REPORTE DEL PROYECTO CON EL SENSOR DE SONIDO - Arely Huerta Aguilar

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INTRODUCCIÓN
ANTECEDENTES 
Uno de los primeros en lograr señales eléctricas a partir del sonido fueron los investigadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos en colaboración con la Tecnología Espacial Northrop Grumman, EE. Construyeron un generador compacto que utilizaba el movimiento de gas helio para generar ondas de sonido que impulsan un pistón para mover un cable de cobre enrollado, sin embargo el sonido utilizado fue creado artificialmente (Garg, et al., 2015).
Garg et al, (2015) reportaron un método para transformar las ondas mecánicas en electricidad utilizando el principio de inducción electromagnética utilizando un transductor, sugiriendo una aplicación en la que se utiliza un altavoz y un transformador para convertir el ruido producido de una bocina de automóvil en electricidad.
Hui et al., (2017) estudiaron el material piezoeléctrico Q220-A4-503YB utilizándolo como un transductor de energía, este material es un recolector de energía de onda de sonido, fue probado en varios circuitos y se obtuvieron resultados favorables con un mejor rendimiento en la salida de voltaje.
Un equipo de investigación de nanotecnología en Corea ahora ha demostrado que es posible utilizar el sonido como una energía fuente a nanogenerators de unidad basado en nanocables piezoeléctricos (Kim et al., 2010).
OBJETIVO
Producir energía eléctrica a partir del sonido. 
JUSTIFICACIÓN 
El siglo XXI es la era de de la recolección o extracción de la energía no utilizada o desperdiciada del medio ambiente para generar energía. En este mundo existe contaminación acústica en carreteras, aeropuertos e industrias. El sonido es una de las fuentes de energía con un gran alcance, la concentración de ruido para usarlo en la generación de electricidad puede ser más beneficiosa para la humanidad que otras alternativas. La utilización del ruido en la generación de energía para también puede conducir al descubrimiento de otras fuentes de energía que pueden actuar para disminuir el uso de fuentes de energías no renovables como como el carbón y el petróleo crudo (Baxla et al., 2016). 
Además al utilizar energía renovable (paso a paso, energía solar y sonido), se reducirá el costo de producción de energía, ya que la energía residual se utiliza para generar electricidad (Harshad et al., 2017)
MARCO TEÓRICO
Sonido 
El sonido mejor conocido como ruido es una de las fuentes de energía disponibles hoy en día. El sonido es una onda mecánica, una oscilación de la presión transmitida a través de un medio como el aire o el agua, compuesto de frecuencias que se encuentran en el rango de de audición. Las ondas de sonido pueden ser longitudinales o transversales según la dirección de las de vibración de las partículas de sonido llamadas fonones. El sonido perceptible por los seres humanos tiene frecuencias que van de los 20-20,000 Hz, en el aire y a temperatura estándar las longitudes de onda del sonido se encuentran entre los 17m y 17nm (Gupta et al., 2014).
Ondas de sonido transversales y longitudinales 
Una onda sonora es un disturbio de la presión de aire que resulta de la vibración. La onda sonora es una oscilación de la presión que necesita un medio para viajar es decir, no pueden viajar a través del vacío. A través del estado líquido y gaseoso el sonido se transmite como una onda longitudinal, mientras que por un medio sólido puede transmitirse como como una onda longitudinal o transversal . las ondas longitudinales son la desviación de presión alterna de la presión de equilibrio, causando la región focal de compresión, mientras que las ondas son ondas de corte y tensión alternas en ángulo recto con respecto a la dirección de propagación (Rakesh, 2012).
Transformación del sonido a electricidad 
Gracias a que el sonido es una forma de energía mecánica, es posible convertirla en energía eléctrica mediante la tercera ley de la termodinámica, ya que la energía de sonido puede transformarse en energía térmica y está a su vez puede transformarse a energía eléctrica. Cuando la onda de sonido viajan a través de un medio materia en ese medio se desplaza periódicamente y, por lo tanto, oscila con ondas sonoras. La onda de sonido desplazar hacia adelante y hacia atrás entre la compresión de energía potencial y la energía cinética de la oscilación (Pulkit et al., 2016).
Métodos para convertir el sonido en electricidad
MÉTODO 1
El primer método muestra el uso de la "ley de faraday de inducción electromagnética" que establece que la fuerza electromotriz inducida (Ԑ) en cualquier circuito cerrado es igual a la negativa de la tasa de tiempo de cambio de flujo magnético (Φ) a través del circuito.
Ε =-dΦB/dt (2)
En este método, ponemos una capa muy delgada de diafragma que se fluctuó por la presión generada por las ondas sonoras. Ahora podemos conectar un conductor al diafragma que se coloca entre los polos magnéticos. Así que cuando el diafragma oscila entonces el conductor tendrá flujo magnético alrededor de él cambio y según la ley de faraday el emf es inducida en el conductor haciendo que la corriente fluya al conductor.
Genera voltaje (FEM) = X (velocidad del Conductor) (campo magnético) X (longitud del Conductor).
Como la frecuencia de las ondas de sonido es alta así oscilaciones será rápida y considerable la cantidad de electricidad se podría producir. 
MÉTODO 2
El segundo método para convertir el sonido en electricidad es con el uso de materiales piezoeléctricos plomo circonio del titanato, titanato de Barrium, óxido de Zinc.
Electricidad puede ser generada directamente de energía sonora por efecto piezoeléctrico.
La forma en que funciona es que la energía mecánica del sonido se aplica directamente a un cristal (o posiblemente de cerámica) con fuertes características piezoeléctricas, y el cristal va a generar una pequeña cantidad de voltaje en respuesta a la aplicación de la energía mecánica (sonido). Lo que estamos haciendo es "squeezing" el cristal. Una restricción generará una tensión pequeña para la duración de la contracción. Cuando se suelta el cristal, anothersmall de voltaje se generará en la polaridad opuesta 
Figura 1. Conversión de energía utilizando material piezoeléctrico (Gupta, 2014)
ENERGÍA ELÉCTRICA
La energía eléctrica, incluyendo potencial eléctrico o voltaje del circuito, no está hecho ni creado ni destruido, sino transformado en trabajo mecánico en una estación de generación de energía. Bajo la consideración de esta ley los gigantes tecnológicos han descubierto numerosas fuentes para extraer energía de ellos y utilizarlo como un fuente de poder para uso convencional. 
Faraday encontró que corriente y voltaje en un circuito fueron inducidos espontáneamente en presencia de un campo magnético cambiante (Clark, 2017).
La electricidad es un fenómeno invisible creado por el movimiento de los electrones en un conductor. 
CIRCUITO ELÉCTRICO 
Es un conjunto de simples o complejos de conductores y componentes eléctricos o electrónicos atravesaron por una corriente eléctrica. 
Un circuito es un bucle ininterrumpido de material conductor que permite electrones fluya continuamente sin principio ni fin. Si un circuito está "roto", es decir sus elementos conductores no forma una ruta completa, y flujo de electrones continuo no puede ocurrir en ella. La localización de una rotura en un circuito es irrelevante para su incapacidad para mantener el flujo continuo de electrones. Cualquier rotura en cualquier parte de un circuito previene el flujo del electrón en todo el circuito (Charles & Sadiku 2006).
Un ejemplo de un circuito eléctrico simple se muestra en la figura 2. 
Figura 2. Circuito eléctrico simple (Charles & Sadiku 2006). 
Consta de tres elementos básicos: una batería, una lámpara y conectar los cables. Un circuito tan simple puede existir por sí mismo; tiene varias aplicaciones, tales como una linterna, una luz de búsqueda y así sucesivamente.
Un complicado circuito real se muestra en la figura 3, este representa el esquema de un receptor de radio. 
Figura 3. Circuito electrico de un radio transmisor (Charles & Sadiku 2006)
VoltajeVoltaje es la medida específica de energía potencial (energía potencial por carga unidad) entre dos ubicaciones. En términos más generales, es la medida de "empuje" disponible para motivar a los electrones. 
Resistencia
La resistencia es la medida de oposición a la corriente eléctrica. La resistencia sirve para limitar la cantidad de corriente por el circuito con una cantidad dada de la tensión suministrada por la batería (Kuphaldt, 2006).
Ley de Ohm
Es la más ley fundamental usada para analizar un circuito. Esta ley proporciona una fórmula simple que describe la relación voltaje-corriente en un material conductor. 
donde la constante de proporcionalidad es llamada “R” es llamada resistencia o resistencia eléctrica, medida en Ohms. Gráficamente, la relación V-I para una resistencia según la ley de Ohm representado en la figura 4 (Naeem, 2009). 
Figura 4. Relación V-I para una resistencia según la ley de Ohm (Naeem, 2009).
At any given point in the above graph, the ratio voltage current is always constant.
Alcances futuros de la generación de electricidad a partir del sonido 
La generación de electricidad a partir del sonido podría tener aplicaciones importantes a largo plazo (Jaware et al., 2017):
· En este mundo, muchas industrias y producen mucho ruido que podríamos usar para producir electricidad.
· La central nuclear también produce ruido durante la fisión, por lo que podríamos utilizarla para obtener energía eléctrica.
· Otro campo de aplicación incluye la iluminación de las farolas y los semáforos simplemente extrayendo la energía acústica del ruido producido por los vehículos en la carretera. De esta manera no solo reducimos la contaminación acústica y también la utilizamos como fuente. de la electricidad por conversión.
· Con el avance de esta tecnología, es posibles imaginar la carga de varios dispositivos que funcionan con baterías, por ejemplo los teléfonos móviles, simplemente llamando a un amigo y hablando. 
METODOLOGÍA
 
RESULTADOS 
CONCLUSIONES 
BIBLIOGRAFÍA 
Gupta, A., Goel, V. & Yadav, V. (2014). Conversion of Sound to Electric Energy . International Journal of Scientific & Engineering Research, 5, pp. 2146-2149.
Rakesh, S. (2012). CONVERTING SOUND ENERGY TO ELECTRIC ENERGY . International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering , 2, pp. 267-270.
Pulkit T., Pavanesh k., Neyaz A., Sandeep K. , Tahseen M. , Pramod K. (2016). Conversion of noise pollution to electrical energy, 5, pp. 514-515. 
Harshad, J. Zaheen, M. M., Gulshan B. & Shahid, P.. (2017). Alternative Form of Power Generation. International Journal for Scientific Research & Development, 5, pp. 934-937. 
Kuphaldt T. (2006), Lessons In Electric Circuits, 1, pp. 12-23. 
Jaware, V., Gautam, P., Maru R., Pandey, A. & Sindhav, N. (2017) Conversion of Noise Pollution Into Electrical Energy, 4, pp. 1-3
Naeem W. (2009). Concepts in Electric Circuits, pp. 16. 
Garg, M., Gera, D., Bansal, A., & Kumar, A. (2015). Generation of electrical energy from sound energy. 2015 International Conference on Signal Processing and Communication (ICSC), pp. 410-412 doi:10.1109/icspcom.2015.7150687
Hui. L., Syed, S. I., Hassana ,Abd R. , Isaa, M. & Ismail, B. (2017) Exploring Piezoelectric for Sound Wave as Energy Harvester. Energy Procedia 105 pp. 459 – 466 
Cha, S. N., Seo, J.-S., Kim, S. M., Kim, H. J., Park, Y. J., Kim, S.-W., & Kim, J. M. (2010). Sound-Driven Piezoelectric Nanowire-Based Nanogenerators. Advanced Materials, 22 (42), 4726–4730. doi:10.1002/adma.201001169
Charles A., Sadiku M. (2006). FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS, pp. 4-5.