Modelización de un microgenerador de energía flexible fabricado mediante impresión aditiva

Abstract

La vibración de una estructura resulta una fuente de pequeñas cantidades de energía prometedora y barata para el aprovisionamiento de dispositivos electrónicos en entornos remotos e inaccesibles. Para su aprovechamiento se emplean los materiales piezoléctricos, que tienen la capacidad de generar un voltaje a partir de su deformación. En el presente trabajo se pretende obtener un modelo de elementos finitos de un microgenerador de energía a partir de vibraciones, lo más fiel a la realidad posible, con el fin de poder predecir el potencial de este avance tecnológico. Este microgenerador está basado en una estructura de viga en voladizo formada por dos parches de un material piezoeléctrico separados por una lámina polimérica fabricada mediante impresión aditiva, que será sintonizada según la frecuencia de resonancia de la estructura a la que acople. Una vez desarrollado el modelo, se analizan varios prototipos de láminas poliméricas intermedias, de distintos materiales y espesores, para tratar de optimizar la cantidad de energía que es posible generar según su geometría y propiedades, en función de unas condiciones de excitación dadas.

Vibrations of a structure are a promising and inexpensive source of small amounts of energy for supplying electronic devices in remote and inaccessible environments. For its use, piezoelectric materials are exploited, which have the ability to generate a voltage from their deformation. The present work aims to obtain a finite element model of a micro-generator of energy from vibrations, the most accurate to reality as possible, in order to be able to predict the potential of this technological advance. This micro-generator is based on a cantilevered beam structure formed by two patches of a piezoelectric material separated by a polymeric sheet manufactured by additive printing, which will be tuned according to the resonance frequency of the structure to which it is coupled. Once the model has been developed, several prototypes of intermediate polymeric sheets, of different materials and thicknesses, are analyzed to try to optimize the amount of energy that can be generated according to their geometry and properties, based on given excitation conditions