Análisis experimental de un microgenerador de energía flexible fabricado mediante impresión aditiva

Abstract

En el mundo actual, con la creciente apuesta por la sostenibilidad a nivel ecológico, por un lado, y con la búsqueda de nuevas formas de mejorar la seguridad a nivel técnico, por otro, emerge la necesidad de reducir costes e impacto ambiental en instalaciones de monitorización del estado estructural de puentes en líneas ferroviarias de alta velocidad. Uniendo las tecnologías, aún en expansión, de la impresión 3D como método de fabricación y de la microrrecolección de energía a partir de vibraciones de estructuras por efecto piezoeléctrico, surge el desarrollo de un recolector que transforme parte de esta energía cinética en energía eléctrica utilizable.

Este microrrecolector, con configuración de viga en voladizo con parches de material piezoeléctrico unido a los correspondientes circuitos electrónicos que permiten la adecuación de la señal eléctrica, de forma que pueda ser utilizada, cumple con estos objetivos y cubre un nicho de mercado con bastante potencial. De esta manera, en este Trabajo de Fin de Grado se va a analizar la viabilidad de este producto mediante ensayos en laboratorio, permitiendo el avance de una línea de investigación cuyo objetivo es la fabricación de un prototipo funcional de recolector por efecto piezoeléctrico.

Este trabajo está estructurado en una primera parte que establece un marco teórico sobre el cual fundamentar los ensayos experimentales, seguido por los resultados y configuraciones obtenidos en laboratorio. Con esta información, se analiza la viabilidad de este sistema de recolección de energía, relacionándola con resultados anteriores de esta investigación y proponiendo una serie de desarrollos futuros.

In the world of today, with an increasing bet on sustainability at an ecological level, on the one hand, and the research of new ways of improving safety at a technical one, on the other hand, the necessity of reducing costs and environmental impact e erges in the monitoring of structural state of bridges on railway high speed lines. Combining the still on expansion technologies of 3D printing as a manufacturing method and vibration energy harvesting using the piezoelectric effect, the development of a harvester which transforms part of that kinetic energy into usable electricity comes up as a solution.

This energy harvester, constructed as a cantilever with patches containing piezoelectric material together with the necessary electronics that allow rectification and amplification of the electric signal up to an usable level, meets these goals and could potentially cover an existing market need. Thus, this dissertation will analyze the feasibility of this product by laboratory experimentation, and will allow the advancement of an ongoing investigation whose target is manufacturing a piezoelectric harvesting functioning prototype.

The first part of this dissertation stablishes a theoretical framework as the foundation of the subsequent experimentation, followed by the results and configuration data obtained in the laboratory. Feasibility of this energy harvesting system is analyzed using this research, making all the necessary links and relationships with previous results of this line of research and proposing future developments on this subject.