Desarrollo de dispositivos de tecnología piezoeléctrica para la recolección de energía en pavimentos
En la última década, la recolección de energía o energy harvesting, por su nombre en inglés, ha ganado gran popularidad en el entorno de las energías renovables adoptadas a escala micro. Dentro de este contexto, la generación de energía eléctrica a partir de pequeñas variaciones energéticas como:...
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| Autor principal: | |
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| Otros Autores: | |
| Formato: | Tesis doctoral acceptedVersion |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2022
|
| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/20.500.12272/7290 |
| Aporte de: |
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I68-R174-20.500.12272-7290 |
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Universidad Tecnológica Nacional |
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RIA - Repositorio Institucional Abierto (UTN) |
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Español |
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Recolección de energía Piezoelectricidad Dinámica no lineal Energy harvesting Piezoelectricity Nonlinear dynamics |
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Recolección de energía Piezoelectricidad Dinámica no lineal Energy harvesting Piezoelectricity Nonlinear dynamics Osinaga, Santiago Manuel Desarrollo de dispositivos de tecnología piezoeléctrica para la recolección de energía en pavimentos |
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Recolección de energía Piezoelectricidad Dinámica no lineal Energy harvesting Piezoelectricity Nonlinear dynamics |
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En la última década, la recolección de energía o energy harvesting, por su
nombre en inglés, ha ganado gran popularidad en el entorno de las energías
renovables adoptadas a escala micro. Dentro de este contexto, la generación
de energía eléctrica a partir de pequeñas variaciones energéticas como: presión,
vibraciones mecánicas, gradientes térmicos o radiofrecuencias, es posible
mediante diferentes mecanismos de transducción tales como el piezoeléctrico,
el electromagnético, el termoeléctrico, entre otros. En particular, el efecto piezoeléctrico
ha sido uno de los que recientemente más atención ha atraído a la
comunidad científica debido a sus beneficios asociados a una mayor densidad
de potencia y su capacidad de generar energía de manera espontanea.
Entre las distintas posibles fuentes de aplicación, las carreteras y calles
fabricadas con mezclas asfálticas u hormigón se encuentran continuamente
expuestas a cargas térmicas causadas por la radiación solar y fricción, así
como cargas dinámicas, producto de las fuerzas verticales desarrolladas por
los vehículos circulantes. Esta enorme cantidad de energía, disipada sin ser
aprovechada, puede ser convertida en electricidad para la iluminación o el
monitoreo estructural de la infraestructura de transporte.
Con el propósito de alcanzar una circulación de vehículos más segura, la
Organización Mundial de la Salud (OMS) propone al control de la velocidad
como el factor más contribuyente para evitar o disminuir los accidentes de
tránsito. Entre la gran cantidad de formas de lograr esto, la implementación de
reductores de velocidad es probablemente una de la más utilizadas debido a su
probada efectividad. Los reductores consisten en elementos que sobresalen del
pavimento y producen un malestar cuando son atravesados a una velocidad
mayor a la de diseño, obligando al conductor a reducir su velocidad. De esta
forma, los reductores desarrollan importante fuerzas verticales debido a su
perfil geométrico, haciéndolos especialmente atractivos para aplicaciones de
recolección de energía.
En este contexto, en esta tesis se estudia la posibilidad de recolectar energía
empleando la transducción piezoeléctrica a partir de las vibraciones inducidas
en reductores de velocidad al ser atravesadas por un vehículo. Para
ello, se desarrolla un modelo matemático no lineal de una viga piezoeléctrica
bi-empotrada sometida a una carga axial tanto en sus estados de pre-pandeo
como de pos-pandeo. Además, se modela y simula la interacción vehículopavimento
con el propósito de caracterizar la excitación sobre el dispositivo
recolector de energía. Se analiza la influencia de una gran cantidad de parámetros
que intervienen tanto en el modelo matemático como en la dinámica de
interacción vehículo-reductor-recolector de energía. En función de los estudios
realizados, la viga en el estado de pre-pandeo presenta algunas ventajas en
comparación con el resto de los sistemas analizados. |
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Machado, Sebastián Pablo |
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Machado, Sebastián Pablo Osinaga, Santiago Manuel |
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Tesis doctoral acceptedVersion |
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Osinaga, Santiago Manuel |
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