A high-performance electromagnetic vibration energy harvester based on ring magnets with Halbach configuration: design, optimization, and applications

Electromagnetic vibration energy harvesting is a relatively modern technology that has received relevant attention in the last decade from the research community and industry as a potential complement or alternative to the inconvenient employment of batteries for powering ultra-low-power devices, microelectromechanical systems, and wireless sensor networks. However, there are still many flaws in this technology that require to be addressed to develop truly practical, reliable, and cost-effective electromagnetic generators, without which industries can still not avoid relying primarily on batteries for powering wireless devices. This dissertation is mainly concerned with developing a high-power, compact, and yet simplified electromagnetic vibration energy harvester capable of reaching high power density levels without the necessity of a complex design, which is generally accompanied by an increment in fabrication costs. For this purpose, a ring-shaped magnet structure consisting of three ring magnets in a linear Halbach configuration is proposed in the present thesis. This particular structure is also compared, in terms of their output performance, with several ring magnet arrangements that include single magnets, double magnet arrays, and an alternative Halbach configuration to determine the actual benefits of the employed Halbach array within the proposed architecture. Also, the coil-magnet parameters of the selected transducer have been further optimized, mainly as a function of the inner radius, the height, and the wire diameter of the coil, to maximize its power generation. Besides, a harvester prototype based on the proposed configuration has been fabricated to validate the modeling strategy used and to certify the reliability of the proposed design regarding its power generation capabilities. The results of the power density normalized to the square of the excitation amplitude obtained for the optimized device and the fabricated prototype are found to be significantly higher than the ones associated with devices described in the literature for similar applications. Furthermore, the proposed electromagnetic generator has been tested and simulated in the framework of two industrial applications to determine its feasibility and output performance: a railway tunnel and a water distribution system. In both cases, the most relevant characteristics of the site under evaluation and the field test setup employed for data acquisition are thoroughly described. The field test measurements and overall results are presented and discussed together with the performance simulations obtained for various scenarios, including different significant natural frequencies of the harvester and several locations of particular interest. Results demonstrate that the applicability of the proposed electromagnetic harvester in the context of underground railway systems is feasible, even for non-usual locations subjected to low vibration amplitudes. Also, for the case of water distribution systems, in which the vibration levels are extremely low, the output performance results of the proposed generator are found promising.La recolección de energía de vibración mediante transductores electromagnéticos es una tecnología relativamente moderna que ha recibido especial atención en la última década por parte de la comunidad científica e industrial como una potencial alternativa al uso de baterías para alimentar dispositivos de ultra baja potencia, sistemas microelectromecánicos y redes de sensores inalámbricos. Sin embargo, existen aún muchas problemáticas en esta tecnología que requieren ser atendidas para poder desarrollar generadores electromagnéticos realmente prácticos, confiables y económicos, necesarios para proveer a la industria de una solución confiable que permita no depender primordialmente de las baterías para alimentar dispositivos inalámbricos. Esta tesis doctoral se enfoca fundamentalmente en el desarrollo de un recolector de energía de vibración mediante transducción electromagnética, de alta potencia, compacto y simplificado, capaz de alcanzar altos niveles de densidad de potencia generada sin la necesidad de un diseño complejo, el cual, generalmente, viene acompañado de un incremento de los costes de fabricación. Para este propósito, esta tesis propone una estructura magnética formada por tres imanes anulares en configuración Halbach lineal. Para determinar los beneficios reales de la configuración Halbach empleada dentro de la arquitectura propuesta, esta estructura en particular se compara, en términos de rendimiento de salida, con varias configuraciones de imanes anulares: un único imán, dos imanes y una configuración Halbach alternativa. Además, los parámetros del sistema bobina-imán del transductor seleccionado han sido optimizados, principalmente en función del radio interno, la altura y el diámetro del cable de la bobina, para maximizar su generación de potencia. Adicionalmente, se ha fabricado un prototipo de recolector de energía basado en la configuración propuesta para validar la estrategia de modelado utilizada y certificar la fiabilidad del diseño propuesto con respecto a su capacidad de generación de energía. Los resultados en términos de densidad de potencia normalizada por cuadrado de la amplitud de excitación, obtenidos para el dispositivo optimizado y el prototipo fabricado, son significativamente más altos que los asociados con dispositivos descritos en la literatura para aplicaciones similares. Finalmente, el generador electromagnético propuesto ha sido probado y simulado en el marco de dos aplicaciones industriales para determinar su aplicabilidad y eficiencia en situaciones reales. Concretamente, la aplicaciones escogidas han sido un túnel ferroviario y un sistema de distribución de agua. En ambos casos, las características más relevantes del emplazamiento de estudio y la configuración de los ensayos de campo desarrollados para la adquisición de datos son descritas minuciosamente. Las medidas de campo y los resultados generales se presentan y discuten junto con las simulaciones de rendimiento de salida obtenidas para distintos escenarios, incluyendo diferentes frecuencias naturales significativas del dispositivo y varias locaciones de particular interés. Los resultados demuestran que la aplicabilidad del recolector de energía de vibración mediante transducción elec-tromagnética propuesto en el contexto de los sistemas ferroviarios subterráneos es factible, incluso para lugares no habituales sujetos a bajas amplitudes de vibración. Para el caso de los sistemas de distribución de agua, aunque los niveles de vibración obtenidos experimetales son extremadamente bajos, los resultados de rendimiento de salida del generador propuesto son prometedores.Postprint (published version

La celeridad procesal y terminación anticipada en delitos de violencia familiar , juzgados de investigación preparatoria , San Juan de Miraflores,2021

La investigación “Celeridad Procesal y Terminación Anticipada en delitos de violencia familiar, juzgados de investigación preparatoria, San Juan de Miraflores, 2021” tuvo como objetivo analizar si favorece la terminación anticipada con la celeridad procesal en delitos de violencia familiar. Asimismo, la investigación presenta un enfoque cualitativo, tipo básico, diseño de teoría fundamentada y nivel descriptivo. El escenario de estudios constó de empresas, tanto abogados, jueces y fiscales, los participantes, se tuvo 9 los que son los partícipes del procedimiento. Se empleó como herramienta de recolección de datos la guía de entrevista. Se concluyó que la terminación anticipada con la celeridad procesal logran que las partes se beneficien, pues al imputado, con la aprobación de una Terminación Anticipada, se le reducirá un sexto de su pena, la parte agraviada recibirá una justicia pronta y una reparación civil, el Ministerio Público y el Poder Judicial habrán resuelto un proceso en menos tiempo, además de ello el principio de celeridad procesal también ayuda a que los procesos se resuelvan de manera célere y eficaz, lo cual significará una descarga procesal para los operadores que administran justicia

Análisis sectorial y propuestas estratégicas para el sector de ópticas en la ciudad de Quito

El Análisis Estratégico de Sectores Industriales se aplica a toda empresa o sector, con independencia de su tamaño y actividad económica, el mercado exige estar permanentemente mejorando su competitividad. Buscando tanto en su interior como en su medio externo las fortalezas y oportunidades que tiene para crecer y desarrollarse así como también las debilidades y amenazas que limitarían su crecimiento o permanencia en el mercado. El sector de Ópticas de Quito está compuesto por 225 establecimientos en los que los clientes acuden buscando soluciones a algún problema visual, reciben atención de salud visual por un profesional, son asesorados respecto a los productos disponibles y escogen el material y diseño de montura que más se acomode a sus características personales y requerimientos. Este sector está compuesto por grandes empresas, medianas y micro empresas sobre las que actúan fuerzas del macro entorno del país y ciudad, y fuerzas competitivas del micro entorno y del medio específico en donde se desarrollan. Para estos análisis se usa el esquema propuesto por Porter y con un método de valoración de las variables del entorno se determina que existe un entorno favorable para este sector. Por otra parte el análisis interno permite a una Óptica, conocerse a sí mismo y establecer de forma objetiva las fortalezas y debilidades con las que cuenta para competir y desarrollarse en el sector, proponiendo un método sistemático para llevarlo a cabo este análisis. Otros aspectos importantes son: conocer al consumidor, sus preferencias y criterios de valoración para comprar bienes y servicios. Revisar las tendencias en la oferta en el sector y que sirven de insumo para la formulación de estrategias. La realización del Análisis Estratégico sectorial permite generar recomendaciones y propuestas estratégicas para lograr crecimiento, ventajas competitivas y/o prevenir cambios del entorno. El trabajo se desarrolla usando la investigación bibliográfica especializada en el tema, fuentes secundarias como información de instituciones estatales (INEN, CAE, BCE, etc.), investigación empírica y de campo como encuestas a grupos de usuarios y consumidores y entrevistas a personas claves que trabajen o conozcan el sector de Ópticas de Quito, las mismas que son fuentes primarias

El nuevo rol de la educación superior en un mundo globalizado

Mientras buscamos nuevas funciones para la educación superior en medio de los cambios sociales, económicos y políticos que conlleva la globalización, resulta útil reflexionar sobre las funciones que históricamente han desempeñado las universidades. Éstas han sido principalmente la creación, transmisión y conservación del conocimiento. Con el paso del tiempo, las funciones que llevaban a cabo las universidades se han visto complementadas con otras importantes actividades sociales, en diferentes sociedades y culturas y en diferentes momentos. Entre ellas se encuentran la produccióny reproducción de élites y clases profesionales; la extensión de la educación superior a otros estratos sociales mediante su democratización y masificación; la creación, destilación y difusión del conocimiento científico, y la codificación y conservación de prácticas lingüísticas y culturales. A lo largo de la historia se ha visto que las instituciones de educación superior poseen capacidad de adaptación, aunque de forma lenta y conservadora, a cambios sociales de gran alcance. Se han creado oportunidades para nuevas clases de investigación, las disciplinas han sido reorganizadas para promocionar su estudio detallado y su transmisión, y se ha abogado por los valores sociales de la investigación y las oportunidades abiertas, si bien de forma desigual.Peer Reviewe

Competencias Investigativas Dirigidas a los Profesores de Ingeniería Eléctrica, desde un Modelo de Energía Alternativa

The purpose of this work was to contemplate research capabilities directed to all electric engineering teachers from an alternative energy model intro the explanation of a semiconductor in the National Training Program in Electricity. Some authors, such as. Vidal (2016), Atencio (2014) y Camilo (2012) point out to technological applications with semiconductor electrical devices. In this way; a diagnostic phase is presented, held on this field research as a descriptive type about: a) how to identify the necessities of alternative energies, and b) The research competences in the alternatives energies of researcher from a solar cell model, to boost and innovate the academic praxis and technologic ingenuity. Themselves was applied a survey for a group of 15 teachers in the National Program of Formation in electricity to diagnose the deficiencies in the research area of alternatives energies. The process of data analysis was carried out through descriptive statistic. Later the conclusions are presented the need to generate strategies for stimulate and propose exploration of alternatives energies to the development of research competences directed to the teachers of electrical engineering for develop the research competences in the enforcement of the teachers exercise for the electric engineering, from an alternative energy model and boost the technologic research in the renewal energies field.El propósito del presente trabajo fue plantear competencias investigativas dirigidas a los profesores de ingeniería eléctrica, desde un modelo de energía alternativa y para la explicación del semiconductor en el Programa Nacional de Formación en Electricidad. Algunos autores entre ellos Vidal (2016), Atencio (2014) y Camilo (2012). Señalan posturas tecnológicas de aplicación con los dispositivos electrónicos semiconductores, de esta forma se presenta una fase diagnóstica, apoyada en esta investigación de campo tipo descriptiva sobre: a). Como identificar las necesidades de las energías alternativas, y b). Las competencias investigativas en las energías alternativas del investigador desde un modelo de celda solar, para impulsar e innovar praxis académica e inventiva tecnológica. Así mismo se aplicó una encuesta a un grupo de 15 docentes en el Programa Nacional de Formación en electricidad para diagnosticar la carencia de investigaciones en el campo de las energías alternativas. El procedimiento de análisis de datos se llevó a cabo mediante la estadística descriptiva. Posteriormente se presentan en las conclusiones la necesidad de generar estrategias para estimular y proponer la exploración de energías alternativas al desarrollo de competencias investigativas dirigidas a los profesores de ingeniería eléctrica, desde un modelo de energía alternativa e impulsar la investigación en energías renovables

Measure of the color of beach nourishment sands: A case study from the Belgium coast

La percepción estética de una playa como lugar de recreo está estrechamente ligada al color de la arena. Esta es una de las características más perceptibles de una playa. El color de la arena puede ser alterado después de un trabajo de reposición. Este tipo de obras son cada vez más populares ya que representan una buena herramienta para preservar las playas de la erosión. Sin embargo, se ha prestado poca (o ninguna) atención al color de la arena durante los trabajos de reposición. Los colores de las arenas de la costa belga fueron determinados en el espacio Cielab, junto con su granulometría y composición. Las coordenadas de color varían entre 50 y 60 para L*, 0,5 a 4,0 para a* y 10,5 a 16,5 para b*. La composición muestra una fracción de cuarzo dominante, seguida de fragmentos de conchas y finalmente fragmentos de roca. La granulometría es bastante homogénea, siendo la distribución de grano más estrecha para la parte este de la costa que para la costa oeste. Este trabajo describe la metodología para realizar el análisis colorimétrico en playas de arena antes de un trabajo de reposición, junto con los principales criterios de aceptación al escoger la arena adecuada para el reemplazo.The aesthetical perception of a beach as a recreational place is closely linked to the sand color. This is one of the most perceptible characteristics of a beach. Sand color can be altered after a nourishment work. This type of works is becoming more and more popular since they represent a good tool for preserving beaches from erosion. However, only little (or none) attention has been paid to sand color during nourishment works. Colors of the sands from the Belgian coast were determined in the Cielab space, together with their granulometry and composition. Color coordinates range between 50 and 60 for L*, 0.5 to 4.0 for a*, and 10.5 to 16.5 for b*. The composition shows a dominant quartz fraction, followed by shell fragments and finally rock fragments. Granulometry is rather homogeneous, being the grain distribution for the east part of the coast narrower than for the west coast. This work describes the methodology for performing colorimetric analysis in sand beaches before a nourishment work, together with the main acceptance criteria when choosing the appropriate sand for replacement

A high-performance electromagnetic vibration energy harvester based on ring magnets with Halbach configuration

This paper proposes and studies a ring-shaped architecture with Halbach configuration for electromagnetic vibration energy harvesters. The proposed transducer consists of three ring magnets with a linear Halbach array that concentrates its magnetic field in the inner space of the mechanism where a single vertically-centered concentric coil has been located. This particular structure allows to increase the resonant mass within a fixed dimensions of the transducer and reduces the coil resistance for the same number of turns, enhancing its power generation capabilities. The ring-shaped architecture has been compared with several ring magnet arrangements, including single magnets, double-magnet arrays, and an alternative linear Halbach array, using numerical simulations to determine their influence on its performance. Consequently, this work is the first contribution to the applicability of Halbach configurations for electromagnetic vibration energy harvesters within ring-shaped architectures. Also, a geometrical optimization of the proposed transducer has been conducted, mainly as a function of the inner radius, the height, and the wire diameter of the coil, to increase its power generation. The maximum simulated output power for the optimized generator reaches 3.61 mW for an input harmonic vibration of 0.03 g at a frequency of 61.7 Hz, corresponding to a 29.08 mW/cm 3 g 2 normalized power density performance, significantly higher than devices described in the literature for similar applications. Besides, a harvester prototype based on the proposed configuration has been fabricated to validate the modeling strategy used and to certify the reliability of the proposed design regarding power generation capabilities. Several experimental tests have been conducted under harmonic excitation with frequencies ranging between 10 Hz and 100 Hz and a vibration amplitude of 0.03 g. The experimentally measured induced voltage and electrical output power have been found in good agreement with their corresponding simulated values, with a difference of about 2.1% and 5%, respectivelyPostprint (published version

Collaborative explicit plasticity framework: a conceptual scheme for the generation of plastic and group-aware user interfaces

The advent of new advances in mobile computing has changed the manner we do our daily work, even enabling us to perform collaborative activities. However, current groupware approaches do not offer an integrating and efficient solution that jointly tackles the flexibility and heterogeneity inherent to mobility as well as the awareness aspects intrinsic to collaborative environments. Issues related to the diversity of contexts of use are collected under the term plasticity. A great amount of tools have emerged offering a solution to some of these issues, although always focused on individual scenarios. We are working on reusing and specializing some already existing plasticity tools to the groupware design. The aim is to offer the benefits from plasticity and awareness jointly, trying to reach a real collaboration and a deeper understanding of multi-environment groupware scenarios. In particular, this paper presents a conceptual framework aimed at being a reference for the generation of plastic User Interfaces for collaborative environments in a systematic and comprehensive way. Starting from a previous conceptual framework for individual environments, inspired on the model-based approach, we introduce specific components and considerations related to groupware