Definición de un procedimiento de ensayo dinámico en cosechadores de energía

Abstract

Un tipo de cosechador de energía piezoeléctrico es una viga en voladizo con una o dos capas piezocerámicas (unimorfo o bimorfo). La viga está situada en una estructura vibratoria hospedante y se coloca una masa puntual en su extremo libre, de modo que la tensión dinámica inducida en la(s) capa(s) piezocerámica(s) genera una salida de voltaje alterna a través de los electrodos que cubren la(s) capa(s). Este trabajo forma parte de un proyecto que trata de estudiar concretamente el aprovechamiento de las vibraciones de origen ferroviario para alimentar cosechadores de energía que funcionen como sistemas de monitorización de daño instalados en la propia infraestructura ferroviaria. Para ello, se pretende construir un prototipo cuya validez se verificará, en primer lugar, experimentalmente en el laboratorio, para lo que se define un procedimiento de ensayo dinámico en cosechadores de energía. Dicho procedimiento se ha llevado a cabo en el taller de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la Universidad de Sevilla, donde se ha dispuesto un banco de ensayo adecuado en base a un experimento de las mismas características hecho publico, el cual se ha adaptado para facilitar la calibración y configuración del equipo de medida disponible. Para la realización de los ensayos y el procesamiento de la información se ha hecho uso de la herramienta informática “BK Connect”. Todo esto se pretendía poner a prueba con el ensayo preliminar de una pletina, pero debido al contratiempo de la pandemia de enfermedad por coronavirus de 2019-2020, la interrupción de los ensayos en laboratorio ha dado lugar a la búsqueda y ejecución de métodos alternativos para la obtención de parámetros de la pletina a partir de los datos recogidos hasta el momento. Finalmente, se ha realizado el análisis armónico de un sistema mesa-cosechador para la mesa del laboratorio y el cosechador del experimento de referencia, cuyos datos y resultados son conocidos, modelizando ambos elementos en ANSYS. Las soluciones se han contrastado con el estudio del comportamiento de un sistema simplificado y equivalente para concluir que la mesa del banco de ensayo no influye en las mediciones de modo que se obtendría información correcta acerca de cosechadores específicos ensayados sobre ella.