Desarrollo de Recolectores de Energía Piezoeléctricos

En el grupo trabajamos desarrollando recolectores de energía piezoeléctricos para la recolección de energía en ambientes vibratorios y rotantes. Nuestro énfasis está puesto en maximizar la potencia eléctrica desarrollada diseñando estructuras elásticas lineales y no-lineales utilizando técnicas analíticas y numéricas.

Todos los desarrollos son validados experimentalmente en nuestro laboratorio, equipado íntegramente para medir variables mecánicas y eléctricas con diferentes características de amplitud y frecuencia.

El objetivo final es aplicar estos recolectores en estructuras huéspedes vibratorias o rotatorias, para realizar un monitoreo autónomo de la estructura con la energía generada por los recolectores. Para ello, también se desarrollan sensores específicos de aceleración, velocidad, temperatura, etc., acoplados al recolector.

El desarrollo de estos sensores autónomos busca un fin ecológico y autosostenible, evitando la utilización de pilas o baterías. A su vez, la incorporación del estudio de materiales viscoelásticos permite enfocarnos tanto en el control pasivo de estructuras como también sumarlos a los recolectores. Esto aumenta su vida útil y evita un deterioro temprano del recolector-absorbedor adosado a la estructura huésped.

Fotos del grupo

• “A piezoelectric energy harvester for rotating environment using a linked E-shape multi-beam”

  J. M. Ramirez, C.D. Gatti, S.P. Machado, M. Febbo. Extreme Mechanics Letters, 27 (2019) 8-19.

• “Anomalous Slowdown of Polymer Detachment Dynamics on Carbon Nanotubes”

  D. A. Vega, .A. Milchev, F. Schmid, M. Febbo. Physical Review Letters, 122 (2019) 218002.

• “Energy harvesting for autonomous thermal sensing using a linked E-shape multi-beam piezoelectric device in a low frequency rotational motion”

  J. M. Ramirez, C.D. Gatti, S.P. Machado, M. Febbo. Mechanical Systems and Signal Processing, 133 (2019), 106287 (21pp).

• “Rotational double-beam piezoelectric energy harvester impacting against a stop”

  S.P. Machado, M. Febbo, J.M. Ramirez, and C.D. Gatti. Journal of Sound and Vibration, 469 (2020) 115141.

• “A piezoelectric beam model with geometric, material and damping nonlinearities for energy harvesting”

  S.P. Machado, M. Febbo, C.D. Gatti, and S.M. Osinaga. Smart Materials and Structures, 29(9), 095009 (2020).

• “A novel up-converting mechanism based on double impact for non-linear piezoelectric energy harvesting”

  M. Febbo, S.P. Machado, and S.M. Osinaga. Journal of Physics D: Applied Physics, 53(47), 475501 (2020).

• “Piezoelectric Energy Harvesting System to Detect Winding Deformation in Power Transformers”

  G. Robles, M. Febbo, S.P. Machado, B. García. Smart Innovation, Systems and Technologies, 166, pp. 171–181 (2020).

• “Influence of the (Bi_0.5Na_0.5)TiO₃–BaTiO₃ lead-free piezoceramic geometries on the power generation of energy harvesting devices”

  M. Difeo, S.M. Osinaga, M. Febbo, S.P. Machado, M. Castro, L. Ramajo. Ceramics International, 47(8), pp. 10696–10704 (2021).

• “Piezoelectric and structural properties of bismuth sodium potassium titanate lead-free ceramics for energy harvesting”

  J. Camargo, S.M. Osinaga, M. Febbo, S.P. Machado, F. Rubio-Marcos, L. Ramajo, M. Castro. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 32(14), pp. 19117–19125 (2021).

• “Effect of elastic restraints in the modeling of prestressed piezoelectric energy harvesters”

  S.M. Osinaga, M. Febbo, S.P. Machado. Applied Mathematical Modelling, 101, pp. 573-585 (2022).

• “Rotational multi-beam energy harvester with up-conversion mechanism in an extremely low frequency scenario”

  M. Febbo, S.P. Machado. Mechanical Systems and Signal Processing, 168, 108737 (2022).

• “An analytical model of the electromechanical coupling for a piezoelectric stepped buckled beam for energy harvesting applications”

  S.M. Osinaga, S.P. Machado, M. Febbo. Mechanical Systems and Signal Processing, 174, 109355 (2022).

• “On the role of nonlinear piezoelectric constitutive parameters in the dynamic response of clamped-clamped axially loaded beams”

  S.M. Osinaga, S.P. Machado, M. Febbo. Energy Conversion and Management, 268, 116028 (2022).

• “Double impact-based piezoelectric energy harvester for low-frequency operation”

  S.P. Machado, M. Febbo, S.M. Osinaga. IEEE Sensors, 23(2), 1081-1090 (2023), doi:10.1109/JSEN.2022.3226537.

• “Modelling of a piezoelectric beam with a full-bridge rectifier under arbitrary excitation: experimental validation”

  M. Febbo, S.P. Machado, A. Oliva, M. Ortiz, N. Pereyra. Energy Harvesting and Systems, 10(2), pp. 311–324 (2023), doi:10.1515/ehs-2022-0099.

• “Multi-beam piezoelectric systems by means of dynamically equivalent stiffness concept”

  M. Febbo, B.F.A. Prado, V.C. Smarzaro, Carlos A. Bavastri. Smart Materials and Structures, 32 085007 (17pp) (2023).

• “Energy harvesting using lead-free multilayer piezo stacks based on 0.95(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.05(BaTiO₃) piezoceramics through the addition of ZrO₂”

  S.M. Osinaga, M. Di Feo, M. Febbo, M.B. Castro, L. Ramajo, S.P. Machado. Ceramics International, 50(11), pp. 19259–19268 (2024).

• “A viscoelastic harvester-absorber for energy generation and vibration control”

  Aaron E. Gelves, Mariano Febbo, Carlos A. Bavastri. Smart Materials and Structures, 33 115020 (20pp) (2024), doi:10.1088/1361-665X/ad840c.