Modelagem de Sistema de Geração Piezoelétrica Experimental

Mateus Schüler Volff; Jean-Marc Stephane Lafay; Paulo Rogério Novak

doi:10.20906/CPS/SICITE2015-0501

Resumo

Nos últimos anos, extensa pesquisa tem sido realizada na área de captação de energia do ambiente (energy harvesting). Dentre as técnicas utilizadas, o uso de materiais piezoelétricos para converter a energia presente nas vibrações do ambiente em energia elétrica tem recebido especial atenção. Vários designs de geradores que usam este material tem sido propostos, com destaque para o modelo que usa uma viga engastada sob flexão, modelo que permite a geração de altas deformações do material piezoelétrico, aumentando o potencial de geração de energia. Este trabalho investiga a influência da presença de uma cerâmica piezoelétrica do tipo PZT-4 nos parâmetros modais (frequência natural fundamental e fator de amortecimento) de uma viga de bronze engastada sob vibração livre e forçada (excitada harmonicamente), utilizando análise modal experimental e análise de sinal utilizando Transformada Rápida De Fourier (FFT). A partir da análise modal, observou-se um aumento, tanto na frequência natural (devido a um aumento de rigidez do sistema) como um aumento no fator de amortecimento (sendo este mais expressivo na viga com menor razão de aspecto), que pode ser constatado a partir das mudanças no sinal da resposta do sistema em vibração livre, tanto no domínio do tempo como no da frequência. Além disso, a diferença na geração de tensão elétrica em circuito aberto em estado estacionário de três modelos de viga diferentes (variando entre si em razão de aspecto da viga e espessura da cerâmica piezoelétrica),quando estas são excitadas harmonicamente, é avaliada. Constatou-se um aumento significativo na geração de tensão quando aumentada a espessura das pastilhas, porém a influência da razão de aspecto mostrou-se menos significativa.

Palavras-chave: piezoeletricidade; análise modal; frequência natural; fator de amortecimento; geração de energia.