Categories: Articles destacats » Notícies elèctriques interessants
Nombre de visualitzacions: 73139
Comentaris sobre l'article: 18
Els pieogeneradors són noves fonts d’electricitat. Fantasia o realitat?
Una pel·lícula piezoelèctrica fina en un finestral que absorbeix el soroll del carrer i el converteix en energia per carregar el telèfon. Viatges a les voreres, escales mecàniques que carreguen bateries d’il·luminació autònoma mitjançant transductors piezo. Corrents densos de cotxes en carreteres molt transitades, generant megawatts d'electricitat, cosa que és suficient per a ciutats i pobles sencers.
Ciència ficció? Malauradament, de moment, sí, i això pot romandre. Hi ha una alta probabilitat que aviat s’acabi el bombo al voltant de missatges sensacionals sobre meravelloses perspectives generadors d’energia piezoelèctrica. I tornarem a somiar amb una energia elèctrica segura, renovable i, per ser sincer, rebuda amb la participació d'altres fenòmens. Al cap i a la fi, la llista d’efectes físics és notablement llarga.
El fenomen de la piezoelectricitat va ser descobert pels germans Jackson i Pierre Curie el 1880 i des de llavors s’ha generalitzat en l’enginyeria de la ràdio i la tecnologia de mesurament. Consisteix en el fet que la força aplicada a la mostra d’un material piezoelèctric condueix a l’aparició d’una diferència de potencial als elèctrodes. L’efecte és reversible, és a dir. també s’observa el fenomen contrari: aplicant tensió als elèctrodes, la mostra es deforma.
Segons el sentit de la conversió d’energia els piezoelèctrics es divideixen en generadors (conversió directa) i motors (inversos). El terme "generadors piezoelèctrics" no caracteritza l'eficiència de conversió, sinó només la direcció de la conversió d'energia.
Exactament el primer fenomen associat a la generació d’electricitat sota tensions mecàniques, en els darrers anys, enginyers i inventors s’han interessat. A partir d’una cornucòpia, es va informar de la possibilitat d’obtenir energia elèctrica, aprofitant el soroll del carrer, el moviment d’ones i el vent i les càrregues del moviment de persones i cotxes.
Avui es coneixen diversos exemples de l'ús pràctic d'aquesta energia. A l’estació de metro Marunuchi de Tòquio s’instal·len generadors piezoelèctrics a la sala d’entrades. L’acumulació de passatgers és suficient per controlar els torns de volta.
A Londres, en una discoteca d’elit, els generadors piezoelèctrics alimenten diverses làmpades que estimulen el ball i ... la venda de refrescos. Els encenedors piezoelèctrics s'han convertit en habituals. Ara qualsevol fumador porta a la butxaca la seva "central".
Fa relativament poc temps, la comunitat mundial va esclatar un missatge sobre els sistemes de prova per generar energia a partir de vehicles en moviment. Científics israelians d’una petita empresa Innowattech calculat que Un quilòmetre de l'autovia pot generar energia elèctrica de fins a 5 MW. No només van realitzar els càlculs, sinó que també van destapar diverses desenes de metres de la carretera i van muntar els seus generadors piezoelèctrics a sota seu. Semblava que finalment s’havia produït un avenç en el camp de l’energia alternativa. Però això planteja seriosos dubtes.
Considerem amb més detall la física dels processos que es produeixen en els piezoelèctrics. Per conèixer els principis de generació d’energia mitjançant materials piezoelèctrics, és suficient una comprensió de diversos mecanismes bàsics. Quan un element piezoelèctric actua mecànicament, els àtoms es desplacen a la gelosia asimètrica del material. Aquest desplaçament condueix a l’aparició d’un camp elèctric, que indueix (indueix) càrregues als elèctrodes de l’element piezoelèctric.
A diferència d'un condensador convencional, les plaques poden estalviar càrregues durant molt de temps, les càrregues induïdes de l’element piezoelèctric només es conserven sempre que la càrrega mecànica actuï. És en aquest moment quan es pot obtenir energia de l’element. Després de l’eliminació de la càrrega, les càrregues induïdes desapareixen. Essencialment l’element piezoelèctric és una font de corrent insignificant amb una resistència interna molt elevada.
Atès que els especialistes d’Innowattech no consideraven necessari compartir els resultats del seu experiment amb el públic en general, intentarem fer estimacions numèriques aproximades de l’efectivitat del treball piezoelèctric com a font d’energia. Com a objecte de càlcul, agafem un encenedor normal per a la llar, l'únic producte que s'utilitza àmpliament.
De l’abundància de característiques tècniques dels materials piezoelèctrics només en necessitem uns quants. Aquest és el valor del mòdul piezoelèctric, que per a piezoelèctrics comuns (i encara no en produeixen uns altres) oscil·la entre 200 i 500 picoculons (de 10 a menys 12 graus) per newton, i caracteritza l'eficiència de la generació de càrrega sota la influència de la força.
Aquesta característica no depèn de la mida de l’element piezoelèctric, però està completament determinada per les propietats del material. Per tant, intentar fer convertidors més potents augmentant les dimensions geomètriques no té sentit. La capacitat de les plaques piezoelèctriques més lleugeres és coneguda i és d’uns 40 picofarads.
El sistema de palanca per transmetre força a l'element piezoelèctric crea una càrrega d'aproximadament 1000 Newtons. El desnivell en què salta la guspira és de 5 mm. La força dielèctrica de l’aire es pren 1 kV / mm. Amb aquestes dades inicials un encenedor genera espurnes que van de 0,9 a 2,2 megavats.
Però no tingueu por. La durada de descàrrega és de només 0,08 nanosegons, per tant, uns valors tan grans de potència. Càlcul de l’energia total generada per l’encenedor proporciona un valor de només 600 microjoules. En aquest cas, l’eficiència de l’encenedor, tenint en compte que la força mecànica a través del sistema de palanca es transmet completament a la piezoelèctrica, és només d’un 0,12%.
Els esquemes de recuperació d’energia proposats en diversos projectes s’acosten als modes de funcionament dels encenedors. Els elements piezoelèctrics individuals generen una alta tensió que trenca el buit de descàrrega i el corrent flueix cap al rectificador i, després, al dispositiu d’emmagatzematge, per exemple, a un ionista. Una altra conversió d’energia és normal i sense interès.
Passem dels encenedors a la tasca de generar energia a escala industrial. Utilitzeu els elements més eficients que generen 10 milwatts per element. Recollits en grups (100) d’elements, se situen sota el llit de carretera. Aleshores, per obtenir el valor de potència declarat de l’ordre d’1 MW per quilòmetre de la carretera, només caldran ... 100 milions d’elements individuals amb esquemes d’eliminació d’energia individuals. Queda la tasca de resumir-la, transformar-la i transmetre-la al consumidor. Al mateix temps, els corrents dels elements, tenint en compte la càrrega que canvia a la calçada, es trobaran en el rang de nano o fins i tot de picoamperes.
Adquirint projectes similars per obtenir energia amb l'efecte piezoelèctric, es pot sol·licitar involuntàriament l'analogia amb una central hidroelèctrica, en la qual les turbines funcionen a partir de la humitat de la rosada del matí, recollida amb cura dels camps circumdants.
Però, què passa amb l’experiment de l’empresa israeliana? L'informe sobre els resultats del "naufragi" a la carretera no apareixia. Però, abans de la realització del contracte d’energia de l’autopista Venècia-Trieste, que Innowattech va signar.
Hi ha una versió sobre això: es tracta d’una empresa de tipus startup, és a dir. capital d’inversió d’alt risc. Després d'haver rebut més que modestos resultats preliminaris dels investigadors, els seus fundadors van decidir justificar els diners invertits i invertits en un excel·lent moviment de màrqueting; van realitzar una prova efectiva amb la participació de la premsa. I tot el món va començar a parlar d’una petita empresa. I davant d’aquest soroll, es va perdre la pregunta principal: on són els megavatios d’energia barata?
En resum, només es pot treure una conclusió: els elements piezoelèctrics no es convertiran mai fonts alternatives d’electricitat a escala industrial. L’abast de les seves aplicacions es limitarà a fonts i sensors d’energia de baix consum (micropower). Quina llàstima, una idea tan bonica!
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: