Gerador rotacional piezoelétrico baseado no conceito de colheita de energia (energy harvesting)

• Autor(a) principal: Farias, Wendell Pereira de
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFPB
• Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/27601
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Gerador rotacional; Colheita de energia; Transdutor; Transdutores piezoelétricos; Energy harvesting; Rotational generator; Piezoelectric transducers

Este trabalho apresenta um gerador rotacional com transdutores piezoelétricos do tipo cerâmico aplicado à colheita de energia, constituído por uma parte móvel (similar a um rotor) em que estão dispostos imãs, e uma estrutura circular (similar a um estator) com lâminas engastadas igualmente espaçadas nas quais foram colados transdutores piezoelétricos próximo à região de engaste, e imãs em sua extremidade livre. A estrutura física desenvolvida, com partes plásticas em ABS (Acrilonitrila Butadieno Estireno), apresenta flexibilidade com relação à quantidade de lâminas, elementos piezoelétricos, empilhamento de módulos geradores, e mantém os transdutores piezoelétricos sem contato direto com o ambiente externo permitindo a adaptação do dispositivo para aplicações práticas. Um modelo analítico utilizando uma solução eletromecânica para um sistema com uma viga engastada submetida a uma força harmônica na extremidade livre foi analisado utilizando o software Matlab. O protótipo desenvolvido é composto por dois módulos geradores, totalizando quatro vigas com dois transdutores piezoelétricos do tipo PZT (C-64) em cada, e funcionou aproximadamente por 670 horas, sem sinais de desgastes. Uma bancada experimental foi desenvolvida para análise do comportamento do gerador proposto, com acionamento do gerador por meio de um motor acoplado ao seu eixo com velocidade de rotação de 1 Hz a 35 Hz. Os sinais gerados pelas lâminas foram conectados a resistências variáveis obtendo valores de potência distintos em cada uma das lâminas, justificado pelo processo de fabricação manual. Para interligação e retificação dos sinais gerados foram desenvolvidos circuitos de condicionamento, obtendo curvas de tensão e potência em função da frequência de rotação, com potência média de 20 a 60 µW pra resistências de 250 kΩ a 900 kΩ, com a velocidade de rotação em 30 Hz. O sinal gerado também foi utilizado para alimentar um módulo regulador de tensão (com o LTC3588- 1) para aplicações de colheita de energia que estabiliza a tensão fornecida pelo gerador em 1,8 V.