Equipo [Ángel Domínguez Garciacano, Eder Oleg Arciniega Quijano]
En un mundo cada vez más dependiente de la energía la búsqueda de soluciones sostenibles y portátiles es esencial para reducir el impacto ambiental y satisfacer las necesidades tecnológicas de la sociedad moderna. En este proyecto se intentará diseñar y crear un brazalete capaz de transformar el calor corporal en energía eléctrica, ofreciendo una fuente de energía renovable para dispositivos pequeños, utilizando el efecto zeebeck y los termopares al igual que será de mucha importancia el módulo peltier, pues sin él sería muy difícil llevar a cabo este proyecto. Con esto se busca contribuir al desarrollo de soluciones tecnológicas limpias que reduzcan nuestra dependencia de las fuentes de energía tradicionales
In a world increasingly dependent on energy, the search for sustainable and portable solutions is essential to reduce environmental impact and meet the technological needs of modern society. This project aims to design and create a bracelet capable of converting body heat into electrical energy, providing a renewable energy source for small devices. The Seebeck effect and thermocouples will be utilized, with the Peltier module playing a crucial role, as without it, carrying out this project would be very challenging. With this, the goal is to contribute to the development of clean technological solutions that reduce our dependence on traditional energy sources.
In zan tlaltikpak se miekitik se akóchitltech kuauhtikatik energiayotl, tlahpializ iuan hueyecauh ikniutl momiloliznemilis tlen tlahtikakan nimitzitzkia niman hueyecauh senka itekil tlen kual nemiliz tlatlahtolkech sesama chicahuac
Debido a que en el mundo cada vez se necesita más electricidad para el día a día y eso daña al medio ambiente, y hará que poco a poco nos gastemos los recursos naturales del planeta, decidimos que en este proyecto se intentara construir un prototipo de brazalete, que mediante el calor corporal se pueda generar electricidad, a base de los principios termoeléctricos, específicamente del efecto seebeck. Con ello estaríamos empleando una fuente de energía alternativa con la cual no estaríamos contaminando y seria renovable.
La creciente demanda de energía renovable y la búsqueda de alternativas sostenibles han fomentado el desarrollo de energía de manera sostenible y accesible para evitar el daño al medio ambiente, utilizando al ser humano como proveedor. Por eso el calor corporal es una de esas fuentes, y que suele disiparse sin aprovechamiento, la tecnología termoeléctrica permite convertir ese calor en electricidad. Un brazalete termoeléctrico a partir del calor corporal podría ofrecer una solución portátil y eficiente para cargar dispositivos pequeños, como relojes o sensores de salud, contribuyendo al desarrollo de tecnologías sostenibles.
En la actualidad el ser humano se a hecho muy dependiente a la electricidad tradicional y eso es malo ya que la mayor fuente de ella es no renovable, con este proyecto se intenta generar una forma de electricidad renovable y sustentable que nos permita obtener la energía necesaria para nuestras actividades cotidianas.
Si se construye un prototipo de brazalete que incorpora módulos Peltier termoeléctricos, entonces será posible generar energía eléctrica sostenible a partir del calor corporal, lo que permitirá alimentar dispositivos electrónicos, demostrando la viabilidad del uso del calor del cuerpo humano como una fuente de energía renovable.
Construir un prototipo de un brazalete que utilice módulos termoeléctricos para convertir la diferencia de temperatura entre la piel y el entorno en energía eléctrica.
Generar energía termoeléctrica a partir del cuerpo humano en movimiento.
Incorporar fuentes de energía corporal renovable
Fomentar la innovación y el desarrollo de tecnologías termoeléctricas más eficientes y sostenibles, reduciendo la huella de carbono.
MÓDULO PELTIER
Un módulo Peltier (componente) es un componente semiconductor que puede realizar con facilidad el control de la temperatura, calentamiento y refrigeración con la corriente continua de electricidad. Para poder medir una celda Peltier necesitamos un multímetro que mida en voltios y milivoltios de 60 watts, 4 x 4 cm el multímetro dice que mide 17 0hms.
Al pasar la corriente continua al módulo Peltier, muestra las siguientes funciones.
Evolución del módulo Peltier
El efecto Peltier fue descubierto hace unos 170 años atrás en el año 1834 y a principios de los años 1900 se han establecido las teorías. Pero como se habían usado metales como material, era baja proporción de intercambio de calor y prácticamente no se había llegado a su uso. Empezó a utilizarse como refrigerador electrónico alrededor de los años 1955 en adelante al comenzar a utilizarse como pieza de semiconductores. A causa de esto, hemos podido ofrecer componentes de refrigeración electrónica de alto grado de conducción eléctrica (fácil transmisión eléctrica) con bajo grado de transmisión calórica (fácil transmisión del calor).
Un enfriador, calentador o bomba de calor termoeléctrica Peltier es una bomba de calor activa de estado sólido que transfiere calor de un lado del dispositivo al otro, con consumo de energía eléctrica, dependiendo de la dirección de la corriente. Dicho instrumento también se denomina célula Peltier, bomba de calor Peltier, refrigerador de estado sólido o refrigerador termoeléctrico (TEC). Una célula Peltier puede usarse para calefacción o para refrigeración, aunque en la práctica la aplicación principal es la refrigeración. También se puede usar como un controlador de temperatura que calienta o enfría.
El enfriamiento termoeléctrico utiliza el efecto Peltier para crear un flujo de calor entre la unión de dos tipos diferentes de materiales. Esta tecnología se aplica mucho menos a la refrigeración, que la refrigeración por compresión de vapor. Las principales ventajas de una célula Peltier en comparación con un refrigerador por compresión de vapor, son su falta de piezas móviles o líquido circulante, una vida útil muy larga, invulnerabilidad a las fugas, un tamaño pequeño y una forma flexible. Sus principales desventajas son el alto costo y la pobre eficiencia energética. Muchos investigadores y empresas están tratando de desarrollar refrigeradores Peltier que sean baratos y eficientes.
Un enfriador Peltier también se puede utilizar como un generador termoeléctrico. Cuando se opera como un enfriador, se aplica un voltaje a través del dispositivo, y como resultado, se generará una diferencia de temperatura entre los dos lados.
Cuando se opera como un generador, un lado del dispositivo se calienta a una temperatura mayor que el otro, y como resultado, se generará una diferencia en el voltaje entre los dos lados (el efecto Seebeck). Sin embargo, un enfriador Peltier bien diseñado será un generador termoeléctrico mediocre y viceversa, debido a los diferentes requisitos de diseño y empaque. Cómo funciona la célula Peltier y qué ventajas tiene
Los enfriadores termoeléctricos funcionan por el efecto Peltier (que también se conoce por el efecto termoeléctrico de nombre más general). El dispositivo tiene dos lados, y cuando una corriente eléctrica de CC fluye a través del dispositivo, lleva calor de un lado al otro, de modo que un lado se enfría mientras que el otro se calienta. El lado «caliente» está unido a un disipador de calor para que permanezca a temperatura ambiente, mientras que el lado frío desciende por debajo de la temperatura ambiente. En algunas aplicaciones, varios enfriadores se pueden conectar en cascada para reducir la temperatura.
Para su fabricación se utilizan dos semiconductores únicos, uno de tipo n y uno de p, porque necesitan tener densidades de electrones diferentes. Los semiconductores se colocan térmicamente en paralelo entre sí y eléctricamente en serie, y luego se unen con una placa conductora térmica en cada lado. Cuando se aplica un voltaje a los extremos libres de los dos semiconductores, hay un flujo de corriente continua a través de la unión de los semiconductores que causa una diferencia de temperatura. El lado con la placa de refrigeración absorbe el calor que luego se mueve al otro lado del dispositivo donde se encuentra el disipador de calor. Los enfriadores termoeléctricos, suelen estar conectados uno al lado del otro entre dos placas de cerámica. La capacidad de enfriamiento de la unidad total es proporcional al número de TEC en ella. Un TEC de una sola etapa producirá típicamente una diferencia de temperatura máxima de 70 ° C entre sus lados caliente y frío. Cuanto más calor se mueve con un TEC, menos eficiente se vuelve, ya que necesita disipar tanto el calor que se mueve como el calor que genera a partir de su propio consumo de energía. La cantidad de calor que se puede absorber es proporcional a la corriente y al tiempo.
Algunos beneficios de usar un TEC son:
Algunas desventajas de usar un TEC son:
Efecto Termoeléctrico
La termoelectricidad se ocupa de la conversión de la temperatura en corriente, así como de la conversión de la corriente en temperatura, mostrando su naturaleza reversible. Esto se puede explicar con más detalle para mostrar cómo la termoelectricidad toma las diferencias de temperatura y las convierte en energía eléctrica. El efecto termoeléctrico se refiere al proceso por el cual el potencial eléctrico provoca una diferencia de temperatura o una diferencia de temperatura crea un potencial eléctrico. Calentar un extremo de un material termoeléctrico hace que los electrones basados en este se alejen de la fuente de calor hacia el lado más frío del material. Este movimiento de electrones provocará la creación de una corriente eléctrica debido al movimiento del lado caliente al lado frío en el material. Por lo tanto, el nivel de corriente eléctrica producido es proporcional a la cantidad de temperatura utilizada en el proceso de calentamiento.
La energía termoeléctrica es el resultado de dos efectos físicos conocidos como el efecto Seebeck y el efecto Peltier.
Efecto seebeck
El efecto Seebeck es tal que «cuando un bucle que contiene dos materiales que son diferentes se calienta en un lado particular, se crea un campo electromagnético en el proceso» (Nolas, Sharp, & Goldsmid, 2013, p.13). Este proceso demuestra que la fuerza electromagnética que implica el voltaje es proporcional a la diferencia de temperaturas entre el lado frío y el lado caliente del material que se está probando.
Seebeck descubrió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se formaba un circuito cerrado de dos metales unidos en dos lugares con una diferencia de temperatura entre las uniones. Esto se debe a que los electrones se ven excitados a niveles energéticos de manera diferente dependiendo del material, provocando una diferencia de potencial en la unión de estos y, consecuentemente, creando una corriente de circuito, que produce un campo magnético. Seebeck, aun así, en ese momento no reconoció allí una corriente eléctrica implicada, así que llamó al fenómeno el efecto termomagnético, pensando que los dos metales quedaban magnéticamente polarizados por el gradiente de temperatura. El físico Danés Hans Christian Orsted jugó un papel vital en la explicación y concepción del término “termoelectricidad”.
El efecto es que un voltaje, la FEM termoeléctrica, se crea en presencia de una diferencia de temperatura entre dos metales o semiconductores diferentes. Esto ocasiona una corriente continua en los conductores si ellos forman un circuito completo. El voltaje creado es del orden de varios microvoltios por kelvin de diferencia. Una de esas combinaciones, cobre-constantán, tiene un coeficiente Seebeck de 41 microvoltios por kelvin a temperatura ambiente.
Termopares
Un termopar es un sensor para medir la temperatura. Se compone de dos metales diferentes, unidos en un extremo. Cuando la unión de los dos metales se calienta o enfría, se produce una tensión que es proporcional a la temperatura. Las aleaciones de termopar están comúnmente disponibles como alambre.
El termopar tipo J es el tipo de termopar de mayor uso por su amplio rango de medición y bajo costo. Magnéticamente el termopar es sensible en su elemento positivo de Hierro.
Conecte un multímetro digital u otra herramienta de medición a la salida en mA del dispositivo probado. Verifique el rango o la amplitud de los dispositivos. Aplique el valor 0 % con el simulador y compruebe con el multímetro que la tensión o el valor de salida en mA sean los que se esperan.
Debes buscar varias cosas. La primera es si hay signos de contaminación en el tubo, que pueden incluir decoloración, grietas o agujeros. A continuación, revisa el cableado para ver si hay signos de desgaste o corrosión, como falta de aislamiento o cables pelados.
Las ventajas de los termopares son:
Una de las razones por las que los sensores de termopar son tan comunes es que se pueden fabricar con cables muy finos. Esto significa que son ideales para medir la temperatura incluso en las situaciones más delicadas y que su tiempo de respuesta es relativamente corto.
No hay problemas de cable conductor de resistencia Respuesta más rápida Sencillo, resistente Barato Funcionamiento a alta temperatura Detección de temperatura del punto
No lineal Baja tensión Menos estable, repetible El menos sensible.
Sin embargo, los termopares no son perfectos. Uno de sus mayores inconvenientes es que tienen una señal de salida débil. A veces requieren equipos adicionales para amplificar la señal antes de que un controlador pueda interpretarla. También son susceptibles al ruido eléctrico, que puede ser común en algunos entornos de fabricación.
Investigación de campo
Se realizo la visita a la biblioteca Vasconcelos con el fin de obtener información más clara y conceptual de este proyecto.
Se realizaron 20 encuestas el día 28 de febrero a personas que practican ejercicio (gym, basquetbol, futbol, levantamiento de pesas, box, fisiculturismo, tocha bandera entre otros) entre las edades 16 a 30 y estos fueron los resultados:
En esta pregunta se observa que el 60% de las personas practican 2 horas al día, el 20% practica 3 horas y otro 20 % practica 1 hora, por lo que me di cuenta de que a mayor tiempo que practiquen las personas se podrá producir más calor para el brazalete.
En esta otra pregunta se observó que el 50% de las personas no se le acaba la batería, el 40% que, si se le ha terminado la batería y 10% que en ocasiones se le acaba la batería, por lo que podría mejorar y apoyar más a los que hacen ejercicio y continúen escuchando música o utilizando su reloj para un registro.
En esta otra pregunta se observó que el 100% de las personas si considera que su cuerpo genera más calor corporal al hacer ejercicio, esto nos indica que un módulo Peltier podría detectar el calor corporal.
En esta última pregunta se pudo observar que el 100% si ocuparía nuestro brazalete, por lo que se determinó que podría ser de utilidad este brazalete.
El día 4 de marzo del año en curso se realizó una entrevista a un especialista en Robótica, su nombre es Alexandro Enríquez González, nos comentó lo siguiente
Un módulo Peltier es la refrigeración termoeléctrica utiliza el efecto Peltier
Para crear un flujo térmico a través de la unión de dos materiales diferentes, como metales o semiconductores tipo P y N. también nos comentó que el efecto termoeléctrico abarca 3 efectos: el efecto Seebeck, el efecto Peltier, y el efecto Thomson
Le hicimos la siguiente pregunta y el contestó
“En donde puedes encontrar el módulo Peltier puede ser en pequeños proyectos de refrigeración o tratamiento del aire, con placas de desarrollo o microcontroladores”.
En la penúltima pregunta el nos comentó que sí es posible generar electricidad a partir de calor corporal utilizando el módulo Peltier cuando se usa en modo inverso (Efecto Seebeck), pero debe de haber una diferencia de temperatura entre sus caras, si un lado está en contacto con el cuerpo humano (aproximadamente 36-37°C) y el otro lado esta expuesto a un ambiente más frio (por ejemplo, aire a 20-25°C),
“FACTORES CLAVE”
Y en la última pregunta él nos comentó que los módulos Peltier no son resistentes al sudor ya que no están diseñados para resistir la humedad o el sudor ya que son electrónicos y sensibles
Problemas del sudor en los módulos Peltier
Soluciones para proteger el módulo
Investigación Experimental
Materiales:
Procedimiento:
Con una celda peltier obtuvimos un nivel bajo de voltios que no fue suficiente para prender un foco LED, y aunque hicimos mucho ejercicio no obtuvimos el mínimo de voltios para encender un foco LED debido a que la diferencia de temperatura era muy baja, como era muy bajo el voltaje calculamos cuanto seria si sumamos 3 celdas, después de hacer el ejercicio no pudimos generar el mínimo de voltios para encender un LED. Para encender el LED tuvimos que en un pequeño recipiente pusimos a hervir agua y pusimos 3 disipadores de calor con las 3 celdas peltier y las conectamos a un foco LED y a un multímetro con una bolsa de hielo encima de las celdas peltier, después de unos intentos logramos prender un foco LED.
No se puede supera la temperatura normal del cuerpo y tampoco tenemos la suficiente tecnología para poder construir un prototipo de brazalete que sea capaz de generar la suficiente energía para poder encender un foco LED, necesitaríamos muchas celdas peltier lo cual seria en mucho en el cuerpo y seria muy caro.
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/seebeck-effect
https://www.wattco.com/es/casestudy/la-termoelectricidad
https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_termoel%C3%A9ctrico
https://es.azeheb.com/blog/estudiar-el-efecto-seebeck/
