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Convertidores de vibraciones a energía eléctrica

En la Universidad Pública de Navarra se han desarrollado dispositivos electromagnéticos para la conversión de vibraciones ambientales en energía eléctrica. Los dispositivos funcionan mediante levitación magnética de muy baja frecuencia y han sido diseñados y optimizados para alimentar dispositivos de bajo consumo como sensores o sistemas de control.

Investigadores del Instituto para Materiales Avanzados y Matemáticas (INAMAT2) y del Instituto Smart Cities (ISC) han construido prototipos que funcionan mediante levitación magnética a frecuencia inferior a 3 Hz. Como han explicado, este rango resulta muy interesante por estar presente en múltiples fuentes de vibración reales. De hecho, el objetivo del proyecto ha sido aprovechar esta fuente de energía presente en muchos entornos como vibración mecánica. Esta energía se puede encontrar en infraestructuras civiles, puentes, maquinaria industrial, transporte, movimiento humano y fenómenos asociados al viento o los flujos de agua.

Los dispositivos que han diseñado (los colectores) utilizan la inducción electromagnética: las vibraciones producen un pequeño movimiento entre un imán y una bobina y este movimiento relativo genera corriente eléctrica. De este modo, parte de la energía mecánica se transforma en electricidad y puede ser utilizada en aplicaciones de bajo consumo.

Existen dispositivos comerciales basados en tecnología piezoeléctrica, pero funcionan bien en vibraciones superiores a 50 Hz, es decir, en vibraciones rápidas (cuando se repite más de 50 veces por segundo). En puentes o transportes, por ejemplo, las vibraciones son mucho más lentas y este tipo de tecnología puede tener peores resultados en estos casos.

Los prototipos diseñados en la UPNA permiten ajustarse a frecuencias de 50 Hz a bera, hasta frecuencias lobo bajas (menos de 3 Hz). Para alcanzar el nivel de muy baja frecuencia, utilizan un fenómeno llamado levitación magnética: imanes que soportan y guían el movimiento de las piezas con una mínima fricción.

Además, los dispositivos son de bajo coste y no requieren elementos estratégicos, ya que utilizan soportes magnéticos de acero y ferritas en lugar de imanes hechos con tierras raras.

Debido al pequeño tamaño de los dispositivos y a la potencia que generan, han sido planteados como soluciones para alimentar la electrónica de bajo consumo eléctrico, como sensores o sistemas de control. En estos casos, estos dispositivos permiten reducir el cableado y la dependencia de las baterías.

Las herramientas de simulación que han desarrollado para diseñar y optimizar estos dispositivos han sido puestas a disposición de la comunidad científica, en almacenes de acceso abierto, para que los investigadores y tecnólogos que trabajan en la captura de energía vibracional puedan utilizar estas herramientas.