Influência da textura superficial na indução de vibração por meio de fluxo de ar em sistema piezoelétrico de conversão de energia

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues, André Luis Gunes
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16402
Resumo: Piezoelectric Energy Harvesting Systems PZTEH are being used more and more, driven by the development of electronic components called ULP (Ultra Low Power) that demand low energy consumption. This provides the use of energy, previously considered lost. The analysis of vibrational systems with energy conversion by piezoelectric ceramics has been studied and new components developed. This is either in the direct scope of energy conversion with new actuator projects or in the study and development of energy converters, which may act directly with ceramics or their transducer derivatives, with the intention of amplifying the generated energy. Some publications indicate that the use of wind as an inductor or amplifier, in the gain of energy production in a cantilever system exposed to an air flow. Others verified that the physical design interference, analyzing this aerodynamic influence as flutter, galloping effect and vortex, contribute to the amplification of the amplitude of this vibration and, consequently, in the energy generation. The goal of this dissertation is to analyze experimentally and investigative the influence of surface texture on energy gain, by induction and interaction with the wind in a cantilever beam. The drilling of slots, circles holes and surface cavities (same slots and circles figures) will be evaluated in relation to this air interaction (generated turbulence) on the beam, forcing it to vibrate. A piezoelectric transducer, type buzzer (PZT - Titanate Zirconate Lead), will be rigidly attached near the base of the beam, working as an energy transducer. The results obtained showed that the textures applied to the surface of the beams influenced the mechanical properties and the energy generated by each beam. It was concluded that the cantilever beam with lower stiffness and damping is the best choice to be used with systems excited by wind for EH (energy harvesting) produce, and that the texture of surface can be an important factor to increase energy generation.
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This is either in the direct scope of energy conversion with new actuator projects or in the study and development of energy converters, which may act directly with ceramics or their transducer derivatives, with the intention of amplifying the generated energy. Some publications indicate that the use of wind as an inductor or amplifier, in the gain of energy production in a cantilever system exposed to an air flow. Others verified that the physical design interference, analyzing this aerodynamic influence as flutter, galloping effect and vortex, contribute to the amplification of the amplitude of this vibration and, consequently, in the energy generation. The goal of this dissertation is to analyze experimentally and investigative the influence of surface texture on energy gain, by induction and interaction with the wind in a cantilever beam. The drilling of slots, circles holes and surface cavities (same slots and circles figures) will be evaluated in relation to this air interaction (generated turbulence) on the beam, forcing it to vibrate. A piezoelectric transducer, type buzzer (PZT - Titanate Zirconate Lead), will be rigidly attached near the base of the beam, working as an energy transducer. The results obtained showed that the textures applied to the surface of the beams influenced the mechanical properties and the energy generated by each beam. It was concluded that the cantilever beam with lower stiffness and damping is the best choice to be used with systems excited by wind for EH (energy harvesting) produce, and that the texture of surface can be an important factor to increase energy generation.Sistemas piezelétricos de conversão de energia PZTEH (Piezoelectric Energy Harvesting Systems) estão sendo cada vez mais utilizados, impulsionados pelo desenvolvimento dos componentes eletrônicos denominados ULPs (Ultra Low Power) os quais demandam um consumo baixo de energia. Proporcionando, portanto, aproveitamento desta energia, dada antes como perdida. A análise de sistemas vibracionais para a conversão de energia pelas cerâmicas piezoelétricas vem sendo muito estudada e novos componentes desenvolvidos, tanto no âmbito direto da conversão energética em novos projetos de transdutores quanto no estudo e desenvolvimento de conversores de energia, que venham a atuar de forma a amplificar a energia gerada. Alguns trabalhos indicam a utilização do vento como forma de excitação e produção energética em um sistema cantiléver de conversão de energia. Outros, verificaram que a interferência física de projeto, tais como influências aerodinâmicas como flutter, efeito galopante e de vórtex contribuem para a amplificação da vibração e, por consequência, na geração energética destes dispositivos. O objetivo deste trabalho está em analisar experimentalmente e de forma investigativa a influência da textura superficial nas características vibratórias de vigas cantiléver expostas ao vento. A usinagem de sulcos, furos e cavidades superficiais foi realizada na superfície de 16 vigas a fim de se avaliar seus comportamentos vibratórios quando estas são expostas a um fluxo de ar. Um transdutor piezelétrico, tipo pastilha de PZT (Titanato Zirconato de Chumbo), foi rigidamente acoplado próximo à base de cada viga, funcionando como transdutor de energia. A energia convertida foi analisada por meio dos sinais elétricos de cada viga gerados pela vibração induzida pelas forças aeroelásticas. Os resultados obtidos mostraram que as texturas aplicadas na superfície das vigas influenciaram não somente nas propriedades mecânicas, mas também na obtenção de energia gerada por cada viga. Concluiu-se que as vigas cantiléver com menor rigidez e amortecimento não apresentaram resultados para serem utilizadas em sistemas excitados pelo vento para produção de EH (energy Harvesting), e que a textura superficial dos dispositivos pode ser um fator importante no aumento da geração de energia.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMecUFSCarAttribution 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessTextura Superficial.Vibração InduzidaViga CantiléverPiezeletricidadeEnergy HarvestingENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOSInfluência da textura superficial na indução de vibração por meio de fluxo de ar em sistema piezoelétrico de conversão de energiaInfluence of surface texture on vibration induction through air flow in power conversion piezoelectric systeminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis6006005b256f2e-e2ac-48d5-b13a-c290ce893b46reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8914https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16402/3/license_rdf4d2950bda3d176f570a9f8b328dfbbefMD53ORIGINALDissertação.pdfDissertação.pdfDissertação da Tese de Mestradoapplication/pdf7054520https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16402/1/Dissertac%cc%a7a%cc%83o.pdf8b9f98e89dfa670d048a0a7155b4c3aeMD51Carta à BCO_AndréGunes.pdfCarta à BCO_AndréGunes.pdfapplication/pdf146556https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16402/2/Carta%20%c3%a0%20BCO_Andr%c3%a9Gunes.pdf3ded7184244dc88f54402969be2352b2MD52TEXTDissertação.pdf.txtDissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain120726https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16402/4/Dissertac%cc%a7a%cc%83o.pdf.txt92a431e35727d20d335024b4d9a56e30MD54Carta à BCO_AndréGunes.pdf.txtCarta à BCO_AndréGunes.pdf.txtExtracted texttext/plain1585https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16402/6/Carta%20%c3%a0%20BCO_Andr%c3%a9Gunes.pdf.txt74db7e07f3fb451d2eff239ecd150770MD56THUMBNAILDissertação.pdf.jpgDissertação.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7764https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16402/5/Dissertac%cc%a7a%cc%83o.pdf.jpg3a555eddd89ba295c9d88a48be46a5b0MD55Carta à BCO_AndréGunes.pdf.jpgCarta à BCO_AndréGunes.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6964https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16402/7/Carta%20%c3%a0%20BCO_Andr%c3%a9Gunes.pdf.jpgdfb12bdc412e226365e7c32212a8bd03MD57ufscar/164022023-09-18 18:32:16.944oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16402Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:16Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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