Hola
En la línea del post de Carlos, quisiera poner sobre la mesa aplicaciones semejantes que en otros sectores de la ingeniería industrial de pequeño tamaño, como la relojería, se han desarrollado para tener máquinas de movimiento perpetuo… o más bien, periódicamente continuado. Tenemos el claro caso de masa oscilante que comenta Carlos (los relojes automáticos que conocemos disponen de este ingenio desde los años 60) pero como adelantaba requiere de movimiento periódico, y un sensor colgado en una pared tiene entre muy poco y ninguno. Otra aplicación sería que dicho sensor estuviera en un entorno en movimiento habitual, ascensores, vehículos, puertas…. aún así, estamos hablando de una reserva de marcha de 8 a 16 horas.
Algo a medio camino entre la pila convencional y el movimiento mecánico, sería el caso del movimiento de los Seiko Kinetic, que básicamente es un movimiento de cuarzo que lleva un sistema de carga que funciona automaticamente con el movimiento, generando electricidad que carga una batería o acumulador para hacer funcionar el mecanismo de cuarzo del reloj. Al final, no deja de ser un mecanismo que requiere movimiento, en este caso para cargar una pila, en lugar de cargar un muelle.
Reloj Jaeger LeCoultre, Atmos 3000
Pero el funcionamiento es tan conceptualmente básico como ingenioso… en el respaldo del reloj hay un membrana llena de una mezcla de gases, que aumentan o disminuye su volumen en función de los cambios de temperatura o presion del ambiente. Este cambio de tamaño de la membrana oprime el muelle donde está sujeta la cadena, que a través de un piñón dentado acaba por cargar un muelle real dentro de un pequeño barrilete. Un cambio de temperatura del reloj de sólo 1ºC, en teoría le da una autonomía de funcionamiento de 48 horas. Hay que considerar que el bajísimo consumo de este reloj está producido por el sistema de péndulo de torsión que equipa.
Pero algo tan sencillo y aparentemente funcional tiene su cara no menos práctica dentro de nuestro mundo…. una sería el volumen que ocupa (todo es cuestión de estudio para su disminución) y otra el precio. Estamos hablando que el conjunto completo, usando materiales de relojería y joyería de primer orden está entre los 3000€ y los 1.500.000€ …. sin duda fuera del alcance para un sensor… con ese importe puedes comprar muchas pilas y muchas horas de mano de obra para cambiarlas….
Mientras, podemos seguir estudiando su eficiencia.
http://www.jaeger-lecoultre.com/la/es/watches/atmos-classique
En realidad lo que más me impresiona del mundo de la relojería es que consiguen dispositivos con un consumo energético mínimo.
Decían en las clases de física que la energía es la capacidad de producir trabajo y que el trabajo es el producto de la fuerza utilizada por el movimiento. Reduciendo el peso de las agujas se reduce la furza necesaria, optimizando el mecanismo (y en el sector de la relojería llevan años hacíendolo) se reducen las perdidas mecánicas por las fricciones.
La gran ventaja del reloj es que no ha pérdidas por conversión, una energía mecánica se transforma en otra energía mecánica, la conversión de mecánica en eléctrica, el almacenamiento en baterías o condensadores, etc. es la gran desventaja de estas tecnologías aplicadas al mundo de las «cosas» eléctricas.
En el fondo un cambio de temperatura dilata o contrae a los materiales, el recorrido es mínimo, pero la fuerza es alta, podríamos poner una palanca que multiplicara por 100 el recorrido y dividiera por 100 la fuerza, la palanca podría mover una bobina dentro de un campo magnético para generar electricidad, pero las ineficiencias en la conversión son muy altas. Lo mismo con gases y una membrana, siempre el problema es la conversión. De hecho quizás la forma más eficiente de utilizar esta energía sea aprovechar el pequeño desplazamiento con una fuerza alta para generar tensión con un cristal piezo eléctrico, directamente.
De hecho, una buena posibilidad en entornos que cambian en unos márgenes de temperatura sería utilizar aleaciones con efecto memoria, hay algunas que tienen un comportamiento bidireccional, es decir, que en uno y otro lado de su temperatura martensítica son capaces de cambiar entre dos formas, en este caso los desplazamientos son grandes y las fuerzas también lo son, lo que les dota de una gran capacidad de generación de energía.
Sigo creyendo en que para cada aplicación podemos aprovechar las características del entorno concreto, y pongo un par de ejemplos adicionales: si queremos medir la temperatura a la salida de aire de un servidor podemos aprovechar la energía generada por el flujo de aire, un sensor de apertura de puertas puede estar alimentado por un generador conectado a la puerta.
La cuestión, tal como dice Nako es que hay que analizar el balance entre el coste y el beneficio y de momento no es ninguna maravilla.
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