Desenvolvimento de um modelo eletromecânico pelo método de elementos finitos para estudo sobre recuperação de energia por vibração.

Abstract

A Recuperação de Energia por Vibrações tem como objetivo a utilização da vibração de equipamentos industriais, estruturas móveis e estruturas como prédios e pontes, para conversão em energia elétrica. Desta forma, estudos vem sendo realizados com a intenção de utilizar materiais piezoelétricos para realizar essa conversão. Apesar da baixa potência gerada, algumas aplicações podem ser observadas para alimentação de sensores sem fio, além de micro e nano robôs na área de biomédicas. Também estão sendo realizados estudos na utilização da vibração de vagões de trem para alimentação de seus próprios sensores. Este estudo tem como objetivo a modelagem em elementos finitos de um sistema com elemento piezoelétrico acoplado a uma viga engastada e a análise da geração de potência pelo elemento piezoelétrico enquanto a viga recebe vibração forçada. Em primeiro lugar, o posicionamento do elemento piezoelétrico foi analisado ao longo do comprimento da viga, na busca pela maior tensão gerada. Em outra análise, variou-se a resistência para uma posição fixa do piezoelétrico, observando seu comportamento. Posteriormente, realizou-se o comportamento da potência para valores muito altos de resistência, considerando diferentes posições para o piezoelétrico. Foi possível concluir que para posições mais próximas ao engaste a potência gerada é maior. Pelo menos para este estudo, foi possível concluir também que a potência é diretamente proporcional a resistência até aproximadamente 200 kohms, sendo que a partir deste valor a potência permanece estável com o aumento da resistência. Os valores de potência específica gerada são da ordem de 10-5 μW, entretanto podem ser estudadas geometrias mais apropriadas para os elementos piezoelétricos, bem como o uso simultâneo de diversos elementos.