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ROLO DE ROLO PIEZOELÉTRICO ACOPLADO A UM CONTROLE LINEAR OPTIMAL
 
 
Jhonathan Christian Steffens1 *, Jakeline Loureiro 2, Renann Dos Santos Lima1, Douglas da Costa Ferreira 1 e Fábio Roberto Chavarette3
 
1Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Departamento de Engenharia Mecânica CEP 85503-390 Pato Branco - Paraná - E-mail: (jhony_steffens@hotmail.com) 2Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Departamento de Engenharia Civil CEP 85503-390 - Pato Branco - Paraná 3UNESP Univ. Estadual Paulista - Departamento de Matemática CEP 15385-000 - Ilha Solteira - São Paulo
 
RESUMO O uso de piezoeletricidade para transformar energia mecânica desperdiçada em eletricidade pode ser um dos estudos mais promissores para novas fontes de energia limpas e sustentáveis ​​para substituir a energia fóssil e outras bases energéticas de impacto ambiental. A desvantagem dessa tecnologia é sua considerável baixa eficiência. Entre vários trabalhos que tratam da melhoria da eficiência de sistemas piezelétricos destaca-se o projeto de controladores. Este trabalho é um estudo numérico de pastilhas piezoelétricas PZT inseridas em lajes de concreto e submetidas a tensão mecânica por rolagem e acopladas a um controlador para ajuste do PZT à excitação ambiente resultante da máxima tensão de saída líquida. Como resultado, espera-se que o sistema controlado forneça mais potência de saída líquida do que o sistema lop aberto. Este trabalho é um estudo preliminar que apresenta um comportamento dinâmico do sistema estudado.
INTRODUçãO A demanda por energia vem crescendo ao longo dos anos e grande parte de nossa matriz energética é composta de combustíveis fósseis não renováveis. Combustíveis fósseis estão sendo consumidos 100.000 vezes mais rápido do que são produzidos e esses combustíveis também devem se esgotar no século 21 (Philips e Mighal, 2014), levando à necessidade de buscar uma fonte de energia viável e mais confiável. O termo coleta de energia está relacionado ao uso de energia disponível no ambiente, primário ou secundário, para produzir eletricidade e é uma das alternativas para a produção de energia elétrica limpa e sustentável (Ibrahim e Ali, 2012). Em pavimentos de concreto ou asfalto, os veículos em movimento causam tensão, deformação, deformação e vibração (Hongduo et al., 2014) e, ao mesmo tempo, o pavimento obtém esforços e energias cinéticas do trabalho de carga do veículo, no entanto, essas energias são dissipada no pavimento como energia térmica desperdiçada (Hongduo et al., 2014). Cerca de 10% a 16% da energia do combustível é gasta para superar a resistência do atrito da estrada e do arrasto (Hendrowati, Guntur e Sutantra, 2012). Uma maneira de usar essa perda de energia é materiais piezelétricos, que podem ser usados ​​para absorver as perdas de energia mecânica e convertê-las em energia elétrica. A piezoeletricidade também não causa impacto na terra, como resultados de fontes de energia solar ou eólica, tornando esses pavimentos asfálticos inteligentes (Tang et. Al., 2014), que também permitem monitorar e reportar condições de tráfego, carga de veículos, velocidade de veículos, power street lights ou até armazenar a energia (Tang et al., 2014). Uma empresa israelense, a Innowattech,
 
IV Congresso de Ciência e Tecnologia da UTFPR-DV I Mostra Científica da Pós-Graduação da UTFPR-DV 07 e 08 de novembro de 2017, Dois Vizinhos-PR
 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Câmpus de Dois Vizinhos - Estrada para Boa Esperança - Km 04 - Comunidade São Cristóvão - CEP 85660-000 - Fone +55 (46) 3536-8900 Outros 524
anunciou o desenvolvimento de uma série de dispositivos de colheita de energia piezoeletricidade para estradas, mas não há nenhuma informação sobre os métodos (Innowattech, 2017). No entanto, a energia que pode ser colhida usando geradores elétricos piezoelétricos ainda é limitada na faixa de algumas dezenas de microwatts e alguns miliwatts por metro quadrado (Guyomar e Lallart, 2011). Este trabalho engajado em aumentar a potência de saída líquida através do acoplamento de um controlador ajusta o piezoelétrico em uma grande freqüência, para que esta tecnologia possa se tornar mais viável.
MODELO MATEMأپTICO O sistema de coleta de energia do piso de rolagem أ© projetado com painأ©is de piso de concreto duplo e uma inserأ§أ£o de filme PZT, conforme mostrado na Figura 1.
 
Figura 1 - Rascunho do sistema de coleta de energia do piso de rolagem
 
O modelo matemأ،tico do sistema projetado أ© dado na Equaأ§أ£o 1 (ROSHANI, et. Al., 2016), onde ً‌‘ٹ أ© a energia de saأda do sistema sob estresse, ً‌‘‘ أ© a constante de carga piezelأ©trica (Coulombs / N), ً‌‘” أ© a constante piezoelأ©trica do material (Volts / m / Pa), ً‌‘Œ أ© o mأ³dulo de Young e ً‌œ– أ© a deformaأ§أ£o normal na direأ§أ£o relacionada (neste caso, direأ§أ£o 33) e ً‌‘ژً‌‘ڈً‌‘گ أ© o volume do elemento finito a partir da energia sistema de colheita.
 
ً‌‘ٹ =
1 2
ً‌‘‘ً‌‘”ً‌‘Œ2ً‌‘ژً‌‘ڈً‌‘گ∫ً‌œ–2ً‌‘‘ً‌œ‰ (1)
 
Considerando uma excitaأ§أ£o harmأ´nica ً‌‘“ً‌‘گً‌‘œً‌‘ ً‌›؛ً‌‘،, o sistema de massa de mola acoplado a uma carga de saأda piezoelأ©trica pode ser descrito como: ً‌‘¥جˆ + 2ً‌œپً‌‘¥ج‡ + 1 2 ً‌‘¥ - ً‌œ’ً‌œˆ = ً‌‘“ً‌‘گً‌‘œً‌‘ ً‌›؛ً‌‘، (2) ً‌œˆج‡ + ً‌œ…ً‌‘¥ج‡ + ً‌›¬ً‌œˆ = 0 (3) Para simulaأ§أ£o, أ© necessأ،rio determinar o estado do espaأ§o para a equaأ§أ£o e nomear ً‌‘¥ = ً‌‘¦1, ً‌‘¥ج‡ = ً‌‘¦2 e ً‌œˆ = ً‌‘¦3, entأ£o o estado do espaأ§o para a equaأ§أ£o (2) e (3) أ© dado pelas equaأ§أµes (4), (5) e (6). ً‌‘¦1ج‡ = ً‌‘¦2 (4) ً‌‘¦2ج‡ = - 1 2 ً‌‘¦1 - ً‌œپ2ً‌‘¦2 + ً‌œ’ً‌‘¦3 + ً‌‘“ً‌‘گً‌‘œً‌‘ ً‌›؛ً‌‘، (5) ً‌‘¦3ج‡ = −ً‌œ…ً‌‘¦2 - ً‌›¬ً‌‘¦3 (6)
Massa rolante
Painأ©is de piso de concreto
Filme PZT
 
IV Congresso de Ciأھncia e Tecnologia da UTFPR-DV I Mostra Cientأfica da Pأ³s-Graduaأ§أ£o da UTFPR-DV 07 e 08 de novembro de 2017, Dois Vizinhos-PR
 
Universidade Tecnolأ³gica Federal do Paranأ، - Cأ¢mpus de Dois Vizinhos - Estrada para Boa Esperanأ§a - Km 04 - Comunidade Sأ£o Cristأ³vأ£o - CEP 85660-000 - Fone +55 (46) 3536-8900 Outros 525
 
CONCLUSÕES A coleta de energia apresentou todos os autovalores negativos, que determinam a estabilidade do sistema como estável. Em trabalhos futuros, a energia disponível será determinada para o panorama de fase e a faixa de tensão de saída. Agradecimentos: Os autores gostariam de agradecer à Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) e UNESP - Univ. Estadual Paulista pelo apoio. Para a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Processo FAPESP nº 2014 / 16807-3) e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (Processo CNPq nº 301769 / 2012-5) para financiamento. Para a Fundação Araucária e CAPES para bolsa e financiamento.
 
REFERÊNCIAS GUYOMAR, D .; LALLART, M. Recentes progressos na conversão piezelétrica e na captação de energia. Micromachines. Vol. 2, 274-294, 2011. HENDROWATI, W .; GUNTUR, H. L .; SUTANTRA, I. N. Projeto, modelagem e análise da implementação do mecanismo de coleta de energia de vibração piezoelétrica multicamada na suspensão do veículo. Engineering, 7287738, 2012. HONGDUO Z .; YUJIE, T .; YANLIANG, N; JIANMING L. Colheita de energia a partir de pavimento asfáltico por gerador piezelétrico. Jornal da Universidade de Tecnologia de Wuhan-Master, vol. 29 No5. 2014. DOI: 10.1007 / s11595-014-1023-3. IBRAHIM S .; ALI, W. G .; Melhoramento de energia para a colheita de energia piezoelétrica. Anais do Congresso Mundial de Engenharia, Vol 2, 2012. INNOWATTECH ENERGY HARVESTING SYSTEMS. Sistemas de colheita de energia asfáltica. Disponível em: <http: // www.innowattech.coil>. Acessado em: 14 de outubro de 2017. PHILLIPS, M .; MIGHALL, T. Sociedade e exploração através da natureza. Routledge, 2014. ROSHANI, H .; DESSOUKY, S .; MONTOYA, A .; PAPAGIANNAKIS, A. T. Colheita de energia a partir de tensões induzidas por veículos em estradas de pavimentação de asfalto: Um estudo de viabilidade. Applied Energy 182, 210–218, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.08.116. TANG N .; WU, S; PANG, L; ZHOU, J; TU, L. Preparaçãoe propriedades elétricas da mistura de asfalto piezoelétrico incorporado. Jornal de Testes e Avaliação. Vol. 42, 2014. DOI: 10.1520 / JTE20130240.
Link do local baixado : http://revistas.utfpr.edu.br/dv/index.php/CCT_DV/article/view/1973
Link de outro artigo utilizado para falar das empresas que trabalham com piezoeletricidade:
https://estudogeral.sib.uc.pt/bitstream/10316/38672/1/Geracao%20de%20energia%20nos%20pavimentos%20rodoviarios.pdf