Export iten: EndNote BibTex

Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede.unioeste.br/handle/tede/1089
Tipo do documento: Dissertação
Title: Análise numérica e experimental de geradores piezelétricos de energia
Other Titles: Numerical and experimental analysis of piezoelectric energy harvesters
Autor: Clementino, Marcel Araujo 
Primeiro orientador: Silva, Samuel da
Primeiro membro da banca: Reginatto, Romeu
Segundo membro da banca: Marqui Junior, Carlos de
Resumo: A utilização de dispositivos piezelétricos para reaproveitamento de energia vibratória tem en- contrado aplicações em várias áreas, sobretudo em monitoramento de integridade estrutural, seja para recarregar baterias ou alimentar diretamente sensores e outros dispositivos eletrôni- cos. Em geral, o uso prático da energia convertida por estes transdutores requer, primeiramente, a transformação da corrente alternada (CA) produzida em corrente contínua (CC). Isto é fre- quentemente obtido por meio da utilização de circuitos retificadores. Entretanto, utilizar o mesmo pacote de software para modelar sistemas de energy harvesting, geralmente compostos por um sensor piezelétrico acoplado em uma microviga e conectados a um circuito retificador, é apontado por alguns autores como um grande desafio a ser superado, pois necessita de requisi- tos multidisciplinares que incluem tópicos de engenharia elétrica e mecânica. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho é apresentar uma estratégia de modelagem simples, que utilize apenas uma plataforma computacional e considere, simultaneamente, os modelos de uma viga piezelétrica e um circuito prático de extração/armazenamento de energia, buscando meios de facilitar a análise e o projeto de sistemas de energy harvesting. Simulações numéricas e testes experimentais são realizados para ilustrar a abordagem proposta, considerando um circuito retificador de onda completa e uma carga resistiva conectados diretamente a uma viga piezelétrica sob condição engastada-livre. Além disso, são apresentados testes experimentais realizados com um sistema comercial de energy harvesting visando caracterizar e comparar seu desempenho frente aos circuitos retificadores de onda completa e resistivo, ambos confeccionados pelo autor. Um modelo de um grau de liberdade deste sistema também é apresentado. Os resultados mostraram que o modelo é adequado para realizar simulações de sistemas que possuam as características descritas neste trabalho e comprovaram a necessidade de se utilizar um circuito ativo para se ter um melhor reaproveitamento da energia gerada.
Abstract: The use of piezoelectric devices to harvest vibration energy has found applications in several areas, especially in structural health monitoring, either to recharge batteries or to directly feed sensors and also electronic devices. In general, the practical use of the energy converted by these devices requires, first, converting the alternating current (AC) produced to direct current (DC). This is normally done by using rectifier circuits. However, modeling the harvesting system, usually a PZT sensor bonded on a cantilever micro-beam and coupled to a rectifier circuit, using the same software package is pointed out by some authors as a drawback to overcome, due to its multidisciplinary requirements, involving topics of both mechanical and electrical engineering. In this sense, the main goal of this dissertation is to describe a comprehensive and simple modeling strategy, which considers a single computational platform and, simultaneously, account for both the electromechanical model of a clamped piezoelectric beam and the practical energy harvesting circuit, seeking ways to facilitate the analysis and design of energy harvesting systems. Numerical simulations and experimental tests are performed to illustrate the proposed approach, considering a full-wave diode bridge as the non-controlled rectifier circuit and a resistive load, which are directly connected to the cantilevered piezoelectric beam. Additionally, experimental tests carried out with a commercial harvesting system are presented, aiming to characterize and compare its performance with a full-wave diode bridge and a resistive circuit, both developed by the author. A single degree of freedom model of this system is also presented. The results showed that the model is suitable to perform simulations of systemshaving the characteristics described in this dissertation and confirmed the need of using active circuits to better use the produced energy.
Keywords: energy harvesting
eletrônica de potência
estruturas inteligentes
energy harvesting
power electronics
smart structures
unified approach
abordagem unificada
CNPq areas: ENGENHARIAS:ENGENHARIA MECANICA
Idioma: por
País: BR
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Parana
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Engenharias e Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas Dinâmicos e Energéticos
Campun: Foz do Iguaçu
Citation: CLEMENTINO, Marcel Araujo. Análise numérica e experimental de geradores piezelétricos de energia. 2013. 99 f. Dissertação (Mestrado em Sistemas Dinâmicos e Energéticos) - Universidade Estadual do Oeste do Parana, Foz do Iguaçu, 2013.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1089
Issue Date: 1-Mar-2013
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia de Sistemas Dinâmicos e Energéticos (FOZ)

Files in This Item:
File SizeFormat 
Marcel_Clementino_2013.pdf10.15 MBAdobe PDFView/Open Preview


Items in TEDE are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.