Cosecha de energía a partir de la inestabilidad aeroelástica flutter

Abstract

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.