Novel Low-cost Energy Harvester Based on anArrangement of Piezoelectric Actuators

This article provides the design, modeling, fabrication, and testing of an energy harvester from mechanical vibrations, based on a piezoelectric material. This device works on the principle of piezoelectric transduction, i.e., when mechanically deformed, it generates electrical energy due to vibrations. The piezoelectric material used in the fabrication was Lead Zirconate Titanate (PZT), and brass as structural base. In addition, finite element models were performed to predict the frequency of the first vibration mode of the device, and experimental setups for validation. The resonance frequency of the numerical model and the one obtained experimentally (19 Hz) show a deviation of 5.03% respectively. The generated power is 0.202 mW enough to power low power devices such as basic calculators, wristwatches, and transistors, among others.

En este artículo se presenta el diseño, modelado, fabricación y pruebas de un cosechador de energía proveniente de vibraciones mecánicas, basado en un material piezoeléctrico. Este dispositivo trabaja bajo el principio de transducción piezoeléctrica, es decir que, al deformarse mecánicamente, debido a las vibraciones genera energía eléctrica. El material piezoeléctrico usado en la fabricación fue Zirconato Titanato de Plomo (PZT), y latón como base estructural. Además, se realizaron modelos de elemento finito para predecir la frecuencia del primer modo de vibración del dispositivo, y arreglos experimentales para su validación. La frecuencia de resonancia del modelo numérico y la obtenida experimentalmente (19 Hz) muestran una desviación de 5.03% respectivamente. La potencia generada es de0.202 mW suficiente para alimentar dispositivos de bajo consumo, tales como calculadoras básicas, relojes de pulsera y transistores, entre otros.