Desarrollo de un Elemento Finito de Viga con Material Piezoeléctrico para Cosecha de Energía

En las ultimas decadas el aprovechamiento de las vibraciones mecanicas para generar energia electrica ha sido un tema de investigacion creciente. La motivacion tiene su origen en la posibilidad de alimentar a pequenos dispositivos electronicos a partir de la energia disponible en el medio ambiente. Las fuentes naturales se caracterizan por ser inagotables y resultan una alternativa viable a las baterias tradicionales que suelen ser bastante voluminosas, almacenan una cantidad finita de energia, tienen vida limitada y poseen productos quimicos que pueden ser peligrosos. En este trabajo, se desarrollan las ecuaciones de movimiento de un elemento finito de viga tridimensional usando el principio de Hamilton generalizado. Se adopta un modelo viga de Rayleigh y se incorporan terminos no lineales en el tensor de deformaciones para considerar el acoplamiento entre la carga axial y la flexion. El elemento incorpora dos laminas piezoelectricas embebidas y dos resistencias electricas que se utilizan para disipar energia. Este elemento resulta util para modelar cosechadores aeroelasticos de energia y se implementara en futuros trabajos para modelar estructuras alares multifuncionales. Adicionalmente se presentan las ecuaciones rectoras de un elemento finito con actuadores piezoelectricos.