Proyectos basados en piezoelectricidad En el año 2010, una empresa emergente desarrolló un sistema de pequeños generadores piezoeléctricos diseñados para ser incorporados bajo el asfalto. Cada vez que un vehículo pasa por encima de la almohadilla, la compresión natural de la unidad se convierte en electricidad, que se almacena en una batería para su uso inmediato (como encender las luces o las cámaras de seguridad cerca de la carretera) o canalizado a la red eléctrica nacional. Además, se descubrió que también resultaba posible extraer datos de los mismos camiones que generaban la energía, pues al medir la distancia entre las almohadillas y el tiempo que tarda un camión en viajar entre ellas, se podía calcular dinámicamente el peso y la velocidad del camión. Si un camión es demasiado pesado, los datos se envían de forma inalámbrica a la policía o a la agencia de carreteras, y todo es un bucle autónomo: los camiones generan la energía que alimenta el sistema de seguimiento que los detiene. La demanda para identificar (a través de los generadores) camiones con sobrepeso satisface una necesidad real de las empresas a cargo de las carreteras, que a menudo son los propios gobiernos o éstos en asociación con empresas privadas, que por esa causa gastan más de lo esperado en mantenimiento. Esta misma tecnología se utilizó en el estado de California, donde el gobierno financia un experimento para convertir la vibración de la carretera en energía. Se invirtieron unos 2.3 millones de dólares en dos proyectos cuya base son los generadores piezoeléctricos.
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Se contribuiría así en gran medida a la conservación de las carreteras, y –aun más importante– se podría generar energía eléctrica aprovechando dichas deformaciones, que harían de las carreteras infraestructuras no sólo de transporte sino de obtención de energía. Los materiales cerámicos piezoeléctricos tienen limitaciones, como su baja estabilidad mecánica al ser sometidos a tensiones y la pérdida de eficiencia por altas pérdidas dieléctricas y procesos de despolarización, pero la más importante es que tienen un alto contenido de plomo (por encima del 65% en peso). Aunque por ahora la energía que se obtiene es de baja intensidad, se vislumSus ventajas, sin embargo, son bra un desarrollo para su aprovechamiento a gran escala. grandes: su producción a bajo costo en diferentes formas y la facilidad de ajustar sus propiedades mediante modificaciones a su composición. El proyecto REC aborda el desarrollo de materiales cerámicos piezoeléctricos encapsulados en estructuras metálicas que permiten superar algunas de sus limitaciones para aprovechar la energía vibracional en la carretera.
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Carreteras y cosecha de energía
Lybra, hecho de acero, cubierto por una capa de neumáticos de segunda mano.
En primer lugar, en un tramo de 60 metros de carretera cerca del campus de la Universidad de California, Merced, al norte de Fresno, se “sembró” el pavimento con generadores piezoeléctricos de 2 centímetros de ancho. El otro proyecto utiliza dispositivos similares para generar energía para uso fuera de la carretera; se habla de capturar suficiente energía para abastecer a 5 mil hogares. Si el experimento tiene éxito, los funcionarios del estado de California afirmaron que el sistema se ampliaría a otras carreteras. Mediante la recuperación de energía que habría ido a la basura, tales sistemas cuentan como fuentes de energía renovables bajo la política de energía verde del estado. Un problema destacado es que instalar dispositivos generadores y mantenerlos funcionando aumentaría los costos de mantenimiento de las carreteras. El verdadero punto de equilibrio económico resulta difícil de estimar. En Italia, el proyecto Underground Power desarrolló un nuevo material denominado Lybra, formado por trozos similares al caucho de los neumáticos, capaces de soportar importantes pesos, que se coloca a manera de
IC Ingeniería Civil Órgano oficial del Colegio de Ingenieros Civiles de México ❙ Núm. 621 julio de 2021
