Piezoeletricidade

TRABALHO INTERDICIPLINAR DIRIGIDO II

INSTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA

EFEITO PIEZOELETRICO

CURSO: Engenharia Civil

Carla Resende, Edilson Pereira, Fernanda Souza, Gustavo Silva, Márcia Gouveia, Matheus Gonçalves, Samir Colares e Vinícius Gomes

Professor TIDIR Orientador: Alysson Ribeiro das Neves

Professores Co-orientadores: Leopoldo Grajeda, Marcelo Chaves e Marcelo Oliveira

1. TEMA: INTRODUÇÃO A CIÊNCIA

2. SUBTEMA: ENERGIA RENOVÁVEL

3. IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA / DESAFIO TÉCNICO

        Mediante ao crescente uso de energia elétrica e o esgotamento das suas principais fontes, o mundo busca alternativas que consigam sanar a falta destas e até mesmo substitui-las no futuro. Outro motivo que alavanca a busca por novas possibilidades de gerar energia elétrica é a preocupação com a degradação do meio ambiente, visto que a matriz energética mundial é composta por fontes extremamente poluidoras.                                                                                                 Entre tantas tecnologias novas que surgem para a geração de eletricidade, o efeito piezoelétrico se destaca como uma forma promissora e sustentável para esse objetivo. Esse efeito, segundo Andreza (2013) foi descoberto em 1880 pelos irmãos Curie. Eles demonstraram que era possível haver uma geração de energia elétrica quando tipos de materiais, como o quartzo, sofriam uma tensão mecânica, denominado efeito piezoelétrico direto. Posteriormente foi descoberto o efeito inverso, que consiste na deformação mecânica de um cristal quando é aplicado um campo elétrico sobre ele.                                                                                                                       Os materiais piezoelétricos vem sendo amplamente estudados e utilizados segundo Rafael (2010), como elementos sensores e atuadores em aplicações tecnológicas. Além de serem empregados para a obtenção de energia, podem ser usados na geração de ultrassom e em sistemas transdutores eletromecânicos.            Como exemplo de utilização dessa tecnologia para gerar eletricidade, as placas piezoelétricas podem ser implantadas na construção de vias públicas, como ruas e também em calçadas das mesmas, onde há um fluxo maior de meios de transporte e pessoas. Assim aproveita-se a energia mecânica gerada através da circulação de veículos e pedestres para gerar energia que poderá ser empregada para abastecer a própria via, em postes e semáforos ou ser destinada para rede caso aja interesse de vender para a concessionária de energia. Assim estudos são empregados com o propósito de procurar os materiais mais resistentes e com o menor custo para tornar a construção de locais desse tipo viável economicamente e estruturalmente.                                                                                      Existem várias vantagens que estimulam a implantação de placas piezoelétricas com o fim de gerar eletricidade. Segundo a Innowattech (2011) a instalação das mesmas pode ser feita em qualquer local onde aja um fluxo intenso de pessoas e veículos e não se limita ao clima ou a áreas geográficas especificas como a energia solar ou eólica. Além disso é uma fonte limpa e os equipamentos que a gera dispensa qualquer tipo de manutenção adicional após sua instalação. Apesar de todas essas vantagens também existem pontos contras e um dos principais é a dificuldade de armazenamento, pois não existem baterias que consigam armazenar uma quantidade tão grande de energia, sendo necessário seu consumo imediato.

4. OBJETIVOS

Estudar a energia provinda do efeito piezoelétrico como uma alternativa viável para geração de eletricidade em vias públicas, como ruas e suas calçadas.

• Explicar o efeito piezoelétrico e como ocorre o processo físico da conversão de energia mecânica em energia elétrica através desse efeito;
•  Apresentar a equação da deformação sobre a tensão na placa piezoelétrica.
• Representar vetorialmente o processo de polarização da placa no momento da conversão de energia.

5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

        Segundo o Balanço Energético Nacional (EPE, 2013), aproximadamente 80% da energia produzida no mundo é proveniente de fontes não renováveis, como carvão mineral, petróleo, gás natural e materiais radioativos. Essas fontes são esgotáveis por terem uma utilização em velocidade maior que o tempo necessário para a sua formação. Além disso são extremamente poluidoras.  

        Para sanar ou pelo menos minimizar a poluição que é produzida por essas fontes e ser uma opção a ser empregada caso aja a falta de um desses recursos que são altamente utilizados atualmente, muitos países empregam em suas matrizes energéticas a utilização de meios renováveis. E uma das opções que vem ganhando destaque é a pizoeletricidade.

        A pizoeletricidade segundo Callister (2006), é uma propriedade usual de poucos materiais cerâmicos que apresentam o poder de gerar eletricidade ao serem pressionados. Quando sofrem essa pressão eles estão recebendo energia mecânica e convertem a mesma em energia elétrica.

        Para utilizar essa forma de obtenção de energia é preciso empregar placas piezoelétricas  que são definidas como “corpos maciços semelhantes às utilizadas em isoladores elétricos, são constituídas de inúmeros cristais ferroelétricos microscópicos” (PEREIRA, 2010). Elas receberão a energia mecânica aplicada e farão a conversão da mesma em eletricidade

        As placas precisam sofrer uma tensão, ou seja, uma pressão vertical. Essa pressão pode ser proveniente do movimento das pessoas e de meios de transportes. No momento em que as elas recebem essa aplicação de força ocorre uma deformação estrutural ocasionando a separação de cargas positivas e negativas criando dipolos. Assim ocorre uma mudança de polarização de cargas na placa. Com isso é gerado um campo elétrico que pode ser usado para fazer a transformação da energia mecânica que o material recebe em energia elétrica que será consumida pelo local onde será aplicado as placas ou direcionada para a rede elétrica.