TENNIS SOLAR PIEZOELECTRICO

Hoy en día la producción de aparatos electrónicos como juguetes y objetos que necesitan de pilas han aumentado debido a la creciente demanda de la población. Es por esto que se pensó en una manera de poder generar menos impacto al medio ambiente por el uso excesivo de pilas desechables en dichos aparatos.

Esto nos llevó a la creación de un par de tenis piezoeléctricos, los cuales tienen como objetivo, la reducción del uso de baterías desechables, al momento de remplazarlas por baterías recargables, las cuales se cargarán de energía cuando caminemos, practiquemos algún deporte, o nos expongamos a la luz del sol.

 Los tenis piezoeléctricos son zapatos deportivos que integran en la planta del mismo, un sistema de pastillas piezoeléctricas cableadas a un diodo y posteriormente a un capacitor, para finalmente cargar de energía a la pila AAA, que está dentro de la suela del tenis. Además, tiene un panel solar en la parte frontal, que recarga la misma batería, ubicada en la suela.

El panel cuenta con un sensor integrado, que al momento de detectar oscuridad se enciende un foco led, ubicado en un costado del tenis.

SUSTENTO

Este dispositivo está sustentado por el efecto fotovoltaico. Este fenómeno es aquel en el que las partículas de luz llamadas fotón, impactan con los electrones de un metal arrancando sus átomos. El electrón se mueve durante el proceso dando origen a una corriente eléctrica. Este fenómeno es aprovechado en las plantas que utilizan paneles solares, los cuales reciben la energía lumínica del sol transformándola en electricidad.

la corriente eléctrica es el movimiento de electrones, siendo éstos portadores de cargas eléctricas negativas. Cuando los electrones se mueven, se origina una corriente eléctrica. La corriente es igual al número de cargas en movimiento entre un intérvalo de tiempo.

i = d(Q)/dt

i: Es la corriente electrica

Q: Es la carga eléctrica que atraviesa el área transversal de un conductor.

d/dt: Es un operador que indica la variación de cargas eléctricas respecto del tiempo.

Cuando una lámina de metal está expuesta a la luz a una sola frecuencia, se produce electricidad en su interior de esta manera: la luz cuando viaja se comporta como una onda, pero al intercambiar su energía con cualquier objeto lo hace como una partícula que es llamada fotón. Cuando el fotón choca con un electrón de un átomo de la lámina metálica, desaparece y cede toda su energía al electrón, expulsándolo hacia otro átomo.

Como el fotón desaparece durante la colisión, se hace fácil comprender que la energía de movimiento absorbida por el electrón depende de un solo fotón. Esto nos indica que la electricidad resultante no depende de la intensidad de la luz, sino más bien de la energía que porta el fotón.

E = hF

E' Es la energía que porta el fotón; 'h' es la constante de Planck, y 'F' es la frecuencia del fotón de luz.

                              HISTORIA DE LA PIZOELECTRICIDAD

La piezoelectricidad fue observada por primera vez en el año 1881, mientras se estudiaba la compresión del cuarzo. Esta propiedad piezoeléctrica puede definirse como la característica que poseen algunas sustancias no conductoras, cristalinas, que cuando están sometidas a determinadas deformaciones mecánicas crean potencial eléctrico a través de sus vibraciones.

Esta cualidad es un buen elemento para el recargo de pilas AAA, ya que su única limitación en generar dicha energía sería que las personas no hagan uso de los tenis piezoeléctricos. 

De igual manera, la energía solar tiene un largo historial de innovación en el mundo.

Una de las que más destacan son en el año 1867, fecha en la que el científico suizo Horace de Saussure desarrolló el primer colector solar. Después en 1880, se fabricaron las primeras celdas fotovoltaicas de luz visible hechas de selenio, con una eficiencia de conversión de 1 a 2%. Más tarde, el primer calentador de agua solar, el cual fue patentado en 1891 por Clarence Kemp.  Y, por último, la Guerra del Golfo de 1990, situación que aumentó aún más el interés en la energía solar como una alternativa viable para la sustitución del petróleo como fuente principal de energía, debido a la escasez de este elemento durante dicha fecha.

LA ENERGÍA SOLAR EN LA ACTUALIDAD 

 En la actualidad, la energía solar se usa de dos formas: 

La primera es la potencia térmica solar, en la que el sol se usa para calentar fluidos, los cuales impulsan turbinas y otras máquinas. La segunda es la conversión fotovoltaica (paneles solares) en los que la electricidad es producida directamente del sol.

Además, la energía solar jamás acabará, ya que al sol aún le quedan 6.500 millones de años de vida, según apunta la NASA.

Destacando, que las condiciones para el desarrollo de esta energía son óptimas: “cada hora, el sol arroja sobre la Tierra más energía –en forma de luz y calor- de la suficiente para colmar las necesidades globales de un año completo”. Necesidades energéticas que la radiación solar podría satisfacer 4.000 veces cada año.

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De hecho, según Energías Renovables Info, la superficie terrestre recibe 120.000 terawatios de irradiación solar, “lo que supone 20.000 veces más potencia de la que necesita el planeta al completo”. Para defender el optimismo depositado en este tipo de energía, la Union of Concerned Scientists sostiene que sólo 18 días de irradiación solar sobre la Tierra contienen la misma cantidad de energía que la acumulada por todas las reservas mundiales de carbón, petróleo y gas natural. 

USO DE LA ENERGÍA SOLAR Y LAS PILAS EN NUESTRO PROTOTIPO

Resaltando, que la energía solar es una de las más importantes y eficaces en cuanto a producción de energía renovable en México.

Es por eso que consideramos muy importante utilizar ambos tipos de energías sustentables para recargar pilas de uso cotidiano (AAA). Lo cual hace de nuestro prototipo un dispositivo “verde”, ya que es amigable con el medio ambiente, y ayuda a la conservación de este.

Uno de los problemas que causamos al desechar las pilas es que expulsan y generan una gran cantidad de contaminantes debido a sus componentes altamente tóxicos. Lo cual es el tema principal con respecto al medio ambiente que manejaremos con nuestro prototipo: “La contaminación por pilas desechables en México y su toxicidad”.

Dependiendo del tipo de pila, sus componentes están constituidos por sustancias tóxicas como el Hg, Pb, Ni, y Cd, y otras veces por elementos no tóxicos como el Zn. El tercer componente es un conductor iónico denominado electrolito. Las pilas se pueden clasificar en primarias y secundarias. 

Las baterías primarias son desechables debido a que sus componentes químicos, una vez que se convierten en energía eléctrica, ya no pueden recuperarse. Dentro de esta categoría misma se encuentran las pilas comunes y corrientes, generalmente de bajo precio denominadas carbón-zinc (C-Zn); la cuales tienen poca duración y constituyen una gran parte del volumen de desechos generados, y proceden en su gran mayoría del mercado asiático. También en esta categoría se incluyen las alcalinas, cuya duración es tres o más veces mayor que las anteriores. 

Las pilas secundarias son las recargables, las cuales se desechan proporcionalmente en menor volumen que las primarias.

Partiendo del hecho de que todas las pilas y baterías producidas para consumo nacional o de importación (ya sea legal o ilegalmente), se convierten en residuos. Se puede calcular que durante los últimos siete años, se produjo un promedio de 35,500 toneladas anuales. Esta cifra comprende las baterías primarias.

Además, hay datos que indican que una pila de tipo secundario (recargable) puede sustituir hasta 300 desechables. Y si bien, se opta por el uso de pilas recargables de manera sustentable, como las que porta el tenis piezoeléctrico, se reduce aún más el impacto que estas tienen en el ambiente.

De igual manera, el prototipo promueve la realización de deporte, debido a que se plantea una manera creativa de realizar dicha actividad.

Concluimos que el prototipo tiene una amplia área de aplicación en la sociedad, porque puede ser utilizado mientras el ser humano realiza sus actividades diarias, así como en la realización de deportes, y de igual forma en personas de cualquier edad, pero determinamos que sería más efectivo en personas que sean activas durante el día.