Pezoeletricidade

TRABALHO INTERDISCILINAR DIRIGIDO III
INSTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA

PLACAS PIEZOELÉTRICAS PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELETRICA EM ESCOLA PUBLICA

CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA

Professor TIDIR Orientador: Sandro Magalhães Malta.

Bruno Silva, Barbara, Everton, Icaro, Jonas, Landerson, Vinicio
Professores Co-orientadores: Camila De Souza Marques, Eduardo Nery Duarte De Araújo, Lucineia Do Amaral, Patrícia Rodrigues Balbio De Lima. 

                                                                                                                                                                                                           j

1. Introdução

Mediante as variadas possibilidades energéticas, o uso de tecnologias alternativas ganha força devido à necessidade de se estabelecer novos projetos sustentáveis capazes de realizar uma diminuição dos impactos gerados pela escassez de recursos hídricos utilizados na produção de energia elétrica. Dessa forma, com todo um contexto socioambiental presente, pesquisas nessa área se tornaram essenciais e materiais com essas características vêm sendo desenvolvidos e aplicados.  Entre a diversidade de opções, os cristais piezoelétricos chamam a atenção por serem materiais que sobre aplicação de determinadas pressões, geram um diferencial elétrico, ou seja, através da vibração ou pressão mecânica e possível a obtenção de energia elétrica que pode ser captada para diversos fins auxiliando na redução de consumo, além do aspecto social gerado pelas informações que podem auxiliar na conscientização da população.

O objetivo é demonstrar a utilização de geradores piezoelétricos como uma alternativa enérgica sustentável, tendo como ideia a aplicação de placas piezelétricas em uma escola pública.

 

1. Referencial Teórico

Os materiais inteligentes são assim chamados, devido a sua capacidade de responderem ao meio ambiente de maneira apropriada. São materiais que respondem a algum tipo de alteração.

Segundo Harvey, a deformação, tensão, temperatura, pressão hidrostática, umidade, elétricos, magnéticos. Em geral essas respostas são variáveis dos materiais, normalmente propriedades mecânicas, elétricas, estrutura ou composição (HARVEY,2002). Os materiais inteligentes são aqueles que transmitem, processam ou recebem algum estímulo. Abaixo alguns materiais inteligentes serão citados:

• Materiais piezoelétricos;
• Materiais magnetostríctivos;
• Materiais sensíveis à luz;
• Polímeros Inteligentes;
• Hidrogéis;
• Catalizadores inteligentes
• Ligas de efeito memória

Conforme Callister, a piezoeletricidade é uma propriedade existente em alguns materiais chamados materiais inteligentes, pela qual a polarização é induzida em um campo elétrico através de uma espécie de resposta a aplicação de força externa. O efeito contrário também acontece, quando há uma deformação mecânica no material (CALLISTER, 2000). Esses dois tipos são chamados respectivamente de efeito piezoelétrico indireto e efeito piezoelétrico direto, conforme ilustrado na figura abaixo.

[pic 1]

Figura 1: Efeitos piezoelétricos: (http://circuitosnapratica.blogspot.com.br/2012_09_07_archive.html)

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 em cristais de cana de açúcar, nomearam este fenômeno de efeito piezoelétrico.  

Segundo Vives, a palavra piezoeletricidade vem do grego e significa “Eletricidade por pressão” (Piezo significa pressão). Este nome foi proposto por Hankel em 1881 um ano após sua descoberta”. Piezoeletricidade é uma combinação de efeitos do comportamento elétrico do material, onde, D é a densidade de deslocamento de carga elétrica, ε é a permissividade elétrica, E representa o campo elétrico, 'e' representa a constante de stress e S é a tensão longitudinal aplicada demonstrada na função abaixo (VIVES, 2004).

D = €E+eS

Os irmãos Curries não imaginavam que o contrário também pudesse ocorrer, ou seja a aplicação de uma corrente elétrica resultaria numa deformação mecânica do material que foram descobertos a partir de fundamentos de termodinâmica por Lippman em 1881. Materiais como titânio de bário, quartzo e sal de Rochelle são materiais que apresentam características piezoeléctricas.

Na década de 50 surgiram os materiais cerâmicos, outros materiais que possuem essas características derivado de zirconato de chumbo e titanato de chumbo conhecidos, os mais utilizados na engenharia, onde com essa descoberta favoreceram uma grande gama de aplicações utilizando a Piezoeletricidade.  Tal fato se deve a suas propriedades de dureza e densidade favorecendo a sua fabricação sobre qualquer dimensão e formato. São inertes, imunes a umidade e outas condições atmosféricas.

A principal vantagem do material é que quanto uma vibração é aplicada no mesmo uma tensão de saída é gerada. Segundo Erturck, a amplitude de saída será máxima quando ele for excitado em sua frequência de natural assim, o maior desafio é ampliar a faixa de frequência para diversas fontes de excitações (ERTUCK; INNAM 2009).

[pic 2]

Verifica-se vasta  para os sensores piezoelétricos como:

• Medições de aceleração e monitoramento de vibração;
• Medições por ultrassom;
• Captadores de sons;
• Monitoramento humano;
• Aplicações automobilísticas;
• Eletroeletrônicos;

Quando é aplicado uma corrente elétrica no material piezoelétrico, o mesmo se expande ou se retrai criando um sinal de onda mecânica e quando essa onda ultrapassa a frequência de 20KHz, ocorre um efeito ultrassônico, utilizada tanto na indústria quanto na medicina.