Estudi d’un captador d’energia electromagnètic a partir de les vibracions generades per l’onatge incident en una boia

Abstract

[CATALÀ] Aquest projecte és basa en els passos a seguir per l’implementació i el disseny d’un captador d’energiaper tal d’alimentar mitjançant el moviment de les ones marines,els sensors incorporats en una boiade deriva. A més, el projecte recull tots els passos els quals s’han dut a terme per fer el disseny, l’estudi i l’implementació d’un prototip. En primer lloc, farem una recerca d’altres acumuladors d’energia per veure com altres dissenyadors han dut a terme els seus prototips, quins inconvenients han tingut i si han estat eficaços o no, d’aquesta manera poder dur a terme possibles millores i solucionar els possibles inconvenients apareguts a l’hora de fer el disseny. Com que el principal objectiu d’aquest projecte és l’acumulació d’energia amb un generador, s’ha fet un repàs a l’electromagnetisme, per poder veure els principis de funcionament. S’han fetassaig en buit, assaig en curtcircuit i un assaig per saber el moment resistent que tenim a l’eix d’entrada del generador, moment el qual s’hade superar per a que el captador comenci a generar energia, d’aquesta manera, podem arribar a conèixer les característiques necessàries i tenir una idea dels resultats que obtindrem. Per tal de reduir la fricció entre els elements del captador s’han incorporat rodaments. Ja que el captador ha de romandre durant un període prolongat al mar, s’ha fet un estudi dels rodaments utilitzats en el captador, estudiant desde la vida útil fins ala petita fricció que tindrem durant el funcionament, incloent-hi els moments necessaris a superar per tal que el nostre mecanisme comenci a produir energia. Dos dels rodaments incorporats són els rodaments “one way”, amb aquests rodaments aconseguirem que l’eix del generador giri només en un sentit, i d’aquesta manera no necessitarem un posterior rectificador per eliminar els voltatges negatius. Per tal d’augmentar la velocitat en l’eix del generador, i d’aquesta manerapoder treure la màxima energia possible, s’han incorporat dos trens d’engranatges, amb el seu estudi previ. L’objectiu d’aquest estudi és saber la relació entre la velocitat i el moment d’entrada respecte al de sortida i poder dissenyar-los de manera que podem treure el màxim rendiment. Per acabar, s’ha dissenyat i fabricat un prototip, amb una impressora 3D i una talladora làser, s’han fet les proves pertinents per poder veure els resultats que podríem obtenir un cop llençada la boia al mar. Per fer aquestes proves s’ha introduït el captador en un tanc d’aigua i amb l’ajut d’una bomba hem simulat ones, d’aquesta manera podem tenir una idea de l’efectivitat del nostre mecanisme, i de si serà capaç d’alimentar els sensors, quant de temps, i quants cops podrà transmetre informació amb l’energia acumulada al llarg d’un dia. Finalment hem pogut veure que els rodaments del captador tenen una llarga vida útil i l’energia capaç d’acumular el nostre captador ens permet transmetre un cop cada dues hores, complint d’aquesta manera l’objectiu del projecte.

[ANGLÈS] This project talks about following the steps forthe implementation and design of an energy harvesting to feed by means of the movement of the marine waves, the sensors areincorporated in a drifting buoy. In addition, the project includes all the steps that have been carried out to make the design, study and implementation of a prototype. Firstly, we will do a search of other energy accumulators to see how other designers have carried out their prototypes, what inconveniences they have had and whether they have been effective or not, in this way to be able to carry out possible improvements and solve the possible problems appeared at the time of designing. As the main objectiveis the accumulation of energy by a generator, a review of electromagnetism has been done, in order to see the principles of operation. Some tests such as vacuum test, short circuit test and a test to know the resistant moment that we have in the input shaft of the generator, the moment that we have to overcome so that the mechanism starts generating energy, in this way, we can know the necessary characteristics and have an idea of the results that we will obtain. In order to reduce the friction between the elements of the sensor as much as possible, we have incorporated bearings. Since the collector has to remain during a prolonged period in the sea, a study of the bearings used in the collector has been done, studying from the useful life until the small friction that we will have during the operation, including the necessary moments to surpass, so that our mechanism begins to produce energy, two of the built-in bearings are called one way bearings, with these bearings we will get the generator shaft to rotate only in one direction, and in this way we will not need a subsequent rectifier to eliminate the negative voltages . In order to increase the speed in the axis of the generator, and in this way to be able to extract the maximum energy, two trains of gears have been incorporated, with their previous study. The objective of this study is to know the relationship between the speed and the moment of entry respect to the exit and the design that we can get the maximum performance. Finally, a prototype has been designed and manufactured, with a 3D printer and a laser cutter, the relevant tests have been done to see the results we could obtain once the buoy was launched on the sea. To make these tests the mechanism has been introduced into a water tank and with the help of a pump we have simulated waves, in this way we can have an idea of the effectiveness of our mechanism, and ifit will be able to feed the sensors, for how much time, and for how many times you can transmit information with the accumulated energy over a day. Finally, we have been able to see that the sensor bearings have a useful life longer than a year and the energy capable of accumulating our sensor allows us to transmit once every two hours, thus fulfilling the objective of the project.