Cosecha de Energía a Partir de la Inestabilidad Aeroelástica Flutter

Autores
Ribero, Santiago; Hümöller, Juan Martin; Beltramo, Emmanuel; Stuardi, José Enrique; Preidikman, Sergio
Año de publicación
2017
Idioma
español castellano
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
La cosecha de energía (en inglés: “energy harvesting” o “power harvesting”) es el proceso por el cual la energía que “rodea” a un sistema (lumínica, térmica, solar o cinética) es convertida en una forma “utilizable” de energía con el fin de, por ejemplo, alimentar sensores, actuadores, u otros dispositivos electrónicos. Es posible desarrollar cosechadores de energía que utilicen las vibraciones mecánicas de algún componente estructural (debidas a ráfagas o a oscilaciones de ciclo límite causadas por inestabilidades aeroelásticas como por ejemplo el flutter) como fuente principal de energía de entrada. La conversión de estas vibraciones en energía eléctrica aprovechable puede llevarse a cabo empleando transductores piezoeléctricos. En este trabajo se estudia una versión simplificada de un ala multifuncional como elemento cosechador de energía. Esta es estructuralmente representada por una viga en voladizo cuyas superficies superior e inferior están cubiertas por material piezoeléctrico, mientras que su extremo libre se vincula a un perfil aerodinámico simétrico. Las ecuaciones electro-aeroelásticas se desarrollan utilizando un enfoque energético. Las cargas aerodinámicas no-lineales e inestacionarias son evaluadas mediante la implementación de una versión ad-hoc del método de la red de vórtices. La integración de las ecuaciones gobernantes se realiza numérica e interactivamente en el dominio del tiempo empleando un método predictor-corrector. Como parte de los resultados obtenidos, se determinó la velocidad de flutter para el modelo aeroelástico y para el electro-aeroelástico, y se analizó el desempeño del cosechador en condición de flutter. Se calculó la tensión y la potencia cosechada en régimen en función de la carga resistiva. Este esfuerzo constituye el punto de partida para encarar futuros trabajos sobre sistemas de mayor envergadura, como por ejemplo aviones equipados con alas multifuncionales extremadamente flexibles y muy esbeltas. Esta tecnología posibilita alimentar a sensores y sistemas de accionamiento mediante la energía cosechada.
Fil: Ribero, Santiago. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Hümöller, Juan Martin. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Beltramo, Emmanuel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentina
Fil: Stuardi, José Enrique. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina
Fil: Preidikman, Sergio. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentina
Materia
Cosecha de energía
Aeroelasticidad
Materiales piezoeléctricos
Flutter
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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La conversión de estas vibraciones en energía eléctrica aprovechable puede llevarse a cabo empleando transductores piezoeléctricos. En este trabajo se estudia una versión simplificada de un ala multifuncional como elemento cosechador de energía. Esta es estructuralmente representada por una viga en voladizo cuyas superficies superior e inferior están cubiertas por material piezoeléctrico, mientras que su extremo libre se vincula a un perfil aerodinámico simétrico. Las ecuaciones electro-aeroelásticas se desarrollan utilizando un enfoque energético. Las cargas aerodinámicas no-lineales e inestacionarias son evaluadas mediante la implementación de una versión ad-hoc del método de la red de vórtices. La integración de las ecuaciones gobernantes se realiza numérica e interactivamente en el dominio del tiempo empleando un método predictor-corrector. Como parte de los resultados obtenidos, se determinó la velocidad de flutter para el modelo aeroelástico y para el electro-aeroelástico, y se analizó el desempeño del cosechador en condición de flutter. Se calculó la tensión y la potencia cosechada en régimen en función de la carga resistiva. Este esfuerzo constituye el punto de partida para encarar futuros trabajos sobre sistemas de mayor envergadura, como por ejemplo aviones equipados con alas multifuncionales extremadamente flexibles y muy esbeltas. Esta tecnología posibilita alimentar a sensores y sistemas de accionamiento mediante la energía cosechada.Fil: Ribero, Santiago. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Hümöller, Juan Martin. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina. 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Fil: Ribero, Santiago. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
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