Estudio de una cosechadora de energía de vibración inercial de ultrabaja frecuencia con un enfoque de conversión de...

Área de la Ciencia:

• Recogida de energía
• Ciencias de los materiales
• Ingeniería mecánica

Sus antecedentes:

• Las vibraciones de muy baja frecuencia presentan un desafío para la recolección eficiente de energía.
• Las cosechadoras de energía piezoeléctrica generalmente requieren frecuencias más altas para un rendimiento óptimo.
• El arranque magnético ofrece un método para la conversión de frecuencia en sistemas de recolección de energía de vibración.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y analizar un sistema de recolección de energía piezoeléctrica para vibraciones de muy baja frecuencia.
• Para lograr una conversión de frecuencia hacia arriba utilizando un mecanismo de arranque magnético.
• Evaluar el rendimiento del sistema en diversas condiciones de excitación, incluido el flujo subacuático.

Principales métodos:

• Desarrollo de un sistema de masa de resorte con extracción magnética para transferir la vibración a un haz en voladizo piezoeléctrico.
• Establecimiento de un modelo teórico para analizar las fuerzas magnéticas y la energía potencial.
• Simulaciones numéricas y validación experimental bajo excitación sinusoidal y flujo de agua de baja velocidad.

Principales resultados:

• El sistema logró con éxito la conversión de frecuencia hacia arriba para la excitación de 1 Hz.
• Se registró una potencia de salida máxima de 57,35 μW con una distancia magnética de 15 mm.
• Se logró una potencia de salida de 23,73 μW en un flujo de agua de baja velocidad (0,371 m/s) con una resistencia óptima de 250 kΩ.

Conclusiones:

• El sistema de captación de energía piezoeléctrica propuesto con extracción magnética es eficaz para las vibraciones de frecuencia ultrabaja.
• El diseño demuestra la idoneidad para la recolección de energía en vibraciones inducidas por el flujo, particularmente en entornos de agua de baja velocidad.
• El mecanismo de arranque magnético mejora la capacidad del sistema para generar energía utilizable a partir de las vibraciones ambientales.