Modelagem numérica multifísica de um regenerador de energia eletromagnético utilizando o software COMSOL Multiphysics

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Sfalsin, Fabrício Nascimento
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41708
Resumo: The field of research dedicated to making electrical systems more energy autonomous is constantly being graced with new technologies. Increasingly specific project requirements combined with environmental policy updates are major drivers for the emergence of new innovations in this area. Two of the bets in this segment are to increase the energy capacity of batteries and reduce the power consumption of hardware. However, systems powered only by batteries have a limited operating time, requiring periodic recharging and replacement. In this context, energy harvesters are devices capable of collecting different types of energy available in the environment and transforming them into electrical energy to power electronic systems. Several models with different operating principles have been proposed in the literature. For this work we will discuss electromagnetic energy harvesters. These devices capture the energy from mechanical vibrations through a moving magnet that performs an oscillatory movement in front of a copper coil. The movement of the magnet causes the magnetic flux density that passes through the coil to vary, inducing an electromotive force upon it. Due to their working principle, these devices can be built with low volume, allowing them to be applied to small electrical systems. However, to enable the construction and application of these models, it is necessary to maximize their energy conversion capacity. In this scenario, multiphysics numerical simulations are used to solve problems involving different physical phenomena, obtaining more stable and assertive results for the simulated models. In this work, a multiphysics numerical simulation methodology is proposed for a simplified model of an electromagnetic energy harvester using COMSOL Multiphysics simulation software. Through these simulations, encouraging qualitative results have been obtained that ensure the potential and scalability of this methodology.
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In this context, energy harvesters are devices capable of collecting different types of energy available in the environment and transforming them into electrical energy to power electronic systems. Several models with different operating principles have been proposed in the literature. For this work we will discuss electromagnetic energy harvesters. These devices capture the energy from mechanical vibrations through a moving magnet that performs an oscillatory movement in front of a copper coil. The movement of the magnet causes the magnetic flux density that passes through the coil to vary, inducing an electromotive force upon it. Due to their working principle, these devices can be built with low volume, allowing them to be applied to small electrical systems. However, to enable the construction and application of these models, it is necessary to maximize their energy conversion capacity. In this scenario, multiphysics numerical simulations are used to solve problems involving different physical phenomena, obtaining more stable and assertive results for the simulated models. In this work, a multiphysics numerical simulation methodology is proposed for a simplified model of an electromagnetic energy harvester using COMSOL Multiphysics simulation software. Through these simulations, encouraging qualitative results have been obtained that ensure the potential and scalability of this methodology.Rede FitocerradoTrabalho de Conclusão de Curso (Graduação)O ramo de pesquisa dedicado a tornar os sistemas elétricos energeticamente mais autônomos é constantemente agraciado com novas tecnologias. Os requisitos de projetos cada vez mais específicos aliados as atualizações nas políticas ambientes são grandes propulsores para o surgimento de inovações nessa área. Duas das apostas desse segmento é o aumento da capacidade energética de baterias e a redução do consumo de energia dos hardwares. Contudo, sistemas alimentados apenas com baterias possuem seu tempo de operação limitado, fazendo-se necessário recargas e trocas periódicas. Nesse contexto, os energy harvesters são dispositivos capazes de coletar diferentes tipos de energia disponível no meio ambiente e transformá-las em energia elétrica para alimentar sistemas eletrônicos. Vários modelos com princípios de funcionamento diferentes foram propostos na literatura. Para esse trabalho serão abordados os regeneradores de energia eletromagnéticos. Esses dispositivos captam a energia proveniente de vibrações mecânicas através de um ímã móvel que realiza um movimento oscilatório em frente a uma bobina de cobre. O movimento do ímã causa a variação da densidade do fluxo magnético que atravessa a bobina, induzindo sobre ela uma força eletromotriz. Devido ao seu princípio de funcionamento, estes dispositivos podem ser construídos com baixo volume, permitindo que possam ser aplicados em pequenos sistemas elétricos. No entanto, para viabilizar a construção e aplicação desses modelos é necessário maximizar sua capacidade de conversão energética. Nesse sentido, as simulações numéricas multifísicas são utilizadas para solucionar problemas que envolvem diferentes fenômenos físicos, obtendo resultados mais estáveis e assertivos para os modelos simulados. Nesse trabalho é proposto uma metodologia de simulação numérica multifísica para um modelo simplificado de um regenerador de energia eletromagnético utilizando o software de simulação COMSOL Multiphysics . Através dessas simulações foram obtidos resultados qualitativos animadores e que asseguram o potencial e escalabilidade dessa metodologia.Universidade Federal de UberlândiaBrasilEngenharia AeronáuticaCavallini Junior, Aldemir Aparecidohttp://lattes.cnpq.br/0387727577180664Duarte, Marcus Antônio Vianahttp://lattes.cnpq.br/9030389274220180Rocha, Lucas Altamirando de Andrade dahttp://lattes.cnpq.br/6293082139470909Sfalsin, Fabrício Nascimento2024-07-19T12:16:32Z2024-07-19T12:16:32Z2023-02-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfSFALSIN, Fabrício Nascimento. Modelagem Numérica Multifísica de um Regenerador de Energia Eletromagnético Utilizando o Software COMSOL Multiphysics. 2023. 66 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41708porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2024-07-20T06:16:09Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/41708Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2024-07-20T06:16:09Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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