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CONEM 2022
XI Congresso Nacional de Engenharia Mecânica - CONEM 2022
DINÂMICA NÃO-LINEAR DE DISPOSITIVOS PIEZOELÉTRICOS DE VIBRO-IMPACTO PARA COLHEITA DE ENERGIA
Submission Author:
Ligia Pereira Silva de Oliveira , RJ
Co-Authors:
Ligia Pereira Silva de Oliveira, Virgilio Junior Caetano, Pedro Savi, Marcelo Savi
Presenter: Pedro Savi
doi://10.26678/ABCM.CONEM2022.CON22-0371
Abstract
Sistemas piezoelétricos de coleta de energia baseados em vibração tem se mostrado promissores como fontes alternativas de energia para alimentar sensores e dispositivos eletrônicos de baixa potência, especialmente para atender regiões de difícil acesso onde a troca constante de baterias seria inconveniente e custosa. Dispositivos lineares de colheita de energia convencionais são projetados para atuar sob condições de ressonância, apresentando como principal desvantagem a produção de potência elétrica de forma eficiente somente quando a frequência de excitação ambiente é próxima à frequência natural do sistema, perdendo desempenho ao se afastar desta condição. Baseado nesse cenário, o objetivo deste trabalho é explorar a introdução de não-linearidades não-suaves em dispositivos de viga convencionais por meio de impactos com batentes que definem duas condições de vibro-impacto: contato unilateral e bilateral. Essa estratégia melhora o desempenho do sistema em uma maior faixa de frequências de operação. As vibrações ambientes são consideradas harmônicas. O sistema é modelado como osciladores mecânicos não-suaves acoplados a um circuito elétrico por meio de elementos piezoelétricos. O método de Runge-Kutta de quarta ordem é empregado na solução das equações diferenciais de movimento. Uma análise paramétrica é realizada visando estabelecer as melhores condições de desempenho do sistema. Os resultados mostram que o mecanismo com impacto pode proporcionar ganhos de largura de banda e eficiência do dispositivo, especialemente em condição de impacto bilateral. Desta forma, dispositivos não-lineares de vibro-impacto se mostraram interessantes para geração de energia de excitações com amplo espectro de frequência.
Keywords
Colheita de energia, Vibro impacto, Piezoeletricidade, Dinâmica Não Linear
