Un sistema, basado en un transductor piezoeléctrico, puede generar energía suficiente para alimentar un pequeño sistema sensor inalámbrico. Este artículo es de 2007.
Una solución inédita aprovecha la propia vibración de motores, piezas móviles o que presenten oscilaciones para generar energía suficiente para el sistema de sensor de movimiento o, rotación.
El sistema, basado en un transductor piezoeléctrico, puede generar energía suficiente para alimentar un pequeño sistema sensor inalámbrico capaz de enviar información a un receptor conectado a un ordenador u otro equipo de control.
El monitoreo de rotores, engranajes y otros equipos que poseen piezas rotativas como ventiladores, bombas y compresores presenta inconvenientes que exigen cuidados especiales de los proyectistas. De hecho, un sistema inalámbrico para monitorear estos dispositivos requiere no sólo el uso de baterías (que consisten en un elemento de mantenimiento constante), sino también de circuitos especiales que reciben las señales de los sensores y los convierten a la forma digital para la transmisión.
Ahora, la empresa inglesa Perpetuum, especialista en soluciones de energía obtenida a partir de vibraciones, desarrolló un sistema capaz de generar energía para alimentar un sistema sensor inalámbrico, obtenida de la propia vibración del motor o sistema monitoreado.
El dispositivo consiste en un monitor de vibración inalámbrica para sistemas rotativos, basado en un microgerador PMG17 de la empresa. En este sistema, un transductor piezoeléctrico convierte la energía de la vibración del dispositivo monitoreado en energía eléctrica, ésta, a su vez, alimenta todo el circuito de sensorización y envío inalámbrico de la rotación o movimiento de la pieza. Con ello, se elimina la necesidad de batería para la aplicación.
El microgerador PMG17 está diseñado para operar principalmente con motores de corriente alterna que poseen una vibración típica natural que es dos veces la frecuencia de la red. Con Vibraciones tan pequeñas como 25 mg (rms) en un rango de 2 Hz, la unidad produce una potencia eléctrica mínima de 0,5 mW y puede proporcionar hasta 40 mW de potencia con niveles de Vibración más elevados.
El dispositivo que llega a producir 22 Vac (pico-a-pico) de salida, tiene un circuito típico de aplicación mostrado en la figura 1.
El PMG17-100 tiene niveles operativos en el rango de frecuencias entre 98 y 100 Hz y el PMG17-120 opera entre 1 18 y 120 Hz, proporcionando así dos opciones de diseño. En la figura 2 tenemos la curva típica de rendimiento obtenida en función de la frecuencia.
La energía generada por este dispositivo permite una transferencia de datos a una velocidad de 6 kbytes por segundo, monitoreando el dispositivo utilizado en intervalos pequeños, determinados por la programación.
El circuito y formado por un acelerómetro piezoeléctrico que mide la señal de vibración, un circuito condicionador de señales, un microcontrolador, un acondicionador de energía, un transmisor de radio, un sistema de almacenamiento de energía y el generador PMG17.
El acelerómetro mide la frecuencia de vibración (que depende de la construcción mecánica del sistema que se está monitoreando) y también su velocidad de rotación, así como la amplitud de la vibración. Una fuente conmutada con más del 75% de rendimiento eleva la energía de 20 mJ a 27 mJ, cargando así un condensador en un circuito de acondicionador de energía.
De esta forma, la energía AC producida en el generador se convierte a la forma DC. En la figura 3 vemos un diagrama de bloques que muestra el principio de funcionamiento completo del sistema de sensorización inalámbrica y sin la necesidad del uso de baterías.
En las aplicaciones que involucran la transmisión de datos a corta distancia, con características determinadas por el estándar IEEE 802.11 son necesarias potencias eléctricas muy pequeñas para alimentar los circuitos transmisores.
La idea de utilizar energía a partir de sistemas que producen vibraciones inherentes al propio equipo, es una buena solución que elimina la exigencia de baterías y, por lo tanto, la necesidad de mantenimiento o monitoreo de su estado. El uso de generadores piezoeléctricos como los fabricados por Perpetuum, puede ser una excelente solución para muchas aplicaciones prácticas que encajen en ese contexto.
