Utilização de Cerâmicas Piezoelétricas na Iluminação do IFCE - Daniel de Alencar

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Geração alternativa de energia para iluminação no RU do IFCE
Daniel de Alencar Lima
Maracanaú, 2014
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIENCIA E TECNOLOGIA DO CEARÁ – CAMPUS MARACANAÚ
Engenharia Mecânica
Introdução à Engenharia
 
“Cerâmicas Piezoelétricas”
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Sumário
 Definição do Problema / Justificativa
 Piezoeletricidade
 História
 Definições
 Cerâmicas Piezoelétricas
 Histórico de Uso
 Dados obtidos em utilizações anteriores
 Aplicação na iluminação no RU do IFCE Maracanaú
 Custos / Tempo de Retorno Financeiro
 Benefícios
Conclusões
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Definição do Problema
“A energia está na base da civilização”
 Crise Energética
 Impactos Ambientais
 Sustentalismo Energético
 
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 História
 Descoberto em 1880 na França
 Efeito Inverso – Gabriel Lippmann
 Lehrbuch der Kristallphysik – 1910
 Utilizado na prática somente na 1ª Guerra Mundial
 Definição
 Efeito Piezoelétrico Direto
 Efeito Piezoelétrico Inverso
 Descrição Matemática
Onde: D = Dens. de deslocamento de carga eletrica; ε = Permissividade elétrica; E = Campo elétrico; e = constante de stress; S = tensão longitudinal aplicada
Efeito Piezoelétrico
D = ε * E + e * S
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 Coeficientes Importantes
 Coeficiente de acoplamento eletro-mecânico (K²)
 Coeficiente Dielétrica
 Cristal Livre
Cristal Bloqueado
 Aplicações
 Medidor de Pressão
 Agulha do Toca-Discos
 Aparelhos elétricos contra mosquitos
Efeito Piezoelétrico
εl * (1 – K²) = εb
K² = (Em Convertida para Ee) / (Em Total)
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Histórico de Uso
Empresa Israelense Innowattech
 Metrô 
 Rodoviária
Dados Obtidos
 R$ 650.000 / Km de Pista (8 m de Largura)
 R$ 81 / m² de Cerâmica
 0,5 MW / h gerado
Danceteria Britânica (SoundPower)
 0,1 W gerado por passo de um adulto de 60 Kg
 R$ 50 / m² (Tecnologia Japonesa)
Cerâmicas Piezoelétricas
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Cerâmicas Piezoelétricas
Fonte: http://www.integrityresearchinstitute.org/FutureEnergy.html
Projeto pioneiro de Cerâmicas Piezoelétricas da Empresa Innowattech
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Material utilizado
 Titanato Zirconato de Chumbo
 Material Ferroelétrico
 Estrutura Perovskite (AmBnXp)
 A: Pb2+ ; B: Ti4+ ; x: Zr2-
Cerâmicas Piezoelétricas
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Estrutura Perovskite
Cerâmicas Piezoelétricas
“A maioria das estruturas cerâmicas pode ser pensada como sendo composta de íons eletricamente carregados – cátions e ânions – em vez de átomos.” (Callister)
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 Objetivos
Implantar com base nas tecnologias já existentes Cerâmicas com caráter piezoelétrico nas dependências do RU.
Substituir as Lâmpadas atuais (Fluorescentes) por lâmpadas LED. (Sub-projeto).
Toda energia elétrica necessária para abastecer as lâmpadas do Ru e adjacências serem geradas pelas cerâmicas piezoelétricas.
Depois de um período de testes tal energia ser utlizada também para outros setores.
Retornar financeiramente todo o custo de instalação.
Cerâmicas Piezoelétricas no RU do IFCE
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 Para o Cálculo da Energia elétrica gerada pelo sistema (Eg) iremos considerar:
 Com isto, temos que:
	Eg = (0,0001 * 150 * 800 * 200 * 10)
Eg = 26400 KW
Massamédia dos alunos
60Kg
Potência gerada por um passo
0,0001KW
Nº de passosindividuais
150
Nº de Alunos que frequentam o RU
800
Quantidade de dias Letivos anuais
200
Períodode avaliação do Projeto
10 anos
Energia Gerada pelo Sistema
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 Para o Cálculo do custo de instalação iremos considerar:
Custo de Instalação
Preçodo m² deCerâmica
R$ 50
m² deCerâmicautilizados
200 m²
PreçodeumaLâmpadaLed 8 W
R$ 60
Nº deLâmpadasutilizadas
60
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 Cerâmicas Piezoelétricas 
 Lâmpadas LED
 Custo Total
Custo de Instalação
Custo (R$) = 50 * 200 = 10000 Reais
Custo (R$) = 60 * 60 = 3600 Reais
Custo (R$) = 10000 + 3600 = 13600 Reais
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Comparação: Fluorescente vs LED – 10 anos
Fluorescente
LED
Investimento Inicial
0
3600 Reais
Potência Média
18 W
8 W
Consumo de Energia
15768 KW
7008KW
Energia elétrica restante para outras aplicações
10632 KW
19392 KW
Lâmpadas Substituídas
240
60
Gastos com Lâmpadas
6000 Reais
3600 Reais
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Custo: 10 anos- Sistema Atual VS Projeto (Tempo de Retorno Financeiro)
Atual
Projeto
Investimento Inicial
0
13600 Reais
Potência Média
18 W
8 W
Consumo de Energia
15768 KW
7008KW
Lâmpadas Substituídas
240
60
Gastoscom Energia
11826Reais
0
Gastos com Lâmpadas
6000 Reais
3600 Reais
Custo Total
17826 Reais
17200 Reais
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Em 10 anos 15768 KW de Energia serão economizados pelo IFCE
Os números poderão ser bem mais expressivos (26400 KW) caso a energia seja distribuida para outros locais, como a quadra poliesportiva e acadêmia.
Pelo projeto atual em 10 anos haverá o retorno financeio de todos os gastos com a implantação e manutenção do projeto. 
Conclusões
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