La electricidad que se consume en las viviendas para que funcionen los electrodomésticos crea pequeños campos magnéticos alrededor de estos aparatos. Es una fuente de energía sostenible para dispositivos inteligentes que se están incorporando en infraestructuras inteligentes. Los campos magnéticos perdidos son ubicuos en los edificios, pero tienen una frecuencia fija (50/60 Hz) y una baja amplitud.
Esta particularidad ha servido para que los científicos de la Universidad de Pensilvania (EEUU) hayan querido desarrollar un nuevo mecanismo capaz de recolectar esta energía desperdiciada y convertirla en suficiente electricidad para alimentar las redes de sensores de próxima generación e edificios y fábricas inteligentes, según la publicación de los hallazgos en la revista Energy and Environmental Science.
"Al igual que la luz solar es una fuente de energía gratuita que tratamos de recoger, también lo son los campos magnéticos", dice Shashank Priya, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y vicepresidente asociado de investigación en Penn State. "Tenemos esta energía omnipresente presente en nuestros hogares, oficinas, espacios de trabajo y automóviles. Está en todas partes, y tenemos la oportunidad de aprovechar este ruido de fondo y convertirlo en electricidad utilizable".
Este equipo de científicos de Penn State ha desarrollado un dispositivo que proporciona una potencia de salida 400% más alta en comparación con otras tecnologías de vanguardia que trabajan con campos magnéticos de bajo nivel.
La tecnología tiene implicaciones para el diseño de edificios inteligentes, que requerirán redes de sensores inalámbricos autoalimentados para hacer cosas como monitorear la energía y los patrones operativos y controlar los sistemas de forma remota, según los científicos.
"En los edificios, se sabe que si automatizas muchas funciones, podrías mejorar la eficiencia energética de manera muy significativa", explica Priya, "los edificios son uno de los mayores consumidores de electricidad. Por lo tanto, incluso una pequeña caída en el consumo de energía podría representar o traducirse en megavatios de ahorro. Los sensores son los que permitirán automatizar estos controles, y esta tecnología es una forma realista de alimentar esos sensores".
Los investigadores ha diseñado dispositivos delgados como el papel, de aproximadamente 1.5 pulgadas de largo, que se pueden colocar en los electrodomésticos o cerca de ellos, con luces o cables de alimentación donde los campos magnéticos son más fuertes. Estos campos se disipan rápidamente de la fuente de corriente eléctrica que fluye.
Por ejemplo, cuando se coloca a 10 centímetros de un calentador, el dispositivo produce suficiente electricidad para alimentar 180 bombillas de LED, y a 20 centímetros es suficiente para alimentar un despertador digital.
"Estos resultados proporcionan avances significativos hacia una energía sostenible para sensores integrados y sistemas de comunicación inalámbricos", dijo Min Gyu Kang, profesor asistente de investigación en Penn State y coautor principal del estudio.
Los científicos utilizaron una estructura compuesta, superponiendo dos materiales diferentes. Uno de estos materiales es magnetoestrictivo, que convierte un campo magnético en tensión, y el otro es piezoeléctrico, que convierte la tensión o vibraciones, en un campo eléctrico. La combinación permite que el dispositivo convierta un campo magnético en una corriente eléctrica.
El dispositivo tiene una estructura en forma de haz con un extremo sujeto y el otro libre para vibrar en respuesta a un campo magnético aplicado. Un imán montado en el extremo libre del haz amplifica el movimiento y contribuye a una mayor producción de electricidad, según explican los científicos.
"La belleza de esta investigación es que utiliza materiales conocidos, pero diseña la arquitectura para maximizar básicamente la conversión del campo magnético en electricidad", añade Priya "esto permite lograr una alta densidad de potencia bajo campos magnéticos de baja amplitud".
En el estudio no solo participaron miembros de la Universidad de Pen State, sino también investigadores de Virginia Tech, y el científico investigador principal del Centro de Aviación y Misiles del Ejército de EEUU, Mohan Sanghadasa.
Turbomotor2000
20/04/2020