215 Solar for low power medical equipment/es

Datos del proyecto

Tipo	sistema fotovoltaico
Autores	Andrew Rodriguez Aiden Vayo Tur Jackie Zeibert
Ubicación	Humboldt , Estados Unidos
Estado	Desplegado
Años
Hecho	Sí
Replicado	No
Usos	fotovoltaica , generación de energía
Manifiesto del OKH	Descargar

Datos del dispositivo

Licencia de hardware	CERN-OHL-S
Certificaciones	Iniciar la certificación OSHWA

Diseñado y construido en la primavera de 2022, el sistema fotovoltaico de bajo consumo y alto valor se construyó para proporcionar energía a equipos médicos de gama baja, como glucómetros y sistemas de presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP), en caso de un corte de energía o una caída de tensión.

Antecedentes

Los estudiantes del semestre de primavera de 2022 de Ingeniería 215 de Cal Poly Humboldt se han asociado con Appropedia para un proyecto de diseño de doce semanas. Appropedia es la organización más grande del mundo dedicada a compartir tecnologías apropiadas en entornos públicos. Durante estas doce semanas, diseñaremos un sistema fotovoltaico para fines médicos en caso de apagones. Un problema importante que ha surgido tras los recientes desastres climáticos inestables es que las personas en casa se vuelven susceptibles a posibles cortes de electricidad, lo que provoca fallas en sus dispositivos médicos. Con nuestro diseño, resolveríamos el problema de mantener el suministro eléctrico hasta que lleguen los servicios de emergencia.

Planteamiento del problema

El objetivo del proyecto de diseño es crear una estación de carga fotovoltaica portátil capaz de proporcionar energía a productos esenciales de bajo consumo energético, como teléfonos, luces, glucómetros, oxímetros de pulso, monitores cardíacos y respiradores de gama baja.

Criterios:

Prototipado

Nuestro proceso de diseño estuvo fuertemente influenciado por dos prototipos. El primero (Figura 1) sirvió para probar la viabilidad de un sistema solar de 31 kg (el peso calculado si hubiéramos usado una batería de plomo-ácido). Dado que no pudimos transportar el prototipo por las escaleras de un complejo de apartamentos sin un gran esfuerzo, consideramos que este diseño no sería adecuado para un mercado objetivo de personas que usan equipos médicos en casa. Nuestro segundo prototipo se puede ver en la Figura 2. Tras decidir qué batería no se usaría, adquirimos los materiales necesarios basándonos en lo que resultó más asequible sin afectar la funcionalidad. Descubrimos que nuestro sistema (construido fuera de una caja) presentaba fallas debido al uso de pinzas de batería en lugar de medidores circulares. Antes de reemplazar las pinzas, la batería se desconectaba regularmente del sistema durante el uso, dañando el controlador de carga y dejando el dispositivo inactivo.

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  Figura 1 - Prototipo de peso
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  Figura 2 - Prototipo del sistema

Producto final

El diseño final es un generador portátil ligero capaz de alimentar equipos electrónicos de bajo consumo y dispositivos médicos. Cuenta con un panel solar monocristalino de 12 V y 50 W con 165 celdas. Está conectado a un controlador de carga de 12 V y 30 A. A este controlador también se conecta una batería de fosfato de hierro y litio de 12 V y 24 AH. Un inversor de 150 W también está conectado al controlador de carga. Al construir este proyecto, también será necesario agregar un fusible de 15 A en el terminal positivo de la batería para proteger otros componentes de una sobretensión. La Figura 3 muestra el funcionamiento interno del dispositivo.

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  Figura 3 - Circuito

Construcción

La construcción se puede completar en menos de media hora y solo implica conectar correctamente los nodos positivo y negativo del sistema a sus respectivos extremos en el controlador de batería/carga. Los pasos para el montaje son los siguientes:

1

Pele los cables

Los cables se pueden pelar con la sección de corte de un alicate, presionando ligeramente y luego girando para retirar el aislamiento. Debe quedar aproximadamente media pulgada de cable de cobre expuesto. Se necesitan dos tramos de cable para el panel solar y uno para la batería.

2

Conecte los cables al panel solar

Conecte los cables al panel solar. Los adaptadores MC4 se utilizan para este panel. Desenrosque la tapa, inserte el cable en el adaptador y apriete la tapa para fijarlo. Los adaptadores se fijan a los componentes MC4 correspondientes del panel solar.

3

Preparar el fusible

Corte el cable del fusible opuesto al fusible mismo, luego pele los extremos de los cables como en el paso 1.

4

Prepare las abrazaderas de la batería

Inserte un extremo del cable de la batería en el extremo de la abrazadera con aislamiento de goma, asegurándose de que el cable de cobre toque el metal de la abrazadera. Presione la abrazadera con unos alicates para fijar el cable. Repita el proceso con el fusible y la otra abrazadera.

5

Conecte los cables de la batería al controlador de carga

El orden de los pasos es importante. Conectar los equipos en el orden incorrecto puede sobrecargar el controlador de carga. Desatornille los tornillos de la parte superior del controlador de carga e inserte los cables en los dos componentes centrales. El fusible se conecta a la sección positiva y el cable a la negativa. Apriete los tornillos para asegurar los cables.

6

Conecte los cables de la batería a la batería.

Desatornille los tornillos de la batería. Conecte primero el polo negativo y luego el polo positivo al fusible. Coloque la abrazadera circular sobre el orificio e inserte el tornillo, apretándolo para asegurar la conexión.

7

Conecte el inversor al controlador de carga

Utilizando los mismos métodos que en el paso 5, conecte el inversor al controlador de carga en el lado derecho.

8

Conecte el panel solar al controlador de carga

El último paso es conectar los cables del panel solar al controlador de carga. El panel solar se conecta en el lado izquierdo.

Instrucciones en video

Para mayor claridad sobre el proceso de construcción, consulte aquí. Para más información sobre mantenimiento, consulte aquí.

Lista de materiales

Los materiales a continuación no incluyen el precio de la caja que contendría la unidad, aunque cualquier compartimento de un tamaño aproximadamente equivalente al de una caja de zapatos será suficiente.

Operación

Para operar el dispositivo, conecte un dispositivo a la toma del inversor. La luz del inversor se encenderá en verde si hay corriente y no se encenderá si la batería está descargada.

Mantenimiento

El mantenimiento de este dispositivo implica reemplazar el panel solar y la batería cada 6 a 10 años.

Programa de mantenimiento

A diario

• Desconecte el objeto del inversor que se está cargando mediante la toma de corriente
• Coloque el panel solar y el diseño de la caja de té dentro de la casa cuando no estén en uso

Mensual

• Coloque el panel solar en el exterior para cargar la batería.
• Limpie el panel solar con una microfibra o una toalla suave para eliminar cualquier partícula o polvo acumulado.

Cada 7-10 años (Beck 2019)/(Patel 2020)

• Examine los LED del controlador del cargador solar cuando esté encendido. Asegúrese de que el voltaje se mantenga en un nivel normal (no bajo).
• Reemplazar la batería de fosfato de hierro y litio

Después de 20 años

• Verifique el estado del panel solar y reemplácelo si es necesario

Conclusión

Resultados de las pruebas

La batería se carga completamente en seis horas con el panel solar. Un CPAP de alta gama puede funcionar durante tres horas con la batería o seis horas con el panel solar. Con el consumo máximo de energía, la batería dura dos horas, y esta duración aumenta a tres horas al conectarla al panel solar. Tras realizar pruebas, también comprobamos que la batería tiene suficiente carga para alimentar ocho teléfonos móviles.

Discusión

Al probar estos dispositivos, pudimos determinar y calcular qué dispositivos podían alimentar y durante cuánto tiempo. Nuestro diseño inicial estaba pensado para alimentar equipos de salud y, con los datos obtenidos, calculamos la potencia de salida de los equipos y los probamos, lo que nos permitió calcular el tiempo que podían permanecer encendidos.

Próximos pasos

Este diseño se construyó específicamente para un bajo amperaje. En el futuro, este diseño será muy versátil y su tamaño dependerá del dispositivo que se desee alimentar. Si se necesita alimentar máquinas como CPAP (Presión Positiva Continua en las Vías Respiratorias) o concentradores de oxígeno, el futuro diseñador podría considerar una batería más grande, una caja y, posiblemente, un controlador de carga solar (dependiendo del voltaje y amperaje del equipo médico). La portabilidad fue un factor clave en nuestro diseño, por lo que optamos por una batería pequeña, aunque una batería de tamaño mediano podría ser una opción viable.

Solución de problemas

Equipo

Durante la primavera de 2022, el equipo Alpha Millennium estuvo formado por

• Rodríguez, Andrew
• Vayo Tur, Aiden
• Zeibert, Jackie

Referencias

• Beck, A. (2019). "Fosfato de hierro y litio vs. iones de litio: Diferencias y ventajas". Blog de Epec : https://blog.epectec.com/lithium-iron-phosphate-vs-lithium-ion-differences-and-advantages (24 de febrero de 2022).
• Patel, J. (2020). "¿Qué son los paneles solares monocristalinos?" Precio, tamaño, peso vs. policristalinos. Ahorremos electricidad , Amazon.com, https://letsavelectricity.com/what-are-monospheric-solar-panels/ (24 de febrero de 2022).

Datos de la página

Palabras clave	panel solar , equipo médico
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)	ODS 13 Acción por el clima
Autores	Lonny Grafman , Jackie Zeibert , Aiden , Andrew
Licencia	CC-BY-SA-4.0
Organizaciones	Cal Poly Humboldt
Idioma	Inglés (en)
Traducciones	Español
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Vistas	92 páginas vistas ( análisis )
Creado	29 de abril de 2022 por Lonny Grafman
Última edición	12 de septiembre de 2024 por el bot StandardWikitext
Citar como	Lonny Grafman , Jackie Zeibert , Aiden y Andrew (2022–2024). «Energía solar 215 para equipos médicos de bajo consumo» . Appropedia . Consultado el 15 de agosto de 2025 .
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