Ingeniero Civil Mecánico / El cosechamiento de energía, proveniente del inglés energy harvesting, es el proceso a través del cual se captura pequeñas cantidades de energía que de otro modo se perderían como calor, luz, sonido, vibración o movimiento. Esta energía puede ser utilizada en distintas aplicaciones, por ejemplo reinyectándose en sistemas que la estén perdiendo o reemplazando baterías en pequeños equipos electrónicos de baja potencia, tales como sensores de monitoreo remoto. En la presente memoria se estudia un sistema vibratorio del tipo wake galloping, con el objetivo de investigar experimentalmente el efecto de la geometría del generador de vórtices de sección cuadrada y tipo placa plana en la potencia obtenida. Para llevar a cabo dicho objetivo se plantean los siguientes objetivos específicos: implementar modificaciones al montaje experimental existente y validar el procedimiento experimental reproduciendo curva de aceleración y frecuencia versus velocidad del viento para el generador de vórtices cilíndrico de sección circular, estimar la potencia obtenida usando como generador de vórtices un cilindro de sección cuadrada y estimar la potencia obtenida usando como generador de vórtices una placa plana. Este sistema, a escala pequeña, puede aprovecharse por ejemplo en túneles de trenes subterráneos, alimentando sensores de monitoreo remotos, pudiendo clasificarse como un sistema de cosechamiento de energía. Las variables en estudio para cada geometría fueron: la velocidad del viento, y la razón de aspecto en distancia X=L⁄D, donde D es el diámetro del cilindro móvil y L es la distancia entre dicho cilindro y el generador de vórtices. Para el cilindro de sección cuadrada además se varía el ángulo de inclinación del mismo con respecto al flujo incidente. Se midió experimentalmente la aceleración del cuerpo vibratorio por medio de acelerómetros instalados al centro del mismo. A partir de los resultados obtenidos, se encuentra que la potencia máxima alcanzada es de ≈312 [mW], utilizando como generador de vórtices un cilindro cuadrado rotado en 12°, a una razón de distancia X=3 y a una velocidad de viento de 7 [m/s]. Para todos los generadores de vórtices estudiados, la máxima potencia se alcanza a la mayor velocidad de viento utilizada: 7 [m/s]. Aunque no es posible establecer un patrón que determine qué distancia X maximiza las potencias obtenidas, se observa sin embargo una tendencia en que los mayores valores de potencia se agrupan en el rango 5≤X≤7 para todos los generadores de vórtices.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica. Ingeniero Civil Mecánico / Energy harvesting es la conversión de energía presente en el entorno a energía eléctrica. Dentro de esta clasificación la energía eólica puede ser capturada desde diferentes fuentes: naturales, como flujo de aire en campos libres; pseudo-artificiales, como corrientes de aire en ambientes urbanos; artificiales, como túneles de transporte, autopistas y ductos de ventilación. Este trabajo de Tesis tiene como objetivo principal estudiar la potencia capturable debido a la interacción fluido-estructura de un arreglo de dos cilindros circulares, rectos y paralelos, enfrentado a un flujo de aire perpendicular a su eje. Se estudian la influencia de separaciones, tamaños y velocidad de ataque en un dispositivo de captación de energía eólica, mediante vibraciones del tipo wake galloping. Se realiza un análisis computacional de vibraciones inducidas por vórtices para régimen laminar, en el programa ANSYS Fluent 14.5 y una implementación numérica de interacción fluido estructura, en el programa FORTRAN con el propósito de caracterizar el flujo y movimientos de un generador de vórtices. Posteriormente se construye un montaje experimental en el túnel de viento del Laboratorio de Procesos del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile para analizar la aceleración y potencia en un arreglo de wake galloping. El dispositivo consta de dos cilindros alineados, de diámetros D1 y D2, a una distancia L entre sus centros. Se estudia la razón de tamaño, Y=D2/D1, y razón de distancia, X=L/D1, para velocidades de viento en el rango 1-7[ms-1]. Los resultados experimentales muestran que la aceleración posee una relación directamente proporcional al cuadrado de la velocidad del viento y una potencia RMS máxima de ~4.5[mW], bajo una configuración de tamaño Y=0.7 y distancia X=3, lograda bajo el acoplamiento de la frecuencia natural y de la frecuencia del desprendimiento de vórtices sobre el cilindro aguas abajo. Frente a frecuencias no coincidentes el mayor desempeño se produce para una relación de tamaño Y=1.5 y distancia X=4 con un rango de potencia RMS de 0.1-0.4[mW]. La potencia generada puede ser fácilmente incrementada considerando para todas las razones de tamaño y distancia, excitar el sistema a su resonancia variando la frecuencia natural del sistema, por ejemplo, al modificar su rigidez.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第25236号 / 工博第5195号 / 新制||工||1992(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科社会基盤工学専攻 / (主査)教授 八木 知己, 教授 KIM Chul-Woo, 教授 高橋 良和 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM