Investigación y desarrollo de un tejido capaz de generar energía a partir del calor corporal y de forma recíproca, suministrar calor o frío al cuerpo

I + D / Textiles inteligentes y soluciones TIC

Investigación y desarrollo de un tejido capaz de generar energía a partir del calor corporal y de forma recíproca, suministrar calor o frío al cuerpo

Fecha: 2009-2010

1. MOTIVACIONES POR LAS QUE SE REALIZA EL PROYECTO

Mediante el presente proyecto bianual, FUNITEC, en adelante La Salle, y AITEX han pretendido consolidar un proceso de investigación orientado a la obtención de un tejido totalmente innovador con la capacidad de actuar como un acumulador de energía, así como un actuador que proporcione calor o frío según las necesidades.

Este proyecto está apoyado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y cofinanciado por Fondos FEDER de la Unión Europea (Fondo Tecnológico). Programa de Ayudas para 2009 del Programa Nacional de Investigación Aplicada. Número Expediente 430000-2009-040.

El principal objetivo del proyecto ha sido la obtención de un tejido que incorpore células Peltier de forma que fuera capaz de generar energía eléctrica a partir de una diferencia de temperatura entre las dos capas externas de estas células.
Ambas entidades han estado convencidas de la necesidad de generar nuevos paradigmas en el mundo textil que aporten un grado de tecnología difícil de ser replicado por los competidores orientales.


De este modo, a partir de los principios de la termoelectricidad, se ha propuesto usar el efecto Peltier para obtener energía eléctrica. Este efecto es más conocido como generador de gradientes térmicos pero también tiene su componente inversa, es decir, la de generar corriente eléctrica a partir de una diferencia de temperatura.

Las ventajas del efecto Peltier son dobles. Por un lado, es más sencillo generar la diferencia de potencial mínima que necesitan los circuitos integrados para gestionar esta energía. Por otro lado, el efecto es reversible: si se aplica una corriente se obtiene un gradiente de temperatura y este gradiente será positivo (calentamiento) o negativo (enfriamiento) según el sentido de la corriente. No hace falta señalar cuan atractivo puede ser un tejido capaz de calentar, enfriar y obtener energía.

No obstante, el efecto Peltier tiene dos desventajas. La primera es que no es fácil de integrar dentro del tejido, al menos no dentro de un proceso de tejeduría por urdimbre ya que hay que introducir elementos semiconductores (células) entre dos tramas y conectarlos entre ellas. Las segunda y más importante consiste en que hay que generar un gradiente térmico, lo que implica que la cara de la célula que no está en contacto térmico con la piel debe tener una temperatura lo más cercana posible a la temperatura ambiente y este es el reto que se prevé más difícil.

Por lo tanto, meediante la ejecución del proyecto se ha pretendido desarrollar un tejido capaz de transformar una diferencia de temperatura entre dos capas textiles en energía eléctrica, de forma que, el tejido genere una cantidad de energía suficiente con el fin de conseguir realizar una carga completa a una batería estándar.

2. OBJETIVOS:

Se han distinguido cuatro objetivos en este proyecto:

  • Investigación y desarrollo de la malla de células. Consiste en adquirir un número elevado de células y verificar cual es el tipo de conexión (serie, paralelo o compuesta) que mejor se adapta a la adquisición de calor, teniendo en cuenta que debe adaptarse al torso humano
  • Diseño e implementación del tejido de doble capa. Las células Peltier deben integrarse en un tejido de doble capa, recubierto de bandas de látex conductor de forma que se respete la malla de células del primer objetivo y, a su vez, sea capaz de transferir la máxima cantidad de energía calorífica del cuerpo humano.
  • Diseño e implementación del circuito térmico. Cabe recordar que el efecto Peltier necesita un gradiente de temperatura; por lo tanto, hay que conseguir extraer la mayor cantidad de energía posible de la cara de la célula que no está en contacto con el cuerpo, sea por que el tejido presente un coeficiente de emisión muy elevado en su cara exterior o por que se consigue una porosidad que acerca esta cara a la temperatura ambiente.
  • Caracterización del circuito eléctrico. A partir de la malla de células, deberemos construir una electrónica que sea capaz de recoger la energía eléctrica y elevar la tensión para que sea utilizable por un cargador de baterías o similar. Esta parte no ofrece ninguna dificultad una vez que se consigue llegar a una tensión mínima, ya que se trata de tecnología bien conocida y aplicada. El problema que se prevé en este punto consiste en evitar que la energía corporal recogida en una zona con un contacto amplio entre el cuerpo y las células se pierda en forma de calentamiento de las células que no tienen un contacto tan amplio con el cuerpo.

3. RESULTADOS OBTENIDOS

Con el desarrollo del presente proyecto se ha efectuado un proceso de investigación industrial orientado a la obtención de un tejido totalmente innovador con la capacidad de actuar como un acumulador de energía eléctrica.

En una primera fase se ha adquirido una base de conocimiento necesaria para centrar y orientar la presente investigación. Además se han identificado y evaluado las diferentes células Peltier existentes en el mercado, y que mejor se adapten a las necesidades de la investigación, para posteriormente estudiar la forma de implementarlo al textil.

Posteriormente, se han realizado pruebas con las células, estudiando su comportamiento individual, así como el del conjunto de ellas, colocándolas en serie, extrayendo las conclusiones pertinentes para poder aplicarlas en la integración en el tejido.

Asimismo, ha sido necesario el diseño de un circuito electrónico capaz de adaptar los niveles de tensión obtenidos a partir de las células Peltier con el fin de conseguir la carga de una batería convencional.
Seguidamente se han diseñado y desarrollado diferentes prototipos de tejidos con los que poder integrar las células Peltier, de modo que, por un lado, en la medida de lo posible, éstas no afecten al confort del usuario de la prenda y por el otro cumplan con funcionalidad de generación de energía requerida

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