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Flow energy harvesting in assemblies of vibrating solids: stability analysis and non-linear coupled dynamics

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Captación eficiente de flujos de energía

El agotamiento y el impacto medioambiental negativo de los combustibles fósiles son los principales impulsores de la búsqueda de tecnologías de energías renovables. Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea ha estudiado las posibilidades de nuevos prototipos de dispositivos desarrollados para aprovechar los flujos geofísicos.

Energía

Los mecanismos de acoplamiento entre la dinámica de estructuras flexibles y los flujos a su alrededor pueden dar lugar al movimiento autosostenido de un cuerpo sólido. Así pues, se han estudiado distintas inestabilidades fluido-sólido importantes con el fin de evaluar la viabilidad y la eficiencia de dichos sistemas para generar energía renovable a partir de flujos geofísicos. Estos sistemas han atraído mucha atención, en especial teniendo en cuenta que los aerogeneradores y las turbinas de agua convencionales no proporcionan una conversión de potencia lo suficientemente eficiente para aplicaciones de baja potencia. En el proyecto FLOWENERGY, financiado por la Unión Europea, un grupo de científicos adoptó una estrategia distinta respecto de los enfoques ya utilizados. En lugar de reducir las inestabilidades y las vibraciones inducidas por el flujo, promovieron las vibraciones del sólido con el fin de maximizar la cantidad de energía generada a partir de un flujo estacionario de fluido determinado. Una fracción de la extracción de la energía del flujo en forma de energía cinética en el sólido se puede convertir en electricidad. Esta conversión de energía implica un efecto sobre las propiedades de vibración del sólido: umbral de inestabilidad, amplitud y frecuencia. FLOWENERGY mostró que la extracción de energía se puede beneficiar de las propiedades fundamentales de estos sistemas fluido-sólido, fomentando las vibraciones con velocidades de flujo menores y amplitudes de ondulación mayores. Los científicos también centraron su atención en estudiar las interacciones entre el flujo de fluido, el sólido vibrante y el circuito eléctrico de salida de una banderola piezoeléctrica. Se observó que los circuitos afectaban de forma importante a la eficiencia de captación ya que fomentaban los fenómenos de sintonización o acoplamiento. Otra tarea fue considerar estructuras complejas de sólidos en vibración y determinar la relación entre la organización local y sus propiedades vibratorias. En los estudios experimentales se utilizaron matrices irregulares de cilindros vibratorios. Se propuso un modelo sencillo para determinar la amplitud de la vibración de los distintos cilindros en función de su organización local. Este estudio es esencial para diseñar granjas de captación de energía o estructuras de captadores de flujos de energía. El problema de las interacciones hidrodinámicas en estructuras de sistemas autopropulsados dio lugar al establecimiento de varias colaboraciones dentro del proyecto. FLOWENERGY contribuyó a mejorar el conocimiento de los mecanismos de intercambio de energía en sistemas vibrantes de fluido-sólido y determinar su capacidad de captación de energía.

Palabras clave

Captación de flujo de energía, flujos geofísicos, inestabilidades fluido-sólido, banderola piezoeléctrica, sólidos vibratorios

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