Expo Ingeniera 2015

Informe escrito

Cargador eléctrico a base de agua

Electrónica

Daniel Rojas

María José Marín

Daniela Acuña

Nivel: Decimo

Docente: Gilberth Rodríguez Guillen

Colegio Técnico Profesional Regional de San Carlos

Sede Regional de San Carlos

ContenidoIntroducción:.....................................................................................................................................3

Planteamiento del Problema:.........................................................................................................4

Objetivos:..........................................................................................................................................5

Objetivo General..........................................................................................................................5

Objetivos Específicos..................................................................................................................5

Marco Teórico:.................................................................................................................................6

¿Qué es una resistencia?..........................................................................................................7

¿Qué es voltaje?..........................................................................................................................7

Ilustración 2: Voltaje Eléctrico....................................................................................................7

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Elaboración: (www.natureduca.com)........................................................................................7

¿Por qué controlar el voltaje?....................................................................................................8

Gráfico de dispositivos por voltaje.............................................................................................8

¿Por qué se eligieron los productos a usar?...........................................................................8

¿Qué pasaría si se derrama el agua?......................................................................................9

¿Cómo disminuir el desgaste de los componentes?..............................................................9

¿Qué es un electrodo?...............................................................................................................9

¿Qué es electrolito?....................................................................................................................9

¿Existe algún peligro?..............................................................................................................10

¿Qué problemas produciría si el proyecto se encuentra en un ambiente muy húmedo?.....................................................................................................................................................10

Metodología....................................................................................................................................11

Materiales necesarios para el dispositivo:.............................................................................11

Información de la Investigación:..............................................................................................13

Método de utilización de materiales:.......................................................................................14

Estructura del dispositivo.........................................................................................................18

Prototipo......................................................................................................................................19

Resultados:....................................................................................................................................20

Conclusiones..................................................................................................................................21

Recomendaciones.........................................................................................................................22

Bibliografía......................................................................................................................................23

Introducción:

Durante los últimos años, hemos sido testigos de los grandes avances tecnológicos que surgen rápidamente, remplazando muchas utilidades para así lograr hacer la vida del ser humano más fácil día a día.

Actualmente, grandes empresas extranjeras trabajan en estudios que giren en torno a la investigación de nuevos avances tecnológicos que simplifiquen la vida humana. 

Una de las dependencias más grandes de los usuarios de Smartphone son los cargadores. Cables por todas partes, ausencia de enchufes y en ocasiones olvidos cuando más se necesitan, son la pesadilla de todo usuario de móvil.  Así que el desarrollo de ese trabajo se centra en encontrar soluciones prácticas, en este caso a través de energías renovables o, al menos, sin electricidad directa.

El cargador a base de agua, es un pequeño dispositivo que tiene la función de cargar un teléfono celular con agua en su interior, este cargador de móvil puede transformar el  líquido en energía para la batería del teléfono, esto se obtiene al hacer una reacción eléctrica mediante el agua teniendo contacto con el cobre y magnesio generando una reacción química que produce electricidad, de ahí se genera la energía que pasará del cargador a la batería del celular a través de un cable USB.

Cabe mencionar que uno de los aspectos importantes del dispositivo es buscar la comodidad de todas las personas, en sus diferentes actividades diarias, estilos de vida y así también como en el lugar donde habiten.

Planteamiento del Problema:

¿De qué manera se puede lograr generar electricidad en un dispositivo portátil mediante el uso de agua, generando como resultado un producto que sea amigable con el ambiente y aumente la comodidad de las personas?

Objetivos:

Objetivo General Crear un cargador de dispositivos móviles a base de agua con sal y agua

oxigenada. Creando una corriente eléctrica suficiente para poder cargar un celular sin exceder el límite de voltaje. Buscando la manera más ecológica para realizar dicho dispositivo.

Objetivos Específicos Construir el prototipo para dicho cargador. Determinar si la combinación entre el cobre, magnesio, agua con sal y agua

oxigenada, pueden generar la electricidad adecuada para que dicho cargador de funcionalidad.

Determinar el voltaje adecuado para la carga del dispositivo.

Marco Teórico:

El producto se trata de un cargador que el combustible sea la combinación de agua con sal y agua oxigenada. El aparato reacciona con el agua con sal ante la unión tubos de cobre, pequeñas piezas de magnesio y agua oxigenada.

Estableciendo que la reacción química emita corrientes eléctricas y estas sean dirigidas con un cable (pinzas de lagarto), uniendo tubos de cobre con barras de magnesio, posteriormente teniendo estos componentes se soldara a los cables de dientes de lagarto un conector hembra que transmita esa energía y pueda ser recibida mediante un conector USB. Calculando que las medidas de la cantidad de sal en el agua, la cantidad de agua oxigenada, el tamaño de las barras de magnesio y los tubos de cobre sean las correctas para poder generar un voltaje de 5.0 voltios.

Uniendo cada uno de los elementos mencionados en un solo y compacto aparato capaz de poder ser transportado con facilidad se puede evitar los derrames interiores.

El producto se tendrá que vaciar cuando se deje de usar para no desgastar los materiales y poder usarlos más cantidad de veces que si no se sacan del agua con sal.

Con el adaptador de USB se podrá conectar diferentes dispositivos usando dicho conector, ya sea, celulares o luces LEDs que no excedan el voltaje.

Para poder controlar el voltaje se ideo una manera de limitarlo o regularlo. Se pensó que añadiendo resistencia para poder establecer una determinada cantidad de electricidad, sin exceder el voltaje para evitar fallos o cortos circuitos que podrían resultar en el total disfuncionamiento del celular o dispositivo a cargar

¿Qué es una resistencia?

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

Ilustración 1: Resistencia Eléctrica.

Elaboración: (://www.taringa.net)

¿Qué es voltaje?La cantidad de voltios que actúan en un aparato o en un sistema eléctrico.

Ilustración 2: Voltaje Eléctrico.

Elaboración: (www.natureduca.com)

¿Por qué controlar el voltaje?Los efectos o variaciones de voltajes breves son serios problemas cuando se trata de aparatos electrónicos sensibles y de equipos de corriente directa de bajo voltaje.  Las variaciones de voltaje son muy rápidas y de corta duración, generalmente duran menos de 200 microsegundos.

En la pantalla se realiza una estadística (celulares, parlantes, LEDs y laptops) de la cantidad de voltaje que poseen dichos artefactos. Este grafico ayuda y hace mejor la visualización de los diferentes tipos de voltaje.

Gráfico de dispositivos por voltaje

Estadisticas de Voltajes

CelularesParlantesLedsLaptop

Elaboración: Fuente Propia.

¿Por qué se eligieron los productos a usar?El cobre ya que es un conductor de corriente (carga positiva) y hará efecto con la barra de magnesio (carga negativa). Estos componentes son esenciales, además son más eficientes y nos asegura que va a generar la cantidad de voltaje que se necesita.

¿Qué pasaría si se derrama el agua?Si el agua llega a tocar los cables de corriente podría producir un corto circuito provocando un daño al dispositivo a cargar. Teniendo esto en cuenta, concluimos en tener que sellar de tal manera que se pueda agregar y retirar el agua, sin que se pueda derramar.

¿Cómo disminuir el desgaste de los componentes?Cuando se agrega el agua, se empieza a producir energía, pero cuando se termina de usar aunque se retire el agua por estar mojado seguirá gastando energía, lo que producirá el desgaste más rápido del cobre y magnesio. Lo que haremos es permitirle al comprador tener acceso al interior del artefacto para que después de usar el cargador, puedan secar los componentes o logren expulsar la mayor cantidad de agua posible.

¿Qué es un electrodo?Es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón), etc.

Ilustración 3: Electrodo

Elaboración: (www.easy.cl)

¿Qué es electrolito?

Un electrólito o electrolito es una sustancia que puede someterse a la electrolisis (la descomposición en disolución a través de la corriente de electricidad). Los electrolitos contienen iones libres que actúan como conductores eléctricos.

Los más frecuentes son los electrolitos que aparecen como soluciones de sales, bases o ácidos.

¿Existe algún peligro?

Si se diera un corto podría dañar permanentemente la batería del dispositivo a carga, si se llegara a exceder el voltaje. También existe la posibilidad que por un desorden en la parte interior se llegaran a tocar las barras de magnesio con los tubos de cobre, esto daría origen a impedir la producción de energía provocando que el cargador no funcione como corresponde.

¿Qué problemas produciría si el proyecto se encuentra en un ambiente muy húmedo?

Esto provocaría humedad en los cables produciendo moho, dañando poco a poco y deteriorando el circuito. También acelera el desgaste de los componentes.

Metodología

Materiales necesarios para el dispositivo:

Materiales Cantidad Imagen

Barra de magnesio. 3 Barras.

Tubos de cobre. 3 Tubos.

Aislante 3 Tubos.

Cables USB 1 Cable.

Cables eléctricos punta de lagarto 1 Cable.

Recipiente de plástico. 3 Recipientes.

Agua 1 Litro.

Sal 2 cucharadas.

Materiales. Cantidad. Imagen.

Agua Oxigenada

Tornillos o Cáncamo Cerrado

3 Tornillos.

Conector USB hembra 1 Conector.

Cautín 1 Cautín.

Soldadura de Cautín 1 Soldadura.

Teipe negro 1 Rollo.

Información de la Investigación:

Para el siguiente trabajo se utilizara el método de investigación, así se podrá obtener la suficiente información que nos ayude a desarrollar el dispositivo. Además se utilizara el método de experimentación una vez que tengamos dicha información, así podremos observar cuales son los errores, y de qué manera podemos mejorar el funcionamiento.

Para el prototipo se necesitan realizar las pruebas de cómo es la reacción entre el cobre y el magnesio, el cual debe de tener un tubo de plástico que los separe, que funciona como aislante.

Después, se deben de hacer varias pruebas para comprobar cuál es la cantidad adecuada de agua con sal. Así comprobamos cómo va el funcionamiento.

Después de varias pruebas logramos notar que se presentaban ciertas interrupciones a la hora de probar el dispositivo.

De ahí surge la necesidad de buscar una solución. Después de realizar una investigación logramos determinar que el agua oxigenada era la solución hacia dichas interrupciones.

Su función, es evitar que el hidrogeno gaseoso se adhiera al polo negativo, y así cumpla su funcionalidad sin interrupciones.

Después de algunas pruebas, el dispositivo comenzó a mejorar su rendimiento, al punto de encontrar la medida exacta para su funcionamiento adecuado.

Método de utilización de materiales:

Recipientes: Serán los que contengan todos los materiales para poder construir el dispositivo. Debe ser de un material aislante ya sea plástico, cristal, cerámica u otro material que no sea conductor de electricidad, en este caso se utilizarán recipientes de plásticos. El tamaño debe ser acorde a los electrodos.

Ilustración 4: Recipientes de plástico.

Elaboración: (100ciaencasa.blogspot.com)

Tubo de Cobre: Los tubos de cobre serán los electrodos positivos del dispositivo, el cual se le soldara un cable de cobre para electricidad. Si el cobre se cubre de

óxido, simplemente lo retiramos del dispositivo y lijamos su superficie. Hay que tener presente el tubo que vayamos a utilizar sea 100% cobre, para que funcione nuestro dispositivo.

Ilustración 5: Tubo de cobre.

Elaboración: (100ciaencasa.blogspot.com)

Aislantes: En este caso se utilizaran tubos de plástico o de PVC, como separadores entre el tubo de cobre y la barra de magnesio. Es importante que el tubo tenga pequeños agujeros para que las corrientes de iones puedan circular libremente.

Ilustración 6: Tubos de plástico.

Elaboración: (bwf-profiles.es/es/bwf-profiles/productos/tubos_plasticos.html)

Electrodos de Magnesio: El magnesio será el electrodo negativo del dispositivo. Debido a que los cables no se pueden adherir al magnesio es necesario hacerle un pequeño agujero en la parte superior del magnesio y colocarle un tornillo o cáncamo cerrado que servirá para conectar los cables eléctricos con punta de lagarto. Es de vital importancia que estos no tengan ningún tipo de contacto con el cobre.

Ilustración 7: Electrodo de Magnesio.

Elaboración: (es.aliexpress.com)

Cáncamo cerrado: Va a ser de gran utilidad, ya que nos servirán para conectar los cables al electrodo negativo de magnesio. Preferiblemente tiene que ser pequeño.

Ilustración 8: Cáncamo cerrado.

Elaboración: (www.easy.cl/easy/ProductDisplayZoom?id_prod=136394&multi=N)

Electrolito: Para crear el electrolito hay que realizar los siguientes pasos:

Primer paso: En un litro de agua añadiremos dos cucharadas de sal de cocina (preferiblemente cucharas soperas) y lo diluiremos.

Ilustración 9: Agua con sal.

Elaboración: (www.remedioscaserosblog.com)

Segundo paso: Se le agregara al agua con sal que teníamos anteriormente aproximadamente dos cucharadas de agua oxigenada y también se diluirán.

Ilustración 10: Agua oxigenada.

Elaboración: (www.taringa.net)

La función de la sal es hacer más conductora el agua. Si agregamos más cantidad de sal, lo que provocara es hacer el agua muy salina y se desgastara el magnesio.

Luego la función del agua oxigenada es servir de despolarizante, es decir que impide que el hidrogeno gaseoso se adhiera al polo negativo, así impide las interrupciones en el dispositivo.

Cables de conexión: Se necesitaran cables con punta de lagarto o caimán en sus extremos, así será de mayor eficiencia conectarlos al cáncamo cerrado.

Ilustración 11: Cables con punta de lagarto.

Elaboración: (tutallerdebricolaje.com)

Necesitaremos un dispositivo donde podamos utilizar nuestro cargador. El siguiente dispositivo debe de tener 4 a 4.5 voltios para que funcione. Por lo tanto lo adaptaremos para que esta carga funcione para nuestro dispositivo móvil.

Estructura del dispositivo.Ilustracion 9: Esquema de la estructura del dispositivo.

Elaboración: Fuente Propia.

Primer

Paso

Se coloca en cada vaso el cobre con su respectivo cable de electricidad soldado.

Segundo Paso

Seguidamente se coloca dentro del cobre su respectivo separador o aislante, en este caso el tubo de PVC.

Tercer

Paso

Luego colocaremos dentro del tubo PVC, el electrodo de magnesio, se debe tener cierto cuidado que el magnesio y el cobre no lleguen a tener contacto, ya que no habrá reacción.

Cuarto

Paso

A continuación conectamos, con nuestros cables de electricidad con punta de lagarto, el magnesio del primer recipiente al cobre del segundo recipiente, después el magnesio del segundo recipiente al cobre del tercer recipiente, por lo tanto quedaran libres un cobre en el primer recipiente (polo positivo) y un magnesio en el tercer recipiente (polo negativo)

Quinto

Paso

Despues procedemos a añadir el electrolito a los recipientes, es decir lo diluido anteriormente (agua con sal y agua oxigenada)

Sexto

paso

Estaremos obteniendo aproximadamente 1.47 voltios por vaso, por lo tanto estariamos obteniendo 4.41 voltios por los tres vasos.Luego darle uso al dispositivo.

Prototipo

Para desarrollar dicho prototipo se ha tenido que realizar una serie de pasos para poder construir el dispositivo.

El dispositivo es casero, pero con el paso del tiempo al seguir investigando y experimentando se hará más comercial y con mayor ventajas que las actuales.

Una de las principales ventajas que el dispositivo posee es ser amigable con el ambiente ya que no desperdicia la electricidad que muchas veces nosotros desperdiciamos, por ejemplo cuando los cargadores quedan conectados a las corriente eléctrica.

Al dispositivo se la harán mejoras conforme a las debidas investigaciones que se le realizaran y conforme a la experimentación que se realice.

Una de las mejoras que se quiere realizar es aumentar más el voltaje, y no solo eso, si no crear un software que pueda regular la energía que necesite cada dispositivo, dependiendo a lo que necesite de voltaje sin dañar el dispositivo móvil.

Ilustración 12: Esquema del software (Regulador de voltios)

Elaboración: Fuente Propia.

Salida de una cantidad

especifica de voltios.

Procesa

Recibe una cierta cantidad

de voltios.

Resultados:

Se obtiene excelente información sobre cada material que necesitamos y la función de cada uno, ya que son de vital importancia para el proyecto.

Con forme a las pruebas que se dieron a realizar, el dispositivo no es capaz de generar electricidad mediante el agua común.

Se tuvo que investigar qué tipos de minerales o químicos se tendría que agregar al agua para que esta pueda realizar dicha función.

Encontramos por los diferentes sitios web que el agua al ser disuelta con sal y agregar una cantidad adecuada de agua oxigenada provocará la reacción eléctrica que estamos buscando.

Conclusiones

Al realizar los pasos investigados hemos logrado crear una reacción eléctrica con los elementos, que será convertido posteriormente en electricidad que será transmitida al dispositivo móvil a través de un cable USB.

El cargador será compatible con dispositivos de entrada USB ya sea teléfonos u otros tipos de aparatos eléctricos que ocupen la cantidad de voltios que genera el cargador.

Construimos una carcasa o un tipo de protección para el dispositivo de manera que sea anti derrames, donde todos los componentes estarán sellados de tal manera que se pueda llenar y vaciar.

Logramos concluir que a través de este proyecto se puede utilizar la energía limpia, en este caso lo es el agua, para realizar una de las principales funciones como es el de cargar nuestros dispositivos móviles.

Dejando los aspectos faltantes para poder continuar trabajando y realizando más investigaciones y experimentaciones para la mejora de nuestro proyecto.

Recomendaciones

Una de las recomendaciones es lograr que el cargador sea universal, que cualquier tipo de USB sea compatible con él, inclusive los iOS y Android.

Otra mejora es implementar la vida útil de este cargador, ya que al no secar los componentes internos, se dará un desperdicio de electricidad provocando el desgaste de dichos componentes.

Además, se pretende lograr la modificación del tamaño, para que sea de fácil acceso al transporte.

Bibliografía

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