Ernest Bernat-Maso, Borja Martínez, Luis Mercedes, Virginia Mendizábal, investigadores del departamento Strength of Materials and Structural Engineering de la Universitat Politècnica de Catalunya.
La posibilidad de generar energía eléctrica a partir del tráfico sobre la propia carretera abre la puerta a diversas posibilidades. El uso de elementos piezoeléctricos insertos en la vía daría respuesta a estas necesidades.
Mientras que los generadores fotovoltaicos o eólicos dependen de las condiciones ambientales, los generadores piezoeléctricos únicamente dependen del tráfico, generando más energía en los momentos en que hay más coches circulando por la vía.
Son las mismas personas, a través de la energía mecánica de sus vehículos, los que alimentan directamente los sistemas de la vía que les dan servicio.
Además, al no depender de las condiciones ambientales, estos elementos se pueden instalar en puntos singulares como túneles y su integración en la vía los hace extremadamente resistentes frente a actos vandálicos.
Anteriormente, se han estudiado soluciones de generación de energía que se basan en elementos piezoeléctricos que trabajan a compresión o flexión. Los primeros tienen una eficiencia relativamente buena, pero su estructura es muy rígida, son poco compatibles con el pavimento y muy susceptibles a la rotura.
La segunda tipología presenta una mayor capacidad de generación. No obstante, su elevado precio y la incompatibilidad de las grandes deformaciones que requiere con la seguridad del tráfico también complicaba su aplicación.
Sistema desarrollado por Sorigué
En este contexto, el grupo Sorigué se planteó la posibilidad de implementar un sistema de generación basado en elementos piezoeléctricos de tipo membrana, que, si bien producen una menor cantidad de energía, tienen muy bajo coste, permiten su aplicación extensiva y admiten deformaciones compatibles con las esperadas en un firme flexible.
En la investigación llevada a cabo por su laboratorio de investigación, con la financiación del Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI), se ha desarrollado un sistema de encapsulamiento innovador basado en la tipología de platillos opuestos (cymbal). Como novedad, incorporan un elemento contactor interno que maximiza la deformación de la membrana piezoeléctrica, produciendo hasta 10 veces más energía.
Ensayos experimentales con la UPC
A través de ensayos experimentales y simulaciones numéricas desarrolladas junto con el grupo de investigación CATMech de la Universitat Politècnica de Catalunya, se analizó la influencia de los diferentes parámetros de diseño del encapsulamiento, de su posicionamiento en el firme y de la conexión eléctrica entre unidades de generación.
La particularidad de las simulaciones llevadas a cabo es que se ha considerado la influencia del nivel de tensión mecánica y de la frecuencia de aplicación de la carga (frecuencia del paso de los vehículos) sobre los parámetros que definen la producción eléctrica, permitiendo unos resultados representativos de la realidad.
A partir del diseño optimizado, se realizaron diversas pruebas de validación. La conclusión ha sido que la posición de los generadores en la zona de rodadura resulta un requisito fundamental, si bien se descartó la necesidad de instalarlos en superficie, lo que permitirá su uso sin cambiar la percepción del usuario o usuaria de la vía. Finalmente, también se concluyó la necesidad de instalar dichos sistemas de generación en las zonas de mayor velocidad del tráfico, llegando a duplicar la energía generada.
En resumen, se ha sentado la base para la alimentación resiliente de sensores autónomos en puntos aislados de la red viaria, que contribuirá a suplir las necesidades futuras de electrificación a un bajo coste y de forma discrecional.
Lee aquí el artículo sobre el proyecto que publicó la universidad en la revista Springer Link.