- Resumen
- Introducción
- Descripción del problema
- Justificación
- Desarrollo de la investigación
- Proceso de elaboración
- Análisis de resultados
- Principio de funcionamiento
- Prototipo funcionando
- Instructivo del circuito, instalación y mantenimiento
- Conclusión
- Referencias
Resumen
El presente proyecto de cultura ecológica y contribución al medio ambiente muestra el diseño de un cargador solar para dispositivos móviles, el cual está constituido por dos paneles fotovoltaicos o celdas solares que transforman la energía solar en energía eléctrica, en condiciones climáticas donde haya luz solar. La intención es poder convertir la energía solar en energía eléctrica y poder almacenarla para así utilizarla cuando sea necesario cargar algún teléfono celular o dispositivo móvil a través de un conector compatible que permite una carga directa. En este proyecto presentado es un prototipo que permite una forma eficiente y eficaz de ahorrar energía eléctrica gracias a que es un generador de energía móvil, permitiendo consumir la energía eléctrica de uno de los aparatos eléctrico básicos que se usan hoy en la actualidad. El método empleado para la elaboración de este proyecto fue el uso didáctico de materiales de fácil acceso para la formación del prototipo. Hoy en día es indispensable contar dispositivos electrónicos de uso cotidiano en casi casi en cualquier momento listos para operar, este prototipo tiene como base tiene una forma muy fácil, eficiente de reciclar y ser renovado, entre uno de los muchos generadores de corriente eléctrica se encuentran las celdas fotovoltaicas (paneles solares).
Hoy en día requerimos de la corriente eléctrica ya sea para ver la televisión, usar nuestra computadora, cagar nuestros teléfonos celulares, iluminar nuestras casas en las noches, etc. El avance de la tecnología nos hace consumir más corriente eléctrica sin considerar que mientras más la usemos estamos contaminando nuestro medio ambiente ya que uno de los productores de corriente eléctrica, son las plantas nucleares, aunque no necesariamente estemos consumiendo de ese tipo de generador también existe una variedad de generadores que son más eficientes que este. El punto es buscar una forma de abastecer la corriente eléctrica con el fin de que no provoque la contaminación de nuestro medio ambiente o reducir esos tipos de generadores que contaminan.
En la actualidad este se ha vuelto un problema muy frecuente, es por ello que hemos decidido crear un cargador solar portátil, teniendo como resultado una forma fácil y rápida de cargar estos dispositivos móviles, además es ecológico pues utiliza una energía alternativa el cual es compatible con el ambiente pues no produce ningún tipo de contaminante; además de ser muy económico. Ya con todos los avances tecnológicos es muy difícil poder mantener la fuente de poder (batería) de tu teléfono móvil cargado lo suficiente, ya que si es un niño no podrá soportar la tentación de jugar y des estresarse un rato con los juegos o aplicaciones y si eres una persona adulta resulta más difícil mantenerlo cargado al 100% por las llamadas y algunas aplicaciones de segundo plano como las redes sociales que es sirven para comunicación entre personas de manera individual o grupal.
Evitar la deterioración de nuestro planeta construyendo un prototipo que ataque uno de los puntos que provoca la contaminación de nuestro planeta que los seres humanos no tomamos tanto en cuenta ya que diariamente lo utilizamos y mientras más lo usemos más aumenta la contaminación de nuestro planeta como puede ser la generación de corriente eléctrica nuclear.
Fomentar el desarrollo sustentable contribuyendo al ahorro de energía eléctrica y el aprovechamiento de recursos tecnológicos atreves de un sistema de alimentación solar que puede ser empleado en diversos dispositivos electrónicos portátiles de manera eficiente, con componentes fáciles de conseguir.
Objetivo
El objetivo en sí es la de preservar nuestro ecosistema como lo conocemos hasta ahora, de la manera más limpia posible sin muchos contaminantes y sin afectarle de una manera directa su entorno al igual que beneficiar a los seres humanos ya que este proyecto tienen una gran viabilidad porque posee una gran ayuda al impacto ambiental producido por los contaminantes de la energía eléctrica, energía nuclear, energía termonuclear y más tipos de productores de energía que en su caso dispersan una gran cantidad de contaminantes a lo que es el aire, agua, suelo, pero el principal contaminante es el CO2 que este es el contaminante principal el cual en nuestra actualidad va destruyendo la capa de ozono de una manera rápido de lo que era hace algunos años es por eso que los rayos del sol logran entrar a la tierra con mucha potencia y así provocar que se acumule mucho calor y estos a su vez provocan cambios climáticos es por ello que nuestro objetivo es utilizar la energía de los rayos solares mediante celdas fotovoltaicas que transforman los rayos del sol en energía eléctrica y además esta será una energía renovable y ecológica la cual podremos aprovechar en grandes cantidades las cuales nos servirán para diferentes usos en los que requiramos de un tipo de conector para cargar algún tipo de aparato eléctrico o electrónico.
Este cargador solar puede cargar dispositivos electrónicos móviles (teléfonos celulares, tabletas electrónicas, reproductores de música, etc.) utilizando energía solar con el cargador solar con la mayor tecnología del mercado. El cargador solar es ideal para los viajes o escuela donde tener una fuente externa es fundamental para no quedar incomunicado.
Hipótesis
La hipótesis es que nuestro prototipo será de mucha ayuda para estudiantes y turistas ya que en cualquier lugar podrán recargar sus móviles y para turista que les gusta las aventuras será una gran compañera. En el producto final se considera poder garantizar energía eléctrica a las personas que tengan la necesidad de cargar aparatos eléctricos de bajo consumo de energía en lugares y momentos variados del día, un ejemplo sería una caminata, una visita a la playa, un lugar rural (en el caso de los maestros) o un apagón en alguna comunidad, sin descuidar el trato ambiental, tiene un buen consumo de energía y al ser alimentado por energía solar no contamina el área en que se encuentra dando un doble beneficio; la obtención de energía eléctrica para alimentar un aparato como teléfonos de casa o fijo, y aparatos con batería en el caso de celulares computadoras portátiles entre otros, manteniendo al planeta libre de la contaminación.
Desarrollo de la investigación
Inicialmente se realizó una consulta a diversas fuentes acreditadas para poder establecer los fundamentos que puedan generar las bases para el funcionamiento adecuado de este prototipo, se tomaron como base principal los siguientes temas de marco teórico:
Potencial eléctrico, véase en [1].
Capacitancia, véase en [2].
Corriente y resistencia, véase en [3].
Sistema fotovoltaico, véase en [4].
Aplicaciones de sistemas fotovoltaicos, véase en [4].
Una vez que fueron establecidas las bases del marco teórico, se procedió a realizar la indagación correspondiente de acuerdo a los recursos materiales disponibles y la demás parte del proceso de diseño fue de forma intuitiva ya que se conjuntaron los aspectos teóricos y se generó un ideal posible de plasmar como tal.
Durante el tiempo que llevamos desarrollando el proyecto obtuvimos una serie de resultados positivos los cuales se plasman en el multirecargador portátil el cual nos provee de energía renovable esta energía que va a ser utilizada por algún teléfono, mini laptop o Tablet es obtenida y adaptada al consumo necesario de cada dispositivo ya que el circuito que tiene contiene ensamblado un regulador el cual nos permite regular el amperaje que necesite algún dispositivo ya que no todos utilizan el mismo, además de que también este proyecto tiene agregado lo que son unos focos los cuales nos permitirán ver el contenido que hay dentro de la mochila cuando el usuario se encuentre en una zona oscura donde no haiga suficiente luz como para poder ver lo que tiene dentro de su mochila, este proyecto presenta una solución a uno de los problemas más graves para la tierra y el ser humano el cual es solucionar la contaminación que se genera a partir del principal contaminante el cual es el bióxido de carbono CO2 esta mochila nos permite reducir el consumo de energía eléctrica en este caso para cargar nuestros dispositivos ya antes mencionados, también estaremos utilizando energía renovable la cual no contamina y es accesible, otro punto importante es que reduciremos la contaminación y se reduciría más si un gran número de personas utilizara esta mochila ya que un celular por ejemplo tarda mínimo tres horas en cargarse y ahora nos estaríamos reduciendo el gasto de la energía eléctrica y ayudando al medio ambiente, además este multirecargador tiene una gran diferencia con los otros tipos de cargadores solares ya que este te permite ser transportable, con acceso a luz en caso de necesitarla, ligera, tamaño necesario para llevar diversas cosas, confortable, segura y hecha de material resistente, para que finalmente se obtuviera lo siguiente:
Características
Mochila de tela, impermeable y liviana.
Cargador solar para dispositivos estándar y teléfonos inteligentes.
Capacidad para transportar artículos sin interferir con la función primaria (cargador solar).
Accesible a todo público.
Fase de desarrollo
Se hizo el diseño oficial del prototipo en base a la opinión de todos los integrantes.
Se realizó el circuito para los paneles solares.
Se insertaron los paneles solares en la mochila.
Primeramente, se utilizó un bulto o mochila típica para portar en la espalda de regular tamaño.
Se utilizaron 2 paneles o celdas solares de 12 voltios a 6 watts que entrega una = corriente de 110mAh (110*8=880mAh; en total) por cada celda, así mismo se utilizó cable flexible de conexión USB hembra teléfono.
Primeramente, se utilizó un bulto o mochila típica para portar en la espalda de regular tamaño, se diseñó un circuito eléctrico que cumple con las funciones que planteamos. Se utilizaron 2 paneles o celdas solares de 12 voltios a 6 watts que entrega una corriente de 880mAh por cada celda, así mismo se requirió cable flexible de teléfono.
Una vez que las celdas y el cable se tenían se fueron colocando de manera uniforme dentro del bulto para conformar el sistema solar que recibirá la energía necesaria para activar el cargador, como se muestra en la siguiente figura:
También se colocó un interruptor y un led que actúan entre sí que tendrán la función de indicar la activación de las celdas solares Así mismo se montan puertos de salida para poder utilizar los dispositivos móviles, los cuales estarán sujetos por medio de remaches o tornillos y tuercas de manera aislada dándonos así resultados eficaces a la hora de colocar objetos dentro de la mochila ya que no afectara al circuito debido a que está colocado como un elemento distribuido de bajo consumo energético.
Tiempo de uso y duración de las pilas conectadas en serie
Por medio de los datos obtenidos del circuito observamos que por cada hora se carga 4.2 volts al exponer la mochila al sol.
Tiempo de descarga
Comparación de entradas de carga
Debido a las características de los paneles solares, y la conexión en serie y la pequeña variación de descarga respecto a las cargas de entrada y salida de las pilas, podemos concluir y comprobar que es posible recargar las pilas de tal circuito por medio de los paneles solares considerando que a pesar de no tener una salida casi al doble por las variaciones de la intensidad de la luz, las pilas pueden ser recargadas sin inconvenientes.
Descripción de pilas
Pila tipo: 18650 pila recargable.
No tiene efecto memoria.
Voltaje: 3.7v
Capacidad: 3000mAh (tal vez no puede hasta 4200mAh).
Material: pila alcalina.
Tamaño: 65 mm x 18 mm
Épocas recargables: Hasta 1800 veces.
Color: Cualquiera
Compatible con:
Batería, aparatos de iluminación de emergencia, dispositivos portátiles, herramientas eléctricas.
Precauciones:
NO arroje al fuego o al calor
No perfore, daños, y desmontar.
NO mezclar con baterías de voltajes superiores.
Diagrama base de funcionamiento
Regulador de voltaje de fuente de poder
En el caso de este proyecto este regulador fue reciclado de una fuente de poder, pero puede ser adquirido de como un componente más de electrónica.
Véase en [7].
Especificaciones del regulador ajustable
Véase en [5,6].
Circuito final
Encapsulado general
Instructivo del circuito, instalación y mantenimiento
Instrucciones del circuito:
Para recargar las pilas con el panel solar, poner en 1 el interruptor del panel solar y esperar a que estén cargadas por el tiempo requerido.
Para revisar la carga de las pilas poner los 2 interruptores en 1.
Una vez que se cuente con 7 voltios en adelante ya es posible recargar el dispositivo que funcione con 5v, el amperaje es regulado por el voltímetro y resistencias.
Ajustar el voltaje para el dispositivo requerido.
Conectar el dispositivo usando el puerto USB.
Esperar a que el dispositivo se recargue.
Para dejar de usar el "multirecargador" poner en 0 los interruptores.
Instalación.
1. Exponer en la mochila al sol para que se cargue el sistema solar.
2. Conectar el puerto correspondiente al dispositivo, introduciendo el celular dentro de la mochila.
3. Activar el interruptor.
4. Esperar a que se cargue el celular.
5. Desactivar el interruptor.
Mantenimiento.
Limpiar los paneles solares con una toalla antiestática.
Para lavar la mochila, remover las piezas electrónicas sujetadas con contactel.
En caso de ruptura de algún panel solar, sustituirlo.
Medidas de seguridad e higiene
Verificar que los paneles solares no se encuentren en contacto con algún líquido, y mantenerlo alejados de lugares húmedos.
No golpear ni rallar los paneles.
Mantener el interruptor en apagado hasta el momento en que se vaya a utilizar.
No desarmar el equipo.
En conclusión, es que este pequeño prototipo que sea a realizado, servirá de muchas formas a las personas, facilitara cargar dispositivos electrónicos de manera móvil en cualquier lugar donde este con ayuda de la energía solar, ya sea de camino a la escuela, casa, trabajo, de vacaciones al campo, playa, etc.
En casos extremos de pérdida o desorientación de turistas ya que el que porte uno de nuestros prototipos tendrá la oportunidad de recargar su GPS, cámara, mini computadoras portátiles pequeñas o cualquier tipo teléfono móvil, para poder pedir ayuda o poder darse una idea de su orientación.
Esta mochila puede tener muchas utilidades además de cargar, también podría generar y almacenar la energía durante el día mientras que en la noche poder usarla para la iluminación con alguna lámpara que requiera conexión de voltaje directo para operar.
[1] P. E. Tippens, "Potencial eléctrico", en Física: conceptos y aplicaciones, L. A. Valdez, McGraw-Hill, México, 2011, pp.496-507.
[2] P. E. Tippens, "Capacitancia", en Física: conceptos y aplicaciones, L. A. Valdez, Ed. McGraw-Hill, México, 2011, pp.512-526.
[3] P. E. Tippens, "Corriente y resistencia", en Física: conceptos y aplicaciones, L. A. Valdez, Ed. McGraw-Hill, México, 2011, pp.532-542.
[4] G. D. J. Harper, Solar Energy Projects for the Evil Genius, USA, McGraw-Hill, 2007.
[5] 3.0 A, Step-Down Switching Regulator, Rev. 0, ON Semiconductor, USA, november 2008.
[6] Texas Instruments, SIMPLE SWITCHER® 4.5V to 40V, 3A Low Component Count Step-Down Regulator [online], available from: http://www.ti.com/product/LM2596
[7] ICStation Team, The Introduction of LM2596 Step Down Power Module DC-DC Converter [online], available from: http://www.instructables.com/id/The-Introduction-of-LM2596-Step-Down-Power-Module
Autor:
Herrera Rodriguez Cristian Jassiel.
Castillo Moo Roberto Esteban
ÁMBITO GENERAL:
CULTURA ECOLOGICA Y CONSERVACION DEL MEDIO AMBIENTE
ASESORES:
ING. CLAUDIO SUAREZ AGUIRRE.
ING. LAUREANO MARTINEZ CASTILLEJOS.
GOBIERNO DEL ESTADO DE CAMPECHE
COLEGIO DE ESTUDIOS CIENTIFICOS Y TECNOLOGICOS DEL ESTADO DE CAMPECHE
PLANTEL CAMPECHE
