Cuantificación de incertidumbres en colectores de energía piezoeléctricos por medio de mediciones experimentales

Abstract

Los colectores de energía piezoeléctricos (CEP) son dispositivos que generan energía eléctrica cuando son deformados mecánicamente. Existen diversos modelos matemáticos deterministas que permiten estimar la respuesta dinámica. Sin embargo, las predicciones realizadas por esos modelos usualmente presentan discrepancias al ser comparada con datos experimentales. Lo cual se explica por la presencia de incertidumbres asociadas típicamente a variabilidades en: la excitación; el modelo matemático y los parámetros inherentes utilizados por los modelos matemáticos. Por lo tanto, introducir una metodología para cuantificar las incertidumbres presentes y a la vez caracterizar experimentalmente los dispositivos permitiría generar predicciones robustas y más plausibles. El objetivo de este trabajo es cuantificar por medio de mediciones experimentales las incertidumbres de la respuesta y los parámetros que gobiernan la dinámica de los colectores de energía piezoeléctricos e implementar una metodología para su propagación. Se diseño un banco de pruebas el cual permite someter a los CEPs a distintos tipos de excitaciones, montar de forma fácil y reproducir de buena manera la condición de empotramiento. Mediante un protocolo de pruebas, se ensayaron dos modelos de CEPs con diferentes características nominales. Donde se identificaron las variabilidades de su respuesta y sus fuentes de dispersión. Colectores teóricamente idénticos alcanzaron dispersiones de hasta el 65 \% con respecto a su valor medio. Se implemento un marco de propagación de incertidumbres con la finalidad de compararlo con las mediciones experimentales y validar su utilidad. Las mediciones coincidieron con el área de probabilidad predicho, lo cual justifica el uso y la adecuación del modelo numérico. Al disponer de datos experimentales, se adaptaron las técnicas bayesianas con la finalidad de actualizar los parámetros inciertos y estimar futuras respuestas. Como resultado, se logro estimar una franja de probabilidad que se ajusta de mejor manera a las mediciones y que permite estimar de forma mas certera futuras respuestas.