Seminario - Piezoeletricidade

Prévia do material em texto

FACULDADE DOCTUM – SERRA 
Crystal Araujo de Vasconcelos 
Gabriel Baiocco 
Gabriel Souza 
Mirelli Maciel 
Flávio Oliveira 
Jhonatan Goés 
Leandro Penha 
Luiz André 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PIEZOELÉTRICO 
GESTÃO DE ENERGIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Serra/ES 
2021 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
A piezoeletricidade é uma propriedade de alguns materiais que, através de uma 
tensão mecânica, se tornam eletricamente polarizados, o que chamamos de efeito 
direto, e o contrário também é possível, quando colocado em uma diferença de 
potencial (DDP), sofrem uma deformação mecânica. Os materiais que possuem 
essa propriedade são chamados de piezoelétricos. Na natureza esses materiais 
inteligentes são encontrados nos cristais de Quartzo, titânio de bário e o sal de 
Rochelle, porém esses materiais apesar de possuírem a propriedade de 
piezoeletricidade, não possuem um rendimento tão alto. 
A Piezeletricidade foi descoberta pelos irmãos Pierre e Jacques Curie na França, 
em 1880, o efeito piezoelétrico é apresentado em cristais. Os irmãos Curie, no 
entanto, não previram o efeito piezoelétrico inverso. O efeito inverso foi 
matematicamente deduzido de princípios fundamentais da termodinâmica por 
Gabriel Lippmann em 1881. Os Curie imediatamente confirmaram a existência do 
efeito inverso, o que evidenciou de forma quantitativa a reversibilidade completa de 
um acoplamento eletromecânico para as deformações em cristais piezelétricos. 
Nas décadas seguintes, a piezeletricidade permaneceu como sendo uma 
curiosidade de laboratório. Mais trabalho foi feito para explorar e definir as 
estruturas cristalinas que tinham a propriedade de gerar corrente elétrica. Isso 
culminou no ano de 1910, com a publicação do livro de Woldemar Voigt Lehrbuch 
der Kristallphysik (Textbook no Crystal Física), que descreve 20 classes de cristais 
naturais capazes de gerar corrente quando submetidos a pressão mecânica, e 
rigorosamente definidas as constantes piezoelétricas usando análise tensorial. A 
grosso modo, piezoeletricidade é a capacidade de alguns materiais gerarem tensão 
elétrica quando sofrem um esforço mecânico. O termo “piezo” é derivado da 
palavra grega que significa pressão. Assim como a geração de eletricidade por 
deformação é possível, o oposto também é. É possível também, a geração de uma 
deformação mecânica em resposta a uma aplicação de tensão elétrica. Dessa 
maneira surge o conceito de geração ou colheita de energia (Energy Harvesting). 
 
2. APLICAÇÕES DE MATERIAIS PIEZOELÉTRICOS 
Algumas aplicações comuns são a ultrassonografia, balanças eletrônicas e de 
precisão, e até mesmo em instrumentos musicais. A mais recente aplicação desse 
 
efeito é a produção de energia em lugares movimentados e, para isso, algumas 
empresas estão criando placas a serem colocadas no chão. Ao serem pisadas, 
essas placas produzem uma pequena quantidade de energia. O ser humano 
comum dá por volta de 150 milhões de passos em sua vida e algumas empresas 
estão vendo isso como uma oportunidade subutilizada de energia sustentável. Por 
esse motivo, as placas piezoelétricas são colocadas em locais onde há uma grande 
concentração de pessoas, como estações de transporte público, shopping centers, 
eventos e até escolas. 
O fenômeno piezoelétrico é encontrado em aplicações úteis, como a produção e 
detecção de som, a geração de tensões elevadas, geração de frequências 
eletrônicas, microbalanças e concentração ultrafina de conjuntos ópticos. É também 
a base de uma série de técnicas científicas instrumentais com resolução atômica 
(microscopia de varredura de sonda), e os usos cotidianos, como atuando como 
fonte de ignição para isqueiros de faísca elétrica, microfones, e as famosas "pílulas" 
ou cápsulas de guitarra (embora sejam utilizadas em guitarras acústicas, baixos, 
violoncelos e outros), que representam uma espécie de microfone. O projeto mais 
arrojado; porém, refere-se à utilização do materiais piezoelétricos em ruas e 
estradas, onde a pressão causada pela movimentação dos carros podem ser 
usados para gerar eletricidade de forma barata. Exemplos de transformações 
mecânico-elétrica: Medidor de pressão, Microfone, Isqueiro elétrico, Alarme 
antifurto, Agulha do toca-discos; e exemplos de transformações elétrico-mecânicas: 
Ultrassom, Nebulizadores, Aparelhos elétricos contra mosquitos e Alto-falantes. 
 
3. VANTAGENS 
Podemos destacar algumas vantagens notáveis nos materiais piezoelétricos tais 
como, podem ser utilizados para produção de energia limpa, de baixo custo e 
totalmente sustentável. É um campo vasto para pesquisar e consequentemente 
desenvolvimento de novos materiais de geração de energia limpa. Podem ser 
implementados em diversas atividades mecânicas para a geração de energia. 
 
3. DESVANTAGENS 
Como desvantagens, os piezoelétricos apresentam algumas limitações, sendo a 
 
temperatura e suas variações as principais protagonistas destas limitações. O 
envelhecimento natural e acelerado pelas condições de uso, pois com o passar do 
tempo, a polarização remanescente induzida durante o processo de fabricação das 
cerâmicas esvaece naturalmente, independentemente da ação de agentes externos 
ou do uso do material. 
A instabilidade das propriedades em função de variações de temperatura, pois em 
eletrônica, estamos acostumados a observar a mudança de propriedades e 
comportamento em todos os tipos de componentes, desde os resistores, que 
apresentam resistência maior quando aquecidos, aos semicondutores, que 
conduzem melhor aquecidos. No caso das cerâmicas, estas alterações também 
acontecem, porém, com maior intensidade e de forma imprevisível, devido á 
complexidade dos mecanismos envolvidos no efeito piezoelétrico. Há também a 
desvantagem nos limites de excitação elétricos e mecânicos, onde as cerâmicas 
piezoelétricas são materiais frágeis poucos resistentes á tração, sendo importante 
observar os limites de cada material para evitar quebras. 
 
5. FUTURAS APLICAÇÕES 
Com a evolução das tecnologias e do novo mundo digital, acredita-se que, 
futuramente, esta tecnologia poderá ter outras aplicações como por exemplo, 
carregador de celular por toque onde não será mais necessário encontrar uma 
tomada assim que a bateria do seu celular acabar. Com cerâmicas piezoelétricas 
instaladas em celulares, bastará pressionar a tela do aparelho para que sua bateria 
seja recarregada; Vestuário carregador de bateria, instalando estas cerâmicas em 
roupas ou em solas de calçados, ao se movimentar podemos gerar a energia 
elétrica necessária para carregar aparelhos de celular ou mp3; Marca-passo 
alimentado pela respiração: Algumas pessoas utilizam este equipamento para 
regular os batimentos cardíacos. Neste caso, o movimento dos pulmões causados 
pela respiração do paciente poderá fornecer a energia elétrica necessária para a 
alimentação do aparelho. 
 
6. CURIOSIDADE 
Na Holanda existe uma boate que produz energia através da pista de dança, ela é 
a primeira balada sustentável do mundo. Lá, quem produz a eletricidade do local é 
o cliente, e quanto mais empolgado ele estiver na pista de dança, maior é a energia 
 
coletada. Isso só é possível por conta da pista piezoelétrica: cubos de cristais 
piezoelétricos, como o quartzo, por exemplo, foram colocados debaixo da pista. Em 
cima e embaixo desses cristais, ficam duas placas metálicas, que ajudam a 
conduzir a eletricidade. Toda vez que a pista é pressionada pelos passos de dança 
e pulos, os cristais geram uma descarga elétrica. A eletricidade gerada pelos 
baladeiros é usada para as luzes na pista, amplificadores e para a iluminação do 
clube. Segundo estudos de consultores do clube, uma pessoa dançando produz 
cerca de 20 watts e duas já conseguem acender uma lâmpada. Além da pista de 
dança sustentável, os banheiros funcionam com água aproveitada das chuvas, a 
decoração é feita com garrafas pets eos bares usam material reciclado. A Watt é 
um projeto da Sustainable Dance Club, uma companhia formada por inventores, 
engenheiros e investidores holandeses. O próximo passo do grupo é usar a mesma 
tecnologia em lugares onde haja muito movimento, como ginásios, academias e 
plataformas de metrô. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: Ilustração do efeito piezoelétrico 
Fonte: Blog SWU 
 
 
7. Conclusão 
 
 Vimos como a piezeletricidade é uma fonte de energia fundamental para o 
nosso futuro. Como uma tecnologia tão antiga vai começar a nos beneficiar no 
futuro, quando forem instaladas placas nas rodovias para que com o movimento dos 
carros seja gerado energia limpa. Não iremos mais usar carregador de celular, será 
apenas pressionando a tela gerando pressão e movimento para gerar bateria. 
 Concluímos que a piezeletricidade é de extrema importância, pois como fonte 
de energia fundamental para o nosso futuro, por sua eficiência e principalmente pela 
sua grande aplicação. Apesar de poucos materiais piezoeléctricos conhecidos, 
principalmente na área de materiais metálicos, pode-se perceber a grande 
importância e a diversa aplicabilidade destas cerâmicas e cristais, e sem falar que o 
estudo dos materiais piezoeléctricos está ligado diretamente ás inovações 
tecnológicas de grande valor, melhorando a exploração e o conhecimento de 
informações dos quais sem o mesmo não seria possível detectar. 
 
5. Referências 
 
ARMENDANI, Willian Alves; et. al. Conhecendo a Piezoeletricidade, uma nova 
forma de geração de energia elétrica. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do 
Conhecimento. Ano 1. Vol. 9. pp 314-320. , outubro / novembro de 2016. ISSN: 
2448-0959 
 
BALADA SUSTENTÁVEL TEM PISTA DE DANÇA QUE PRODUZ ENERGIA. SWU. 
Disponível em < 
http://www.swu.com.br/blog/2011/12/sustentabilizese/acreditesequiser/balada-
sustentavel-tem-pista-de-danca-que-produz-energia/> acesso em 13 de novembro 
2021. 
 
L. D. Cancio and S. Ghissoni, Piezoeletricidade: a Geração de Energia Limpa e 
Suas Aplicações. Anais do Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão, 
2013. [Online]. Available: http://seer.unipampa.edu.br/index.php/s 
iepe/article/view/6035. 3. 
 
http://www.swu.com.br/blog/2011/12/sustentabilizese/acreditesequiser/balada-sustentavel-tem-pista-de-danca-que-produz-energia/
http://www.swu.com.br/blog/2011/12/sustentabilizese/acreditesequiser/balada-sustentavel-tem-pista-de-danca-que-produz-energia/
 
PERLINGEIRO, Antônio Ramos; PIMENTA, Gilberto Maia; SILVA, Salviano Evaristo 
da. Geração de energia através de materiais piezoelétricos. 2016.