Geração de Eletricidade Através de Piezoelétricos

Geração de Eletricidade Através de Piezoelétricos

Resumo:Este artigo trata do estudo e implementação de uma plataforma utilizando pastilhas piezoelétricas para geração de eletricidade. O fundamento da piezoeletricidade visa a geração de energia por meio da deformação do cristal, baseado em conceitos da molécula BaTiO_3 que constitui o material Titanato de Bário e PZT. O artigo tem por finalidade explicar e apresentar o funcionamento do efeito dos piezelétricos baseado nos dois protótipos, uma usando um motor de 0.5 CV, e a outra usando o contato físico das pessoas. Dessa forma, pode-se dizer que as propriedades desses materiais podem ser utilizadas nas mais variadas aplicações.

Palavras Chave: Piezoeletricidade, energia, cristal, efeito, funcionamento

Abstract: This article deals with the study and implementation of a platform using piezoelectric pads for electricity generation. The fundament of piezoelectricity aims to generate energy by crystal deformation, grounded on concepts of the molecule BaTi that makes the Barium Titanate and PZT. The article have the finality explain and presents the function of the piezoelectricit effect based on the two prototypes, one using a half CV engine and the other using human physic contact. In this way, can it say the proprieties of these materials can be used on the most applications.[pic 1]

Keywords:piezoelectricity, Energy, crystal, effect, operation

1 Introdução

Com a interessante descoberta do efeito da piezoeletricidade, no ano de 1880 pelos irmãos Curie, novas tecnologias ou inovações foram surgindo com progresso em várias áreas. Dessa forma, o funcionamento de diversos dispositivos e transdutores são representados pelo efeito da piezoeletricidade, ou seja, o material piezoeléctrico evoluiu ao longo do tempo para atender as diferentes aplicações.

Como consequência desse avanço tecnológico, surgiram os transdutores ultrassônicos, que por sua vez, representa a propagação de ondas de alta frequência e são aplicados na produção de imagens (medicina, testes industriais não destrutivos) de alta qualidade. Para usar o cristal como transdutor, o mesmo deve ser dividido de maneira que a tensão, quando nele aplicado, gere vibrações em sua espessura, isto resultará em movimentos nas faces dos cristais, estabelecendo ondas sonoras.

Descreve-se as características desses cristais, a partir de sua deformação ou de uma força externa aplicada a mesma, sendo assim, um sinal elétrico é estabelecido após essa força. O processo é reversível, ou seja, o material pode começar a sofrer deformações ou vibrações com a tensão aplicada nos seus terminais. Os materiais responsáveis pelo fenômeno da piezoeletricidade são as cerâmicas ferroelétricas PZT ( Zirconato Titanato de Chumbo) que são utilizados como transdutores de ultra-som.

O efeito piezoelétrico é entendido como a interação eletromecânica linear entre a força mecânica e o estado elétrico (forças de Coulomb) em materiais cristalinos (cerâmicos, polímeros).

O efeito piezoelétrico é um processo reversível em que os materiais exibem o efeito piezoelétrico direto (a geração interna de carga elétrica resultante de uma força mecânica aplicada) também exibem o efeito piezoelétrico reverso (a geração interna de uma tensão mecânica, resultante de um campo elétrico aplicado). Por exemplo, os cristais de titanato zirconato de chumbo irão gerar piezoeletricidade mensurável quando a sua estrutura estática é deformada por cerca de 0,1% da dimensão inicial. Por outro lado, esses mesmos cristais mudam cerca de 0,1% da sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado ao material. Como exemplo, o efeito piezoelétrico inverso é usado na produção de ondas de ultra-som.

        Fica claro que, a importância dos materiais piezoeléctricos está contida no nosso dia a dia, por isso, o atrativo por esses cristais aumentaram, resultando em várias pesquisas e inovações tecnológicas. Portanto, este trabalho visa abordar tanta a parte teórica para sua utilidade, como na prática através de um protótipo (piso de geração de energia), para fins de gerar energia e acender dispositivos de luz (LED).

2 Aprendizagem Baseada em Projetos

A aprendizagem baseada em projetos (ABP) é um método de aprendizado centrado no aluno, tem o problema como elemento motivador do estudo e integrador do conhecimento. Os estudantes trabalham com questões e problemas reais, colaboram na criação de soluções e apresentam os resultados.

Os professores passam agora a serem vistos como gestores de projetos Assim, tornam-se mais interessados no conteúdo de cada disciplina, aumentando seu entusiasmo pelo aprendizado e melhorando seu desempenho. Tornando assim o aluno como sendo o principal responsável pelo seu aprendizado, tendo que buscar fontes de conhecimento a fim de ter sucesso em seu projeto.

Para isso, terão que assumir riscos e desenvolver o pensamento crítico, a disciplina e a capacidade de organização e planejamento e principalmente terem o interesse de investigar. Assim como alguns passos:

• Contextualização do problema
• Verificação do problema
• Construção da possível solução
• Diferenciação das possíveis causas e soluções         
• Desenvolvimento do problema com as investigações feitas
• Validação e solução do problema encontrado

 Na disciplina de Instrumentação Eletrônica, oferecida aos alunos do curso de Engenharia Elétrica no IFPB, foram propostos alguns projetos como forma de estudo aplicando essa metodologia. Aos alunos, cabem pesquisar sobre o tema e fazer uma implementação do referido projeto. Dessa forma, o conhecimento que será adquirido ao término, ficará como aprendizado prático e não apenas teórico, visto como contribuição prática à formação acadêmica e profissional do aluno.

3 Origem e Conceito de Piezoeletricidade

Em 1880, Jacques e Pierre Curie descobriram que um potencial elétrico poderia ser gerado aplicando-se pressão a cristais de quartzo, a sais de Rochelle, e até a cristais de cana de açúcar. Nomearam este fenômeno de “o efeito piezo" (Katzir 2003).

Segundo Callister (2008), em um material piezoelétrico, a polarização é induzida e um campo elétrico é estabelecido através de uma amostra pela aplicação de forças externas.

A piezoeletricidade inversa foi deduzida matematicamente dos princípios fundamentais da termodinâmica por Lippmann em 1881. Os Curies confirmaram imediatamente a existência do “efeito piezo inverso" (quando expostos a determinados potenciais elétricos, tais materiais mudavam sua forma, se expandindo ou se contraindo), e continuaram os estudos para obter a prova quantitativa da reversibilidade completadas deformações eletro-elasto-mecânicas em cristais piezoelétricos.