Evaluación computacional mediante el elemento finito de los parámetros de un dispositivo piezoeléctrico para la cosecha de energía vibracional

La necesidad de utilizar las energías limpias procedentes de la naturaleza en los diversos procesos industriales, ha hecho que surja tanto un interés y una necesidad entre los investiga-dores para aprovechar la energía producida por los distintos fenómenos que se presentan en el medio ambiente con e...

Full description

Autores:
Guzmán Sánchez, Jaiber Alexis
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2022
Institución:
Universidad Tecnológica de Pereira
Repositorio:
Repositorio Institucional UTP
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.utp.edu.co:11059/14375
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11059/14375
https://repositorio.utp.edu.co/home
Palabra clave:
620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
Metodos de simulación
Investigación operacional
Materiales - Modelos matemáticos
Cosecha de energía vibracional
Simulación
Materiales piezoeletricos
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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description La necesidad de utilizar las energías limpias procedentes de la naturaleza en los diversos procesos industriales, ha hecho que surja tanto un interés y una necesidad entre los investiga-dores para aprovechar la energía producida por los distintos fenómenos que se presentan en el medio ambiente con el fin de volver más productivos los procesos que se llevan a cabo dentro de la industria. En los últimos años, se han venido desarrollando teórica, computacional y experimentalmente, investigaciones enfocadas en el proceso de cosecha de energía; el cual es un proceso de captura de energía mediante dispositivos eléctricos desde fuentes naturales, con el fin de almacenar y posteriormente hacer uso de esta energía. Con los avances electrónicos que se han presentado a lo largo de los últimos años se facilita en gran medida la implementación de la cosecha de energía, ya que permite la creación de dispositivos más sensibles al movimiento, permitiendo así una mejor captación de energía de estas fuentes naturales y paralelamente una mejor capacidad de almacenamiento de estosdispositivos.
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spelling Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 dehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessMedina Barreto, Milton HumbertoGuzmán Sánchez, Jaiber Alexis2022-11-16T22:06:51Z2022-11-16T22:06:51Z2022https://hdl.handle.net/11059/14375Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeLa necesidad de utilizar las energías limpias procedentes de la naturaleza en los diversos procesos industriales, ha hecho que surja tanto un interés y una necesidad entre los investiga-dores para aprovechar la energía producida por los distintos fenómenos que se presentan en el medio ambiente con el fin de volver más productivos los procesos que se llevan a cabo dentro de la industria. En los últimos años, se han venido desarrollando teórica, computacional y experimentalmente, investigaciones enfocadas en el proceso de cosecha de energía; el cual es un proceso de captura de energía mediante dispositivos eléctricos desde fuentes naturales, con el fin de almacenar y posteriormente hacer uso de esta energía. Con los avances electrónicos que se han presentado a lo largo de los últimos años se facilita en gran medida la implementación de la cosecha de energía, ya que permite la creación de dispositivos más sensibles al movimiento, permitiendo así una mejor captación de energía de estas fuentes naturales y paralelamente una mejor capacidad de almacenamiento de estosdispositivos.Indice general 1. Introducción 1 1.1. Planteamiento de la pregunta o problema de investigación . . . . . . . . . . . 1 1.2. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3. Los objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.2. Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.4. Metodología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. MARCO CONCEPTUAL 8 2.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2. Fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3. Modelo fisicomatematico de la respuesta de un dispositivo piezoel ´ ectrico ´ . . 9 2.4. Cosecha de energía vibracional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.4.1. Metodo del Elemento Finito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.4.1.1. Comsol Multyphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.5. Analisis de grafos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.5.1. Revisión del estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.5.1.1. Aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.5.1.2. Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.5.1.3. Oxido de Zinc(ZnO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5.1.4. Titanato zirconato de plomo (PZT-5A) . . . . . . . . . . . 30 2.5.2. Componentes de una cosechadora piezoelectrica ´ . . . . . . . . . . . 30 3. DISENO DEL MODELO DE COSECHADORA DE ENERGIA 31 3.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.2. Consideraciones de diseno de la viga y del parche piezoelectrico . . . . . . . 31 3.3. Rectángulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.4. Trapezoide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.5. Triángulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4. RESULTADOS Y ANALISIS ´ 41 4.1. Rectángulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 5 ÍNDICE GENERAL 6 4.1.1. Efecto del tipo de malla para la geometría rectangular con el alumi nio, PZT-5A y la fuerza de 8.8271x10-5 N. . . . . . . . . . . . . . . 41 4.1.2. Efecto del tipo de malla para la geometría rectangular con el alumi nio, PZT-5A y la fuerza de 0.5 N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.1.3. Efecto del tipo de malla para la geometría rectangular con el alumi nio, ZnO y fuerza de 8.8271x10-5 N. . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.1.4. Geometría rectangular con el aluminio, ZnO y fuerza de 0.5 N. . . . . 58 4.1.5. Geometría rectangular con el laton, ZnO y fuerza de 0.5 N ´ . . . . . . 60 4.1.6. Geometría rectangular con el laton, ZnO y fuerza de 8.8271x10-5 N. . 61 4.1.7. Geometría rectangular con el laton, PZT-5A y fuerza de 8.8271x10-5 ´ N. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.1.8. Geometría rectangular con el laton, PZT-5A y fuerza de 0.5 N. . . . . 65 4.2. Trapezoide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.3. Triangulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.4. Aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.5. Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5. Conclusiones 81PregradoIngeniero(a) Físico(a)98 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería FísicaFacultad de IngenieríasPereira620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingenieríaMetodos de simulaciónInvestigación operacionalMateriales - Modelos matemáticosCosecha de energía vibracionalSimulaciónMateriales piezoeletricosEvaluación computacional mediante el elemento finito de los parámetros de un dispositivo piezoeléctrico para la cosecha de energía vibracionalTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis[1] Cosecha de Energ´ıa – Energy Harvesting — Blog SEAS. url: https://www.seas. es/blog/automatizacion/cosecha-de-energia-energy-harvesting/ (visi tado 02-06-202[2] M´etodo de los elementos finitos: ¿qu´e es? url: https://www.esss.co/es/blog/ metodo-de-los-elementos-finitos-que-es/ (visitado 02-06-2021).[3] La importancia de las energ´ıas renovables — ACCIONA — BUSINESS AS UNU SUAL. url: https://www.acciona.com/es/energias-renovables/?_adin= 11551547647. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 deopen.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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