Optimización de recolectores de energía piezoeléctricos

Abstract

En el contexto de la salud estructural, actualmente es necesario incorporar nuevas tecnologías al monitoreo sísmico y operacional con el fin de evaluar y vigilar de una forma más continua y eficiente la mayor cantidad de estructuras que sea posible, es decir, se necesita una red de monitoreo a nivel nacional. En específico, el monitoreo sísmico de puentes se ha ido innovando de a poco gracias a los sensores sísmicos (acelerómetros) y diferentes instrumentos que permiten obtener información relevante de la estructura, entre ellos la determinación de parámetros dinámicos, las variaciones en propiedades modales de una estructura o el estado de salud de componentes estructurales y no estructurales. El uso de los sensores permite innovar en el monitoreo de los puentes, una de las formas de incorporar nueva tecnología es mediante la red de sensores inalámbricos. Sin embargo, la fuente de alimentación de estos sensores no es lo suficientemente poderosa para aprovechar el 100\% de las capacidades del sensor. Una solución propuesta a la problemática es la recolección de energía mediante las vibraciones del puente. Un mecanismo de recolección de energía es mediante el comportamiento piezoeléctrico. El presente trabajo de tesis consiste en plantear una metodología de estudio de un dispositivo recolector de energía piezoeléctrico acoplado a un puente con el objetivo de estimar cuanta energía puede colectar debido a las vibraciones de un puente en un tiempo determinado. El recolector de energía será una simulación en base a los datos obtenidos de los acelerómetros. Interpretar los datos de forma computacional suma un desafío al estudio; debido al alto costo computacional asociado a la integración de los datos en el tiempo, es necesario buscar una forma alternativa y aproximada de manejar los datos y asociarlos al recolector piezoeléctrico. Sumado al manejo de los datos de la estructura, en el trabajo será necesario hacer un modelo computacional de los recolectores de energía piezoeléctricos, por lo tanto se analizará el comportamiento electro - mecánico asociado, posteriormente se usará un filtro para sintonizar el modelo con los datos del puente. Finalmente se plantea un procedimiento que permitiría estimar la energía que se puede obtener de un recolector en aplicaciones reales para los puentes, estudiando además como varía la energía en función de las propiedades del recolector piezoeléctrico a fin de optimizar su funcionamiento.