Geradores piezoelétricos de energia com múltiplos graus de liberdade: modelagem e experimentação (2017)
- Authors:
- USP affiliated author: RODRIGUES, FERNANDO CAPUCINI - EESC
- School: EESC
- Subjects: CONVERSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA; FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA; PIEZOELETRICIDADE
- Keywords: Energy harvesting; Frequência de ressonância; Gerador de energia; Intelligent materials; L-shaped beam; Materiais inteligentes; Mechanical structural vibration; Multiple degrees of freedom; Múltiplos graus de liberdade; Vibração mecânico-estrutural; Viga em forma de L
- Language: Português
- Abstract: A crescente demanda por novas tecnologias voltadas à utilização de fontes alternativas de energia tem motivado pesquisadores de diversas áreas do conhecimento a investir esforços no sentido de propor novas técnicas e procedimentos voltados principalmente à utilização de fontes renováveis de energia (eólica, hídrica, estrutural, dentre outras). Nesse sentido a utilização de materiais piezoelétricos no processo de conversão de sinais de vibração estrutural em energia elétrica útil, denominado de Piezoelectric Energy Harvesting, vem alcançando posição de destaque dentre os tópicos mais pesquisados atualmente. Embora a quantidade de energia elétrica gerada a partir do uso de dispositivos piezoelétricos ainda seja reduzida, o que restringe o uso desses geradores à alimentação de eletrônica de baixa potência, consideráveis avanços vem sendo atingidos tanto no aumento da energia elétrica útil decorrente da conversão quanto em aspectos importantes relacionados ao desempenho de tais geradores. Uma possível estratégia para a melhoria do desempenho de geradores piezoelétricos de energia ainda pouco aproveitada prevê a inclusão de mais de um modo de vibração no modelo do gerador em estudo. Apesar de pouco explorada, esta proposta pode resultar em uma melhoria significativa do processo eletromecânico de conversão de energia devido principalmente à existência de mais de uma frequência natural na faixa útil de operação do dispositivo em questão. Esta alternativa pode, em princípio, apresentar-se como muito atrativa em ambientes para os quais os sinais de vibração estrutural possuem uma capacidade em frequência capaz de cobrir várias frequências de operação, como é o caso típico de veículos terrestres. Nesse sentido, a presente monografia teve como objetivo precípuo realizar um estudo analítico e experimental de geradores de energia piezoelétricospossuindo múltiplos graus de liberdade bem como avaliar sua utilização no aproveitamento de sinais de vibração estrutural provenientes do ambiente. Para tanto, foi estudado com maior ênfase o modelo dinâmico de gerador piezoelétrico que utiliza uma viga em forma de L com duas massas concentradas e de configuração unimorph. Uma modelagem analítica já existente na literatura baseada no modelo linear de Euler-Bernoulli foi estudada, com o intuito de se avaliar o comportamento eletromecânico do gerador de energia piezoelétrico da viga-L. A partir desse modelo linear, foram formuladas as equações eletromecânicas e se obteve a função de resposta do sistema no domínio da frequência (FRF) usando conceitos básicos de análise modal estrutural. Utilizando-se o software MATLAB½ , programou-se uma rotina de cálculo para efetuar simulações computacionais que determinassem a FRF da tensão elétrica gerada por aceleração da base para esse modelo. Em seguida, ensaiou-se um protótipo do gerador piezoelétrico da viga em forma de L. Os resultados experimentais obtidos foram analisados e comparados com os resultados das simulações numéricas, permitindo-se verificar que o modelo analítico linear de Euler-Bernoulli escolhido é capaz de descrever e representar com precisão o comportamento eletromecânico do gerador de energia piezoelétrico que utiliza viga-L com duas massas concentradas e de configuração unimorph
- Imprenta:
- Place of publication: São Carlos
- Date published: 2017
-
ABNT
RODRIGUES, Fernando Capucini. Geradores piezoelétricos de energia com múltiplos graus de liberdade: modelagem e experimentação. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2017. Disponível em: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/f1f703cb-7bfa-4535-b713-f6630a5b8d37/Rodrigues_Fernando_Capucini_tcc.pdf. Acesso em: 08 maio 2024. -
APA
Rodrigues, F. C. (2017). Geradores piezoelétricos de energia com múltiplos graus de liberdade: modelagem e experimentação (Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/f1f703cb-7bfa-4535-b713-f6630a5b8d37/Rodrigues_Fernando_Capucini_tcc.pdf -
NLM
Rodrigues FC. Geradores piezoelétricos de energia com múltiplos graus de liberdade: modelagem e experimentação [Internet]. 2017 ;[citado 2024 maio 08 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/f1f703cb-7bfa-4535-b713-f6630a5b8d37/Rodrigues_Fernando_Capucini_tcc.pdf -
Vancouver
Rodrigues FC. Geradores piezoelétricos de energia com múltiplos graus de liberdade: modelagem e experimentação [Internet]. 2017 ;[citado 2024 maio 08 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/f1f703cb-7bfa-4535-b713-f6630a5b8d37/Rodrigues_Fernando_Capucini_tcc.pdf
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