CAMPO TECNICO

[001] La presente tecnología se encuentra enmarcada en las tecnologías verdes de energía alternativa y amigables con el medio ambiente, ya que, mediante la misma, se proporciona un dispositivo polarizador de láminas con propiedades piezoeléctricas libres de plomo y un proceso de polarización de una lámina mediante dicho dispositivo para adquirir polarización eléctrica del material para la producción de energía limpia, principalmente para aplicaciones viales y peatonales a partir de compresión y descompresión de dicho material.

ESTADO DE LA TECNICA

[002] La búsqueda de generación de energía diferente a la producida por los materiales fósiles se ha convertido en un objetivo primordial en la época actual, principalmente por el eventual agotamiento de este recurso no renovable y por la producción de contaminación principalmente la emisión de gases efecto invernadero que afectan el clima mundial generando el conocido calentamiento global.

[003] En este sentido, una generación de energía alternativa es la proporcionada por el fenómeno de piezoelectricidad que presentan algunos materiales cerámicos al ser sometidos a tensiones mecánicas para la producción de energía y se requiere de dispositivos polarizadores para fomentar el fenómeno de piezoelectricidad en materiales cerámicos.

[004] En el ámbito de las patentes, se conoce el documento US 2,621 ,624 el cual reporta un aparato para la fabricación de elementos piezoeléctricos que comprende una cámara de vacío, un vaporizador adaptado para proyectar un chorro de material vaporizado en dicha cámara, un soporte cilindrico para una pluralidad de placas piezoeléctricas en dicha cámara, medios para montar dichas placas en la superficie exterior de dicho soporte, medios operativos para provocar la rotación y los desplazamientos axiales de dicho soporte, por lo que las placas montadas sobre dicho soporte pueden moverse dentro y fuera del chorro de vapor y en donde los medios operativos y el soporte están conectados por campos magnéticos a través de la pared de la cámara de vacío.

[005] También se conoce el documento US 2,340,843 que reporta un aparato para la fabricación de un cuerpo piezoeléctrico, en donde se combina un portapiezas adaptado para recibir dicho cuerpo, una herramienta móvil con respecto a dicho portapiezas, un amplificador sensible a las corrientes piezoeléctricas producidas en dicho cuerpo por el trabajo y tiene terminales de entrada conectados efectivamente al portapiezas y a la herramienta, y medios indicadores de frecuencia conectados a la salida de un amplificador sintonizado a úna frecuencia predeterminada y que tiene terminales de entrada efectivamente conectadas, medios de detección conectados a la salida de dicho amplificador y medios indicadores sensibles a la amplitud de corriente conectados a la salida de dicho detector, en donde la herramienta móvil con respecto a dicho portapiezas tiene medios conectados a dicho portapiezas y a dicha herramienta para determinar la frecuencia de la tensión alterna generada dentro de dicho cuerpo piezoeléctrico por las tensiones internas producidas en el mismo.

[006] Por su parte, se conoce la patente US 6,245,172 que divulga un método para construir un dispositivo piezoeléctrico que comprende los pasos de: distribuir una primera cinta sobre una pista móvil; teniendo dicha primera cinta una pluralidad de orificios espaciados a través de la misma que pueden acoplarse con una pluralidad de pasadores espaciados en dicha pista móvil; dispensar una primera cerámica sobre dicha primera cinta; dispensar una segunda cinta sobre dicha primera cerámica; teniendo dicha segunda cinta una pluralidad de orificios espaciados a través de la misma que pueden acoplarse con una pluralidad de pasadores espaciados en dicha pista móvil; fijar dicha primera cinta a dicha segunda cinta para formar una cinta compuesta; aumentar la temperatura de dicha cinta compuesta; disminuir la temperatura de dicha cinta compuesta; y en el que dicha etapa de dispensar una cerámica sobre dicha primera cinta comprende dispensar una cerámica sobre dicha capa adhesiva de dicha primera cinta y dispensar una segunda cerámica sobre dicha primera cinta después de dicha etapa de dispensar dicha primera cerámica sobre dicha primera cinta; aumentar la temperatura de dicha cinta compuesta y colocar dicha cinta compuesta en un autoclave y elevar la temperatura de dicho autoclave y cortar dicha cinta compuesta para formar al menos un dispositivo piezoeléctrico. [007] También se conoce el documento US2012/0319792 el cual hace referencia a un dispositivo piezoeléctrico que al menos comprende un chip IC; un cuerpo de recipiente que tiene capacidad de aislamiento y que comprende una cavidad superior para recibir un resonador de cristal y una cavidad inferior para recibir el chip IC, en el que el chip IC está montado en la superficie en la cavidad inferior; el resonador de cristal dispuesto en la cavidad superior; y un cuerpo de cubierta, cubriendo y sellando la cavidad superior, en el que el chip IC comprende una protuberancia configurada en una superficie de montaje del chip IC que mira al cuerpo del contenedor y conectada con almohadillas terminales de un patrón de cableado de circuito configurado en una superficie inferior de la cavidad inferior; y una hoja protectora que tiene capacidad de aislamiento y se adhiere a una superficie posterior del chip IC, opuesta a la superficie de montaje, en el que el cuerpo del recipiente es un sustrato de cableado multicapa HTCC (cerámica cocida a alta temperatura) y comprende una pluralidad de capas de cerámica y en el que el sustrato de cableado multicapa se forma integralmente mediante el colado a alta temperatura de un primer sustrato de cableado de una sola capa o multicapa en un lado de la cavidad superior y una segunda capa única o multicapa.

[008] De acuerdo con lo anterior, se ha identificado una necesidad de proporcionar un dispositivo polarizador para láminas con propiedades piezoeléctricas libres de plomo que sea portátil y escalable a nivel industrial que pueda activar las características piezoeléctricas de un material en forma de láminas y un proceso de polarización sencillo y con condiciones aceptables a bajo costo adecuado para la manufactura como en laboratorio.

[009] En este sentido, es un objetivo de la presente invención proporcionar un dispositivo polarizador portátil en donde el dispositivo polarizador sea versátil y capaz de realizar la polarización de materiales cerámicos tanto a nivel de laboratorio como a nivel industrial y en donde el dispositivo tenga la posibilidad de ajustar las variables de polarización de los diferentes materiales con este tipo de propiedades, como la temperatura entre 110°C a 220°C, voltaje entre 10kv a 20kv DC y tiempo de polarización en un tiempo de 1 segundos a 60 segundos y que permita ajustarse a diferentes espesores de láminas piezoeléctricas entre 1 mm y 50mm, con un diámetro máximo de 50 mm. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

[010] La figura 1 muestra una vista frontal del dispositivo de polarización (I) de acuerdo con la modalidad preferida de la presente invención.

[011] La figura 2 es una vista frontal del dispositivo de la figura 1 con los terminales de conexión de cableado.

[012] La figura 3A es una vista ¡sométrica frontal del dispositivo de polarización de la presente invención.

[013] La figura 3B es una vista posterior del dispositivo de polarización de la presente invención.

[014] La figura 3C es una vista isométrica elevada del dispositivo de polarización de la presente invención.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[015] La presente invención hace referencia a una máquina o dispositivo polarizador (I) de acuerdo con la presente invención para la polarización de materiales cerámicos en forma de lámina con un espesor diferente con propiedades piezoeléctricas permite la configuración de parámetros como son la temperatura entre 1 10°C a 220°C, un voltaje de polarización entre 10kv a 20kv DC y tiempo de polarización del voltaje entre 1 segundos y 60 segundos y a un método de polarización de forma automática.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

[016] En un primer aspecto, la presente invención hace referencia a una máquina o dispositivo polarizador portátil (I) de acuerdo con la presente invención para la polarización de materiales cerámicos en forma de lámina con un espesor diferente con propiedades piezoeléctricas permite la determinación de parámetros como son la temperatura entre 110°C a 220°C, un voltaje de polarización entre 10kv a 20kv DC y tiempo de polarización del voltaje entre 1 segundos y 60 segundos.

[017] El dispositivo polarizador (I) se caracteriza por ser un dispositivo portátil que comprende los siguientes componentes como se muestra en las figuras 1 , 2, 3A-C:

100 resorte que permite el desplazamiento de sierra tención de prensa de la moldura hacia arriba,

101 soporte de la moldura del sistema de prensado inferior en materia PVC.

102 eje vertical soporte guía para el sistema de prensado en varilla de acero plata, 103 base inferior moldura soporte para la prensión de la cerámica con propiedades piezoeléctricas,

104 base superior moldura soporte para la prensión de la cerámica con propiedades piezoeléctricas,

105 soporte de la moldura del sistema de prensado superior en materia PVC,

106 resorte que permite el desplazamiento de sierra tención de prensa de la moldura hacia abajo,

107 empaque que permite limitar el esfuerzo o tención del resorte,

108 base inferior en PVC del sistema de prensado soporte,

109 soporte moldura inferior,

110 punto de conexión eléctrica referencia de tierra alta tensión para la moldura interior,

111 punto de conexión termo cupla sensor de temperatura,

112 punto de conexión resistencia térmica inferior moldura,

113 moldura en latón superficie de calentamiento y de polarización en alto voltaje,

114 punto de conexión resistencia térmica superior moldura,

115 soporte moldura superior,

116 punto de conexión eléctrica alta tensión eléctrica para la moldura superior,

117 base inferior en PVC del sistema de prensado soporte,

118 botón de stop para detener el proceso de control,

119 botón de start (inicio) para el inicio del proceso de control,

120 pantalla LCD sistema de visualizaton y configuración del sistema de control,

121 caja chasis del sistema de control,

122 botón DOWN botonera sistema de control de menú de control,

123 botón ENTER botonera sistema de control de menú de control,

124 control de nivel de voltaje análogo, y

125 botón IIP botonera sistema de control de menú de control.

126 contenedor de temperatura en acrílico trasparente

A Línea de alimentación DC alto voltaje 10Kv - 20Kv positivo

B Línea de alimentación DC alto voltaje 10Kv - 20Kv negativo

C Línea de alimentación Resistencia térmica soporte superior

D Línea de alimentación Resistencia térmica soporte superior

E Línea de conexión termocupla

[018] En este sentido, el dispositivo polarizador portátil (I) comprende una caja chasis (121) como un contenedor de temperatura en acrílico trasparente (126) en la base inferior tiene el control, la cual a su vez comprende un botón de alto (stop) (1 18) para detener el proceso de control, un botón de inicio (start) (119) para el inicio del proceso de control, una pantalla LCD (120) que corresponde al sistema de visualizaton y configuración del sistema de control, un botón “down” (122) y un botón “up”(125) para graduar las condiciones del sistema y un botón “enter” (123) para fijar las condiciones deseadas, un botón (124) de control de nivel de voltaje análogo y una entrada de alimentación de corriente eléctrica alterna (no mostrada).

[019] En la parte superior de la caja chasis (121) como se tiene un contenedor de temperatura en acrílico trasparente (126) se encuentra ubicada una base (108) en PVC del sistema de prensado soporte, que puede ser de forma ovoide y fijada a dicha parte superior de la caja chasis (121) y en los extremos de dicha base (108) se fijan o encajan dos o más ejes verticales (102) que corresponden a una guía para el sistema de prensado, en donde dichos ejes verticales (102) pueden ser varillas de acero plata de una longitud determinada e igual para dichos ejes verticales (102). Cada eje vertical (102) en la parte inferior cerca de la superficie de la base (108), lleva un resorte (100) que circunda cada eje vertical (102), el cual permite el desplazamiento de sierra tensión de prensa de la moldura hacia arriba. Sobre estos resortes (100) ubicados en cada uno de los ejes verticales (102), se introduce un soporte de moldura (101) que tiene forma rectangular a través de orificios en sus extremos y que constituye la parte interior del sistema de prensado. Este soporte de moldura (101) puede ser de material PVC además se caracteriza dicho soporte de moldura (101) por tener en su parte central superior un soporte de moldura inferior (109) que a su vez comprende un punto de conexión eléctrica (110) referencia de tierra alta tensión para la base moldura inferior (103) en donde se coloca la cerámica con propiedades piezoeléctricas. Esta base moldura inferior (103) comprende además dos puntos de conexión (111) y (112), en donde el punto de conexión (11 1) es el punto de conexión de una termocupla del sensor de temperatura y el punto de conexión (112) es el punto de conexión de resistencia térmica dé la base de moldura inferior (103).

[020] Confrontada a la moldura inferior (103) y ubicada sobre ésta, se encuentra una base superior (104) para la prensión de la cerámica con propiedades piezoeléctricas y que soporta a su vez la moldura (113) en latón de superficie de calentamiento y de polarización en alto voltaje, en donde esta moldura superior (1 13) se encuentra unida a la parte inferior de un soporte superior (105) de la moldura del sistema de prensado superior a través de un soporte de moldura superior (115). El soporte superior (105) está unido a los ejes verticales (102) que pasan a través de orificios en dicho soporte superior (105), el cual se encuentra hecho en un material de PVC. La moldura superior (1 13) comprende además un punto de conexión (114) de resistencia térmica. En la parte superior del soporte superior (105) se encuentra un punto de conexión eléctrica de alta tensión eléctrica (1 16) para la moldura superior (1 13).

[021] Las secciones de los ejes verticales (102) ubicadas sobre el soporte suprior (105) tienen resortes (106) que circundan dichos ejes verticales (102), en donde dichos resortes (106) permiten el desplazamiento de sierra tensión de prensa de la moldura superior (1 13) hacia abajo. Los resortes (106) tienen en su parte superior empaques (107) que permiten limitar el esfuerzo o tensión del resorte. Finalmente, el dispositivo polarizador portátil (I) comprende en la parte superior tiene una base superior (117) del sistema de prensado soporte, el cual está hecho un material PVC.

[022] Modalidad de suministro de energía se podría tener un sistema portátil mediante batería el cual tendrá una batería auxiliar de 12v a 2500 miliamperios para su funcionamiento la cual dará una autonomía para 4 horas de operación continua.

[023] En un segundo aspecto, la presente invención hace referencia a un proceso de polarización de una lámina mediante el dispositivo polarizador portátil (I), el cual lleva a la cerámica con propiedades piezoeléctricas a una temperatura de polarización entre 110°C y 220°C y al llegar a la temperatura de polarización el sistema entrega un voltaje de polarización entre 10kv y 20kv con una duración dd por el tiempo de polarización entre 1 segundos a 60 segundos. El proceso tiene una etapa adicional de enfriar el sistema hasta llegar a una temperatura entre 25°C-30°C en donde la cerámica adquiere las propiedades piezoeléctricas para generar energía.

[024] En una modalidad de la invención, el sistema de polarización que comprende los ejes verticales (102), los soportes (108), (101), (105) y (117) y las bases (103) y (104) y los demás componentes arriba mencionados pueden estar confinados en un receptáculo cilindrico o rectangular de un material polimérico resistente al calor transparente y sellado en uno de sus extremos que ayude a equilibrar y mantener las condiciones de temperatura en el sistema al momento de realizar la polarización.

[025] Como ventaja se pude resaltar el hecho que el dispositivo de polarización (I) de acuerdo con la presente invención, es un dispositivo portátil para la polarización de materiales piezoeléctricos que tienen como característica la generación de energía eléctrica a partir del efecto piezoeléctrico: También, se tiene la posibilidad de ajustar los variables de polarización de los diferentes materiales con este tipo de propiedades, como la temperatura entre 110°C a 220°C, voltaje entre 10kv a 20kv DC y tiempo de polarización 1 segundos a 60 segundos, con lo cual se permite ajustar a diferentes espesores de láminas piezoeléctricas entre 1 mm y 50m y permite el desarrollo experimental en el laboratorio y a nivel industrial de nuevos materiales con propiedades piezoeléctricas para garantizar la mejor polarización de este tipo de compuestos.

[026] En este sentido, el proceso de polarización de una lámina con propiedades piezoeléctricas comprende las siguientes etapas: a. Conectar el dispositivo a la corriente eléctrica alterna de la red 110v- 220v; b. Proporcionar una o más láminas con propiedades piezoeléctricas sobre la parte superior de la base inferior de la moldura soporte (103) la cual tendrá un recubrimiento en silicona en la parte exterior de la cerámica el cual se comporta como un material aislante; c. Realizar contacto con la base superior de moldura (104) para presionar la(s) cerámica(s) o lámina(s) entre la base inferior de la moldura soporte (103) y la base superior de moldura (104) se ajustan las dos molduras con una tensión mecánica con dos empaques (107) ubicados en la parte superior los cuales permitirán el desplazamiento del tope superior de los resortes para garantizar el ajuste de las dos molduras sobre las dos caras de la cerámica; d. Opcionalmente, confinar el sistema en el receptáculo de material polimérico resistente al calor se coloca el contenedor de temperatura en acrílico trasparente (126); e. El dispositivo se inicia configurando los parámetros por el usuario temperatura de control, tiempo y voltaje de polarización estos parámetros se visualizan en la pantalla LCD con los botones del menu de control (125), (122) y (123) se ajusta los parámetros. Se inicia el proceso con el botón de start (119) y elevar la temperatura del dispositivo a una temperatura determinada por el usuario con el panel de control de polarización entre 110°C y 220°C; f. Una vez se alcance la temperatura del paso e), se suministra una descarga de voltaje de polarización entre 10kv y 20kv el cual el usuario configura de manera manual con un control analógico (124) el cual modifica la tensión de salida y se visualiza en la pantalla LCD, por un lapso de 1 s a 60 s que se establece dentro del menú de control; g. enfriar el sistema hasta obtener una temperatura entre 25°C y 30°C la cual se visualiza en la pantalla LCD del dispositivo. h. En el paso anterior g) cuando se llegue a la temperatura ambiente se interconecta de manera conmutada entre las dos terminales de polarización de alto voltaje una resistencia eléctrica de 1000 ohm a 1w para realizar una descarga controlada de la cerámica ya que esta se comporta en esta etapa como un condensador de alto voltaje, se deja descargar y termina el ciclo de la maquina con un aviso/mensaje en la pantalla LCD de terminación del proceso.