Recolección de Energía Mediante Vibración Inducida por Vórtices en Dispositivo Piezoeléctrico

Abstract

La recolección de energía mediante dispositivos piezoeléctricos se presenta como una alternativa viable para la alimentación de sensores electrónicos o sistemas de baja potencia. Las fuerzas generadas por flujos aerodinámicos son una de las fuentes estudiadas, apelando a fenómenos como flutter, galloping o generación de vórtices. La presente investigación busca analizar el desempeño de un dispositivo recolector de energía bajo el fenómeno de vibraciones inducidas por vórtices. Para ello se concibe una configuración simple conformada por dos vigas unimorfas vinculadas por un cuerpo rígido sometido a la acción de un flujo aerodinámico. A partir de un análisis energético se obtienen las ecuaciones electromecánicas para conocer la respuesta dinámica del sistema. La formulación estructural se basa en la teoría de vigas Euler-Bernoulli. Las simulaciones CFD empleando el programa COMSOL Multiphysics son utilizadas para calcular las fuerzas aerodinámicas, considerando dos geometrías de cuerpo rígido y seteando los parámetros de forma de obtener una frecuencia de excitación cercana a la natural del dispositivo. Como resultado, el oscilador mecánico experimenta movimientos de gran amplitud que se transforman en electricidad mediante el material piezoeléctrico. Finalmente se obtiene la respuesta dinámica y la generación de voltaje para diferentes cargas resistivas del circuito eléctrico.