Implementación de circuitos para acondicionamiento de energía generada por sistemas triboeléctricos para aplicaciones en corriente alterna

Abstract

El presente trabajo de investigación se enfoca en el diseño, simulación e implementación de circuitos de acondicionamiento de energía para nanogeneradores triboeléctricos (TENG), orientados a aplicaciones en corriente alterna (AC). Los TENG representan una tecnología emergente de generación de energía basada en el efecto triboeléctrico y la electrificación por contacto, caracterizándose por producir altos voltajes y bajas corrientes en forma de pulsos no lineales. Estas características limitan su integración directa con sistemas eléctricos convencionales, lo que hace indispensable el desarrollo de circuitos acondicionadores adecuados para su aprovechamiento eficiente. La investigación se llevó a cabo en los laboratorios de la Universidad Técnica del Norte y comenzó con una revisión bibliográfica exhaustiva en bases de datos científicas como Scopus y Web of Science, donde se analizaron diferentes topologías de circuitos rectificadores, inversores, reguladores y convertidores. Se priorizó la búsqueda de configuraciones que permitieran transformar la señal de salida pulsante e irregular de los TENG en una salida alterna regulada, con características similares a las redes domésticas de 110V-127V AC y corriente de 100 mA. Se diseñaron y simularon cinco circuitos de acondicionamiento utilizando herramientas como Proteus 8, considerando diferentes etapas de rectificación, filtrado, limitación y conversión de señal. Los circuitos fueron evaluados bajo distintos valores de capacitancia y cargas resistivas, seleccionando el más eficiente según parámetros de estabilidad de la señal, amplitud de salida y frecuencia. El circuito seleccionado fue implementado físicamente mediante el diseño de una placa de circuito impreso (PCB), fabricada utilizando el método de transferencia térmica. Durante las pruebas experimentales, se logró obtener una salida de 122V RMS con una corriente de 101 mA y una forma de onda sinusoidal modificada de 60,039Hz, lo cual demuestra una alta eficiencia del circuito en la conversión de la energía generada por el TENG. Estos resultados permiten validar la funcionalidad del diseño propuesto, confirmando su viabilidad para alimentar dispositivos que requieren señales AC estables. xii El trabajo concluye con una comparación entre los resultados simulados y los medidos experimentalmente, destacando el potencial de los TENG como fuente de energía alternativa cuando se complementan con circuitos de acondicionamiento adecuados, además de los desafíos técnicos asociados con la implementación a gran escala de estos sistemas de generación.