Recolección De Energía: Convertir la energía ambiental presente en el medio ambiente en energía eléctrica

Por Fouad Sabry

¿Qué es la recolección de energía?

La recolección de energía es el acto de obtener energía de fuentes externas, capturar esa energía y almacenarla para que la usen dispositivos diminutos, inalámbricos y autónomos. Ejemplos de estos tipos de dispositivos incluyen los que se utilizan en dispositivos electrónicos portátiles y redes de sensores inalámbricos.

Cómo se beneficiará

(I) Información y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Recolección de energía

Capítulo 2: Piezoelectricidad

Capítulo 3: Cohete eléctrico nuclear

Capítulo 4: Piroelectricidad

Capítulo 5: Transductor

Capítulo 6: Batería atómica

Capítulo 7: Componente electrónico

Capítulo 8: Dispositivo betavoltaico

Capítulo 9: Batería nuclear optoeléctrica

Capítulo 10: Marcapasos

Capítulo 11: Microenergía

Capítulo 12: Generador termoeléctrico

Capítulo 13: Transductor ultrasónico

Capítulo 14: Generador alimentado por vibración

Capítulo 15: Generador termoeléctrico automotriz

Capítulo 16: Tope de pilar de cobre térmico

Capítulo 17: Nanogenerador

Capítulo 18: Sistemas dinámicos autoalimentados

Capítulo 19: Batería termoeléctrica

Capítulo 20: Aplicaciones de la fotovoltaica

Capítulo 21: Zhong Lin Wang

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre la recolección de energía.

(III) Ejemplos del mundo real para el uso de la recolección de energía en muchos campos.

(IV) 17 apéndices para explicar, brevemente, 266 tecnologías emergentes en cada industria para tener una comprensión completa de 360 ​​grados de las tecnologías de recolección de energía.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieren ir más allá del conocimiento básico o la información para cualquier tipo de recolección de energía.

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 18 oct 2022

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Derechos de autor

Recolección de energía Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos los derechos reservados.

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida en cualquier forma o por cualquier medio electrónico o mecánico, incluyendo sistemas de almacenamiento y recuperación de información, sin permiso por escrito del autor. La única excepción es por un revisor, que puede citar extractos cortos en una revisión.

Portada diseñada por Fouad Sabry.

Este libro es una obra de ficción. Los nombres, personajes, lugares e incidentes son productos de la imaginación del autor o se usan ficticiamente. Cualquier parecido con personas reales, vivas o muertas, eventos o lugares es completamente coincidencia.

Sobresueldo

Puede enviar un correo electrónico a [e-mail] con el asunto Recolección de energía: conversión de energía ambiental presente en el medio ambiente en energía eléctrica, y recibirá un correo electrónico que contiene los primeros capítulos de este libro.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Prefacio

¿Por qué escribí este libro?

La historia de escribir este libro comenzó en 1989, cuando era estudiante en la Escuela Secundaria de Estudiantes Avanzados.

Es notablemente como las escuelas STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), que ahora están disponibles en muchos países avanzados.

STEM es un plan de estudios basado en la idea de educar a los estudiantes en cuatro disciplinas específicas: ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas, en un enfoque interdisciplinario y aplicado. Este término se usa típicamente para abordar una política educativa o una elección de currículo en las escuelas. Tiene implicaciones para el desarrollo de la fuerza laboral, las preocupaciones de seguridad nacional y la política de inmigración.

Había una clase semanal en la biblioteca, donde cada estudiante es libre de elegir cualquier libro y leer durante 1 hora. El objetivo de la clase es animar a los estudiantes a leer materias distintas al currículo educativo.

En la biblioteca, mientras miraba los libros en los estantes, noté libros enormes, un total de 5,000 páginas en 5 partes. El nombre del libro es La Enciclopedia de la Tecnología, que describe todo lo que nos rodea,desde el cero absoluto hasta los semiconductores, casi todas las tecnologías, en ese momento, se explicaban con ilustraciones coloridas y palabras simples. Comencé a leer la enciclopedia y, por supuesto, no pude terminarla en la clase semanal de 1 hora.

Así que convencí a mi padre para que comprara la enciclopedia. Mi padre compró todas las herramientas tecnológicas para mí al comienzo de mi vida, la primera computadora y la primera enciclopedia tecnológica, y ambas tienen un gran impacto en mí y en mi carrera.

He terminado toda la enciclopedia en las mismas vacaciones de verano de este año, y luego comencé a ver cómo funciona el universo y cómo aplicar ese conocimiento a los problemas cotidianos.

Mi pasión por la tecnología comenzó hace más de 30 años y aún así el viaje continúa.

Este libro es parte de La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes, que es mi intento de dar a los lectores la misma experiencia increíble que tuve cuando estaba en la escuela secundaria, pero en lugar de las tecnologías del siglo 20, estoy más interesado en las tecnologías emergentes del siglo 21, las aplicaciones y las soluciones de la industria.

La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes constará de 365 libros, cada libro se centrará en una sola tecnología emergente. Puede leer la lista de tecnologías emergentes y su categorización por industria en la parte de Próximamente, al final del libro.

365 libros para dar a los lectores la oportunidad de aumentar su conocimiento sobre una sola tecnología emergente todos los días en el transcurso de un período de un año.

Introducción

¿Cómo escribí este libro?

En cada libro de La Enciclopedia de las Tecnologías Emergentes, estoy tratando de obtener información de búsqueda instantánea y cruda, directamente de las mentes de las personas, tratando de responder a sus preguntas sobre la tecnología emergente.

Hay 3 mil millones de búsquedas en Google todos los días, y el 20% de ellas nunca se han visto antes. Son como una línea directa a los pensamientos de la gente.

A veces eso es '¿Cómo elimino el atasco de papel?'. Otras veces, son los miedos desgarradores y los anhelos secretos que solo se atreverían a compartir con Google.

En mi búsqueda por descubrir una mina de oro sin explotar de ideas de contenido sobre Recolección de energía, utilizo muchas herramientas para escuchar datos de autocompletar de motores de búsqueda como Google, luego rápidamente saco cada frase y pregunta útil, la gente pregunta sobre la palabra clave Recolección de energía.

Es una mina de oro de conocimiento de las personas, que puedo usar para crear contenido, productos y servicios frescos y ultra útiles. La gente amable, como tú, realmente quiere.

Las búsquedas de personas son el conjunto de datos más importante jamás recopilado sobre la psique humana. Por lo tanto, este libro es un producto en vivo, y constantemente actualizado por más y más respuestas para nuevas preguntas sobre Recolección de energía, formuladas por personas, como usted y yo, que se preguntan sobre esta nueva tecnología emergente y les gustaría saber más sobre ella.

El enfoque para escribir este libro es obtener un nivel más profundo de comprensión de cómo las personas buscan en torno a Recolección de energía, revelando preguntas y consultas que no necesariamente pensaría en la parte superior de mi cabeza, y respondiendo estas preguntas con palabras súper fáciles y digeribles, y navegar por el libro de una manera directa.

Entonces, cuando se trata de escribir este libro, me he asegurado de que sea lo más optimizado y específico posible. El propósito de este libro es ayudar a las personas a comprender mejor y aumentar su conocimiento sobre la Recolección de energía. Estoy tratando de responder a las preguntas de la gente lo más cerca posible y mostrando mucho más.

Es una manera fantástica y hermosa de explorar preguntas y problemas que tienen las personas y responderlos directamente, y agregar perspicacia, validación y creatividad al contenido del libro, incluso lanzamientos y propuestas. El libro descubre áreas ricas, menos concurridas y, a veces, sorprendentes de demanda de investigación que de otro modo no alcanzaría. No hay duda de que, se espera que aumente el conocimiento de las mentes de los lectores potenciales, después de leer el libro utilizando este enfoque.

He aplicado un enfoque único para hacer que el contenido de este libro sea siempre fresco. Este enfoque depende de escuchar las mentes de las personas, mediante el uso de las herramientas de escucha de búsqueda. Este enfoque me ayudó a:

Conozca a los lectores exactamente donde están, para que pueda crear contenido relevante que toque la fibra sensible y genere una mayor comprensión del tema.

Mantén mi dedo firmemente en el pulso, para que pueda obtener actualizaciones cuando la gente hable sobre esta tecnología emergente de nuevas maneras y monitorear las tendencias a lo largo del tiempo.

Descubra tesoros ocultos de preguntas que necesitan respuestas sobre la tecnología emergente para descubrir ideas inesperadas y nichos ocultos que aumentan la relevancia del contenido y le dan una ventaja ganadora.

El bloque de construcción para escribir este libro incluye lo siguiente:

(1) He dejado de perder el tiempo en ideas viscerales y conjeturas sobre el contenido deseado por los lectores, llené el contenido del libro con lo que la gente necesita y dije adiós a las infinitas ideas de contenido basadas en especulaciones.

(2) He tomado decisiones sólidas, y he tomado menos riesgos, para obtener asientos de primera fila para lo que la gente quiere leer y quiere saber, en tiempo real, y usar los datos de búsqueda para tomar decisiones audaces, sobre qué temas incluir y qué temas excluir.

(3) He simplificado mi producción de contenido para identificar ideas de contenido sin tener que examinar manualmente las opiniones individuales para ahorrar días e incluso semanas de tiempo.

Es maravilloso ayudar a las personas a aumentar su conocimiento de una manera directa simplemente respondiendo a sus preguntas.

Creo que el enfoque de escribir este libro es único, ya que recopila y rastrea las preguntas importantes que hacen los lectores en los motores de búsqueda.

Reconocimientos

Escribir un libro es más difícil de lo que pensaba y más gratificante de lo que podría haber imaginado. Nada de esto hubiera sido posible sin el trabajo realizado por prestigiosos investigadores, y me gustaría reconocer sus esfuerzos para aumentar el conocimiento del público sobre esta tecnología emergente.

Dedicación

Para los iluminados, los que ven las cosas de manera diferente y quieren que el mundo sea mejor, no les gusta el status quo o el estado existente. Puedes estar demasiado en desacuerdo con ellos, y puedes discutir con ellos aún más, pero no puedes ignorarlos, y no puedes subestimarlos, porque siempre cambian las cosas ... Empujan a la raza humana hacia adelante, y mientras algunos pueden verlos como locos o aficionados, otros ven genios e innovadores, porque los que están lo suficientemente iluminados como para pensar que pueden cambiar el mundo, son los que lo hacen, y llevan a la gente a la iluminación.

Epígrafe

La recolección de energía es el acto de obtener energía de fuentes externas, capturar esa energía y almacenarla para su uso por dispositivos pequeños, inalámbricos y autónomos. Ejemplos de estos tipos de dispositivos incluyen los utilizados en electrónica portátil y redes de sensores inalámbricos.

Tabla de contenidos

Derechos de autor

Sobresueldo

Prefacio

Introducción

Reconocimientos

Dedicación

Epígrafe

Tabla de contenidos

Capítulo 1: Recolección de energía

Capítulo 2: Piezoelectricidad

Capítulo 3: Cohete eléctrico nuclear

Capítulo 4: Piroelectricidad

Capítulo 5: Transductor

Capítulo 6: Refrigeración termoeléctrica

Capítulo 7: Batería atómica

Capítulo 8: Componente electrónico

Capítulo 9: Batería nuclear optoeléctrica

Capítulo 10: Sensor piezoeléctrico

Capítulo 11: Marcapasos

Capítulo 12: Generador termoeléctrico

Capítulo 13: Generador termoeléctrico

Capítulo 14: Generador alimentado por vibración

Capítulo 15: Generador termoeléctrico automotriz

Capítulo 16: Golpe del pilar de cobre térmico

Capítulo 17: Nanomotor de nanotubos de carbono

Capítulo 18: Sistemas dinámicos autoalimentados

Capítulo 19: Batería termoeléctrica

Capítulo 20: Sensor láser de termopila

Capítulo 21: Zhong Lin Wang

Epílogo

Sobre el autor

Próximamente

Apéndices: Tecnologías emergentes en cada industria

Capítulo 1: Recolección de energía

La recolección de energía (EH), también conocida como recolección de energía, eliminación de energía o energía ambiental, es el proceso por el cual la energía se deriva de fuentes externas (como energía solar, energía térmica, energía eólica, gradientes de salinidad y energía cinética, también conocida como energía ambiental), capturada y almacenada para su uso por dispositivos pequeños, inalámbricos y autónomos, como los utilizados en dispositivos electrónicos portátiles y redes de sensores inalámbricos. La recolección de energía también se conoce a veces como eliminación de energía.

En la mayoría de los casos, los recolectores de energía solo son capaces de suministrar una cantidad insignificante de energía a dispositivos de baja energía. Incluso si el combustible de entrada a ciertos generadores a gran escala cuesta recursos (petróleo, carbón, etc.), la fuente de energía para los recolectores de energía está presente como energía ambiental de fondo. Por ejemplo, los gradientes de temperatura pueden ser causados por el funcionamiento de un motor de combustión, y en las áreas metropolitanas, hay una cantidad significativa de radiación electromagnética en la atmósfera debido a la transmisión de señales de radio y televisión.

Las radios de cristal son uno de los primeros ejemplos de tecnología que utiliza electricidad recolectada del medio ambiente en forma de radiación electromagnética ambiental (EMR).

Es posible ilustrar los fundamentos de la recolección de energía de EMR ambiental utilizando solo componentes fundamentales.

Tanto el sector militar como el comercial han mostrado un interés significativo en los sistemas de recolección de energía que transforman la energía del entorno circundante en energía eléctrica. Algunos sistemas son capaces de convertir el movimiento, como el producido por las olas del océano, en energía, que luego puede ser utilizada por los instrumentos de monitoreo oceanográfico para llevar a cabo sus tareas de forma autónoma. En el futuro, las aplicaciones pueden incluir dispositivos con salida de alta potencia (o matrices de tales dispositivos), que se instalan en áreas distantes para actuar como centrales eléctricas confiables para sistemas enormes. Otro uso para la tecnología de recolección de energía es en dispositivos electrónicos portátiles, donde se puede usar para alimentar o recargar dispositivos móviles como teléfonos, computadoras móviles, equipos de comunicación por radio, etc. Todos estos dispositivos deben ser muy duraderos para que puedan soportar el contacto prolongado con condiciones peligrosas, y deben tener un amplio rango de sensibilidad dinámica para que puedan aprovechar todo el espectro de movimientos de onda.

Los sensores pequeños y autosuficientes, como los producidos con tecnología MEMS, pueden alimentarse con energía que también se puede capturar. La dependencia de la energía de la batería restringe la gama de aplicaciones para estos dispositivos, a pesar del hecho de que a menudo son bastante compactos y utilizan relativamente poca electricidad. Los sensores inteligentes podrían seguir funcionando para siempre si pudieran recolectar energía de factores ambientales como vibraciones, viento, calor o luz.

Las densidades de potencia típicas a las que se puede acceder desde los dispositivos de recolección de energía dependen en gran medida de la aplicación en cuestión, lo que a su vez tiene un efecto en el tamaño del generador, así como en el diseño del generador de recolección en sí.

En general, para los dispositivos que funcionan con movimiento, los valores típicos son unos pocos μW / cm³ para aplicaciones alimentadas por el cuerpo humano y cientos de μW / cm³ para generadores alimentados por maquinaria.

Un condensador, un supercondensador o una batería son ejemplos de lugares donde se puede almacenar energía. Cuando una aplicación requiere ráfagas masivas de energía, los condensadores son a menudo el componente de elección. Las baterías se utilizan cuando el dispositivo tiene que suministrar un flujo constante de energía, ya que pierden menos energía que otras fuentes de energía. El tipo de batería que se utiliza tiene un efecto sobre estas características de la batería. Aunque los tipos de baterías más tradicionales, como el hidruro metálico de níquel, todavía se usan ampliamente hoy en día, las baterías de plomo ácido y de iones de litio son dos de los tipos de baterías más frecuentes que se utilizan para este propósito. En comparación con las baterías, los supercondensadores tienen ciclos de carga-descarga casi infinitos y, como resultado, pueden funcionar indefinidamente. Esto los hace ideales para su uso en Internet de las cosas y dispositivos sensores inalámbricos, ya que eliminan la necesidad de mantenimiento.

Las redes de sensores independientes ahora están atrayendo mucha atención en el campo de la recolección de energía de baja potencia. En estas aplicaciones, la energía se recolecta y almacena en un condensador antes de ser impulsada y controlada y enviada a un segundo condensador de almacenamiento o batería para su uso en el microprocesador.

La rueda hidráulica y el molino de viento son dos de los primeros ejemplos de dispositivos que se utilizaron para reunir energía. Durante muchas décadas, las personas han estado buscando diferentes métodos para almacenar la energía que proviene del calor y las vibraciones. La necesidad de alimentar redes de sensores y dispositivos móviles sin el uso de baterías es una de las principales fuerzas motivadoras detrás de la búsqueda de sistemas innovadores de recolección de energía. La necesidad de encontrar soluciones a los problemas del cambio climático y el calentamiento global es otro factor que impulsa el desarrollo de tecnologías de recolección de energía.

Hay varias fuentes de energía que operan a pequeña escala que, en general, no se pueden escalar a nivel industrial para proporcionar una producción igual a la de la energía solar, eólica o undimotriz que opera a escala industrial:

Algunos relojes de pulsera, a menudo conocidos como relojes automáticos, funcionan con energía cinética; En este caso, la energía es generada por el movimiento del brazo. El enrollado de su resorte principal es causado por el movimiento del brazo. En una versión más reciente, a la que Seiko se refiere como cinética, el movimiento de cuarzo no es alimentado por una batería, sino por el movimiento de un imán dentro de un generador electromagnético. Debido al movimiento, hay una tasa de cambio en el flujo, lo que hace que las bobinas produzcan algunos campos electromagnéticos inducidos. La idea está conectada con la Ley de Faraday de alguna manera.

La energía fotovoltaica es una forma de generar energía mediante la conversión de la radiación solar (tanto en el interior como en el exterior) en electricidad de corriente continua utilizando semiconductores que muestran el efecto fotovoltaico. Esto se puede hacer tanto al aire libre como en interiores. Los paneles solares, cada uno de los cuales tiene una serie de células individuales que contienen un material fotovoltaico, se utilizan en el proceso de producción de electricidad a través de la energía fotovoltaica. Tenga en cuenta que la energía fotovoltaica ahora se puede producir a escala industrial, y que existen grandes granjas solares.

Los generadores termoeléctricos, también conocidos como TEG, están formados por una conexión entre dos materiales diferentes y la existencia de un gradiente de temperatura.

La conexión térmica de varias uniones en paralelo mientras se conectan eléctricamente en serie permite la producción de grandes salidas de voltaje.

El rendimiento típico es de 100–300 μV/K por unión.

Estos pueden ser utilizados para cosechar mW de energía de varias piezas de maquinaria industrial, estructuras, incluso el cuerpo de un ser humano.

En la mayoría de los casos, los disipadores de calor se utilizan junto con ellos para lograr el gradiente de temperatura deseado.

Las microturbinas eólicas se utilizan para recopilar energía eólica de fácil acceso en el entorno en forma de energía cinética para alimentar dispositivos electrónicos de baja potencia, como nodos de sensores inalámbricos. Este tipo de energía se puede utilizar para