Caracterización Electromecánica de un Recolector de Energía Piezoeléctrico Tipo Pila

Abstract

En recolección de energía un componente crucial es el material piezoeléctrico que determina la densidad de potencia (potencia/volumen) del dispositivo recolector. En una configuración convencional el recolector contiene una o dos laminas piezoeléctricas. Por otro lado, las pilas piezoeléctricas (stacks) exhiben propiedades más atractivas como son: baja resistencia interna, alta capacitancia y capacidad para soportar cargas altas (hasta cientos de newtons o más). Estas características funcionan en conjunto para que la pila piezoeléctrica pueda generar una densidad de potencia muy alta bajo grandes cargas o excitaciones externas. Además, los transductores de pila piezoeléctricos en modo d33 tienen una eficiencia de conversión de energía mecánica a eléctrica mucho más alta en comparación con los recolectores piezoeléctricos convencionales que generan en modo d31.En este trabajo se describe el diseño conceptual y la fabricación de un recolector de energía tipo pila conformado por 180 láminas piezoeléctricas. El dispositivo se diseña para trabajar en resonancia a una frecuencia de 150 Hz y sometido a grandes aceleraciones, mayor a 4g. El sistema propuesto consta de un transductor de pila piezoeléctrico dentro de un marco de amplificación de fuerza más una masa de prueba ajustable para la sintonización. La simulación electromecánica se realizada por medio de un modelo multifísico de elementos finitos. Las propiedades del modelo electromecánico se caracterizan ajustando el modelo computacional a los datos de voltaje obtenidosen laboratorio.