evoluci\u00f3n a lo largo del tiempo del porcentaje de volumen ocupado<\/p>\n

por la fuente de energ\u00eda en las m\u00e1quinas<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

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El desarrollo de la nanotecnolog\u00eda se encuentra en plena ebullici\u00f3n. En ciertos sectores empieza ya a ser habitual hablar de un nuevo concepto de generaci\u00f3n de potencia, que es lo que se conoce como \u201cenergy harvesting\u201d o \u201cpower scavenging\u201d. La idea es aprovechar la energ\u00eda presente en nuestro entorno o incluso en nuestro propio cuerpo para transformarla en energ\u00eda el\u00e9ctrica, almacenarla, y alimentar in situ peque\u00f1os dispositivos electr\u00f3nicos. Tecnol\u00f3gicamente, su tipolog\u00eda es tan variada como los fen\u00f3menos energ\u00e9ticos que los alimentan: un gradiente de temperatura, un movimiento vibratorio, una radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica, una corriente de aire, etc.<\/p>\n

Las aplicaciones del \u201cenergy harvesting\u201d son numerosas. En la medicina, su uso permite, por ejemplo, colocar en el propio cuerpo de los pacientes microdispositivos de medida y actuaci\u00f3n, que controlen ciertos par\u00e1metros biol\u00f3gicos de forma completamente aut\u00f3noma e indefinida. El movimiento del cuerpo al caminar, o los gradientes de temperatura entre el cuerpo y el ambiente, son fuentes potenciales de energ\u00eda para la implantaci\u00f3n de estos biosensores.<\/p>\n

\u00a0Asociados a sensores, es frecuente \u00faltimamente ver estos microgeneradores de potencia en edificios inteligentes, donde son usados para monitorizar par\u00e1metros como la temperatura y la humedad.<\/p>\n

Tambi\u00e9n es de gran utilidad en el campo de las telecomunicaciones o la computaci\u00f3n. Colocando un circuito generador de potencia en una antena receptora de radio es posible aprovechar la energ\u00eda presente en el ambiente en forma de ondas electromagn\u00e9ticas para enviar nuevas se\u00f1ales, o bien para convertirla en un voltaje \u00fatil.<\/p>\n

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Microgenerador termoel\u00e9ctrico<\/p>\n<\/td>\n

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Microgenerador piezoel\u00e9ctrico<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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Se trata sin duda de un gran avance tecnol\u00f3gico; estamos hablando de plantas de potencia a escala microm\u00e9trica. Y unido a ello van los avances en el campo de las microbater\u00edas que no son para nada menospreciables. Pero a pesar de todo, hay una limitaci\u00f3n que estos microgeneradores de energ\u00eda no han sido capaces de salvar hasta ahora: su reducida densidad energ\u00e9tica.<\/p>\n

El t\u00e9rmino densidad energ\u00e9tica se refiere a la cantidad de energ\u00eda que un sistema es capaz de generar por unidad de volumen. En el \u00e1mbito del \u201cenergy harvesting\u201d los reportes m\u00e1s optimistas hablan de 100 mW\/cm3<\/sup> (cuando la fuente es la radiaci\u00f3n solar directa). Un valor que a\u00fan dista mucho del que puede tener cualquier otro sistema de generaci\u00f3n de potencia convencional, ya sea un motor de combusti\u00f3n, una central t\u00e9rmica, o una planta nuclear. En t\u00e9rminos pr\u00e1cticos, eso implica que, aprovechando la energ\u00eda del medio, podemos mover las agujas de un reloj, pero no hablar por un tel\u00e9fono m\u00f3vil ni manejar un ordenador.<\/p>\n

La pregunta es: \u00bfpodr\u00eda un motor de combusti\u00f3n tener la compacidad necesaria como para alimentar los dispositivos port\u00e1tiles de los que habl\u00e1bamos al principio de este art\u00edculo?<\/p>\n

Lo cierto es que el inter\u00e9s por miniaturizar todo tambi\u00e9n ha alcanzado a esta \u00e1rea tecnol\u00f3gica. El t\u00e9rmino que se emplea en este caso es microcombusti\u00f3n, porque la longitud caracter\u00edstica del espacio que confina el proceso es del orden de 100-1000 \u03bcm. Los avances realizados en este campo son, a juicio del autor, a\u00fan m\u00e1s fascinantes si cabe que los ligados al desarrollo del \u201cenergy harvesting\u201d.<\/p>\n

Los motores de combusti\u00f3n son sistemas de m\u00e1s que demostrada fiabilidad. Todo el mundo est\u00e1 familiarizado con ellos puesto que forman parte de nuestra vida cotidiana desde hace muchos a\u00f1os. Sin embargo, fabricar r\u00e9plicas de estos motores a tan peque\u00f1a escala no es una tarea nada f\u00e1cil. Para empezar la fluidodin\u00e1mica se altera (aumentan las fuerzas viscosas en el fluido). Las p\u00e9rdidas de calor por la superficie aumentan. La combusti\u00f3n ve reducido su tiempo de residencia, con lo que se vuelve m\u00e1s incompleta. Y encima de todo est\u00e1n las limitaciones geom\u00e9tricas (dificultad para colocar rodamientos, tallar canales de refrigeraci\u00f3n, etc.)<\/p>\n

Y a pesar de todas esas dificultades, son muchos los pasos que se han dado ya hacia el desarrollo de los micromotores de combusti\u00f3n. Un ejemplo muy representativo, aunque ni mucho menos el \u00fanico, es la microturbina de gas que est\u00e1n desarrollando en el Instituto Tecnol\u00f3gico de Massachussets. El motor en cuesti\u00f3n, con unas dimensiones de apenas dos cent\u00edmetros de lado y cuatro mil\u00edmetros de altura, es capaz de proporcionar una potencia de unos 17 vatios.<\/p>\n

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Ultra micro turbina de gas desarrollada por el Instituto Tecnol\u00f3gico de Massachussets<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

\u00a0Aunque sus aplicaciones son a\u00fan muy limitadas, la microcombusti\u00f3n est\u00e1 en el punto de mira de numerosas empresas del sector industrial. Sus posibles usos van mucho m\u00e1s all\u00e1 de su instalaci\u00f3n en dispositivos port\u00e1tiles. En la industria aeron\u00e1utica, por ejemplo, se plantea como una posible fuente de generaci\u00f3n distribuida: colocar varios micromotores en un avi\u00f3n o en una nave, podr\u00eda dar soporte a los sistemas secundarios, o distribuir la responsabilidad del vuelo en m\u00e1s de un s\u00f3lo motor principal.<\/p>\n

Obviamente, a\u00fan es cuestionable que estos dispositivos puedan sustituir a las bater\u00edas tradicionales, pero desde luego sus caracter\u00edsticas los acreditan como firmes candidatos. Es m\u00e1s, posiblemente ni siquiera sea demasiado pronto para colocarles a estos peque\u00f1os motores de bolsillo la etiqueta de \u201cel futuro de la energ\u00eda port\u00e1til\u201d.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

El actual estado de la ciencia y la tecnolog\u00eda permite al hombre fabricar dispositivos cada vez m\u00e1s diminutos, con las m\u00e1s variadas funciones y utilidades. Uno de los retos a los que nos enfrentamos es el de dotar dichos dispositivos con fuentes de energ\u00eda propias; compactas pero aut\u00f3nomas. Las investigaciones en torno a la microgeneraci\u00f3n de potencia se centran fundamentalmente en dos \u00e1reas. Por un lado, se est\u00e1n tratando de escalar los motores de combusti\u00f3n tradicionales para hacer r\u00e9plicas de los mismos a escala microm\u00e9trica. Y por otro lado, se est\u00e1n desarrollando unos novedosos dispositivos generadores capaces de crear potencia aprovechando acumulaciones de energ\u00eda residual presentes en el ambiente.<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[1784,543,547,1],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/131138"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=131138"}],"version-history":[{"count":8,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/131138\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":131155,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/131138\/revisions\/131155"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=131138"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=131138"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=131138"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}