Entendiendo la piezoelectricidad: Un estudio en profundidad

Como parte de la transición ecológica, la industria está buscando nuevas soluciones para generar energía, incluso en los cristales. Lo has oído bien, este material tiene una sorprendente propiedad denominada piezoelectricidad. ¿Sabías que puede ser fundamental para nuestro futuro? Te explicamos esta propiedad en un estudio completo que hemos elaborado sobre su generación y aplicaciones.

Conceptos básicos y principios de la piezoelectricidad 

¿Qué es la piezoelectricidad? La podríamos definir como la generación de electricidad (y, por tanto, de energía renovable) a través de materiales sometidos a una presión extrema. Cuando se aplica una fuerza mecánica sobre su superficie, los electrones pasan a oprimirse o estirarse en un proceso que desencadena una polarización.

Te sorprenderá saber que existe una amplia variedad de aplicaciones —tanto presentes como futuras— de esta propiedad. A continuación, te mostramos qué dicen al respecto las organizaciones internacionales y nacionales que están liderando la conducta ecologista mundial:

• El Ministerio para la Transición Ecológica aprobó su uso en procesos de gestión del agua enmarcados dentro del Plan Hidrológico Nacional, como el de La Rioja (presa de regulación en el arroyo Regajo).
• La Unión Europea ha puesto tanto interés en este fenómeno que está trabajando en la posibilidad de tratar materiales no piezoeléctricos para darles esa propiedad (Proyecto ESTEEM 3 publicado en CORDIS, 2022).

¿Cómo funciona la piezoelectricidad?

Con el objetivo de aclarar esta pregunta, debemos hacernos otra más básica: ¿qué es un piezoeléctrico y cómo funciona? Es un material que puede generar microcorrientes al someterse a presión. Tal y como afirmó el año pasado la Comisión Europea, «el concepto puede ser sencillo», como te mostramos:

1. Se aplica fuerza sobre el centro hipotético de un material cuya composición de cristales sea asimétrica.
2. La superficie se deforma y los átomos comienzan a desplazarse hacia el exterior.
3. Cada cristal tiene espacio para conducir una pequeña corriente eléctrica de modo repentino.

Documentando los materiales piezoeléctricos 

¿Qué es un material piezoeléctrico? La Comisión Europea indica que encontrar materiales en los que aplicar este proceso ha sido un gran obstáculo durante más de un siglo. Hasta ahora, se clasifican según la manera en la que adquirieron esa propiedad:

• Materiales naturales. Como el cuarzo, la turmalina o el rubidio.
• Materiales sometidos a polarización. Como la cerámica de plomo-zirconato-titanato o ciertos polímeros.

En general, los minerales también son piezoeléctricos. Para ello, deben cumplir una condición: no tener un centro de simetría, de modo que los cristales se desorganicen al recibir un empuje.

Descubriendo la energía piezoeléctrica 

Existe una cuestión que te sorprenderá conocer, y es que gran parte de las aplicaciones de este fenómeno se pueden encontrar en procesos de la vida cotidiana. De hecho, se ha indagado bastante en los medios de generación que tenemos a nuestro alcance, y es algo en lo que queremos profundizar ahora.

Generación y características de la energía piezoeléctrica

Cualquier espacio en el que se produzca una vibración constante y potente es susceptible de generar piezoelectricidad. Para ello, es necesario una fuerza de empuje y un material que sea receptivo. Este principio tiene un significado muy amplio, lo que da cuenta de la versatilidad que tiene este fenómeno.

Esa es, precisamente, una de sus características, aunque hay más:

• Puede vincularse a fuentes de energía limpia para complementarlas, como la hidroeléctrica.
• Es compatible con cualquier influencia mecánica, tanto las de torcedura como las de doblamiento.
• Funciona gracias a la polarización de los cristales o, más concretamente, de sus electrones.

Aplicaciones de la energía piezoeléctrica en la vida cotidiana

¿Cuáles son los usos de la piezoelectricidad? La realidad es que todos hemos hecho uso de este fenómeno, y tú también. Estas son algunas aplicaciones para la vida diaria:

• Sensores que detectan vibraciones. Entre ellos, podemos encontrar los micrófonos, que captan las frecuencias y las reproducen después de amplificarlas.
• Medida de tiempo en relojes. Hay modelos elaborados con base de cuarzo para calcular una frecuencia específica que se corresponda con los segundos.

Es más, la posibilidad de ampliar estas soluciones en el ámbito cotidiano podría ser una oportunidad. Hablamos de algo parecido al ahorro que conseguirías con paneles fotovoltaicos. ¡Calcula ahora cuánto!

Efectos y aplicaciones menos conocidas de la piezoelectricidad 

En el lado opuesto, podemos encontrar otros usos no tan conocidos, pero igual o más sorprendentes:

• Captación de ultrasonidos en barcos militares. Los sónares y los radares pueden aprovechar este fenómeno para discriminar las frecuencias que no quieren escuchar.
• Incorporación de pantallas táctiles para domótica. Funcionan gracias a la presión que se ejerce con el dedo, que simula el movimiento de activar un botón.
• Generación de energía eléctrica para el alumbrado público. Es posible aprovechar la fuerza de los coches en la carretera para provocar el impulso necesario e iluminar mejor las vías.

Esta ha sido una mirada al futuro que, quizás, no es tan lejana como creemos. La piezoelectricidad nos permite comprobar que estudiar los materiales que usamos puede darnos nuevas soluciones. El sistema energético está cambiando, y tú puedes beneficiarte desde hoy con nuestros servicios. Llámanos al 900 649 101 o calcula tu presupuesto gratuito en tres minutos.