Desarrollo de un Elemento Finito de Viga con Material Piezoeléctrico para Cosecha de Energía

Abstract

En las últimas décadas el aprovechamiento de las vibraciones mecánicas para generar energía eléctrica ha sido un tema de investigación creciente. La motivación tiene su origen en la posibilidad de alimentar a pequeños dispositivos electrónicos a partir de la energía disponible en el medio ambiente. Las fuentes naturales se caracterizan por ser inagotables y resultan una alternativa viable a las baterías tradicionales que suelen ser bastante voluminosas, almacenan una cantidad finita de energía, tienen vida limitada y poseen productos químicos que pueden ser peligrosos. En este trabajo, se desarrollan las ecuaciones de movimiento de un elemento finito de viga tridimensional usando el principio de Hamilton generalizado. Se adopta un modelo viga de Rayleigh y se incorporan términos no lineales en el tensor de deformaciones para considerar el acoplamiento entre la carga axial y la flexión. El elemento incorpora dos láminas piezoeléctricas embebidas y dos resistencias eléctricas que se utilizan para disipar energía. Este elemento resulta útil para modelar cosechadores aeroelásticos de energía y se implementará en futuros trabajos para modelar estructuras alares multifuncionales. Adicionalmente se presentan las ecuaciones rectoras de un elemento finito con actuadores piezoeléctricos.