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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/60895| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Captação e geração de energia no pavimento rodoviário com a aplicação de células piezoelétricas |
| Autor(es): | Mota, Bruno Cavalcante |
| Orientador: | Barroso, Suelly Helena de Araújo |
| Palavras-chave: | Piezoeletricidade;Análises multifísicas;Módulo dinâmico;Tráfego de veículos;Potência elétrica |
| Data do documento: | 2021 |
| Citação: | MOTA, Bruno Cavalcante. Captação e geração de energia no pavimento rodoviário com a aplicação de células piezoelétricas. 2021. 131 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Transportes) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós- Graduação em Engenharia de Transportes, Fortaleza, 2021. |
| Resumo: | Emerge na sociedade atual um aumento da demanda por energia elétrica. Frente à diminuição do volume de chuvas nas áreas das hidrelétricas e a extensão continental do Brasil, há a necessidade de novas alternativas de captação e geração de energia limpas e sustentáveis. A piezoeletricidade surge como uma alternativa de micro geração de energia, permitindo a captação das vibrações e deformações ocasionadas no pavimento. Em razão de o pavimento ser submetido ao tráfego de milhões de veículos, ele se torna um ambiente propício para a aplicação de elementos piezoelétricos, transformando as deformações e vibrações exercidas em suas camadas em energia elétrica. Dessa forma, o objetivo geral deste trabalho é investigar o uso da piezoeletricidade como fonte de energia renovável aplicada no pavimento rodoviário. Para isso, foram realizadas três etapas metodológicas para verificar a quantidade de potência e energia elétrica capaz de ser gerada por meio de células piezoelétricas: (i) simulação em software de análises multifísicas; (ii) ensaio laboratorial com os elementos piezoelétricos e (iii) estimativa de produção de energia a partir da simulação em ambiente real. Os resultados indicam que a resistência causa sensibilidade nos dados de potência elétrica. Outros fatores como frequência, carga, quantidade de células e espaçamento influenciam a quantidade obtida de potência. Com relação aos valores de potência para a etapa de simulação, o maior valor obtido foi de 648,8 mW, considerando carregamento de 10,2 kN, frequência de 20 Hz e um maior espaçamento entre 4 células. Para os ensaios laboratoriais a melhor resposta elétrica foi observada com a utilização de 8 células, retornando uma potência de 226,9 mW para 10,2 kN e 20 Hz. A análise dos resultados aponta que há correlação entre os ensaios laboratoriais e as simulações computacionais, podendo ser obtido até 76,56 MWh de energia por mês para a aplicação do protótipo em condições ideais na BR-222, no estado do Ceará. Logo, demonstrou-se a piezoeletricidade como uma alternativa promissora para complementar a matriz elétrica brasileira e reduzir impactos ambientais no sistema natural. |
| Abstract: | An increase in the demand for electric energy is emerging in today's society. Faced with the decrease in rainfall in the hydroelectric plant areas and the continental extension of Brazil, there is a need for new alternatives for capturing and generating clean and sustainable energy. Piezoelectricity emerges as an alternative of micro power generation, allowing capturing the vibrations and deformations within pavements. Because the pavement is subjected to traffic of millions of vehicles, it becomes environment suitable for the application of piezoelectric elements, transforming the deformations and vibrations in its layers into electrical energy. Thus, the overall objective of this research is to investigate the use of piezoelectricity as a source of renewable energy applied to pavement. To this end, three methodological steps were performed to verify the amount of power and electrical energy capable of being generated by means of piezoelectric cells: (i) simulation in multiphysics analysis software; (ii) laboratory test with the piezoelectric elements and (iii) estimation of energy production from the simulation in real environment. The results indicate that resistance causes sensitivity in the electric power data. Other factors such as frequency, load, number of cells and spacing affect the amount of power obtained. Regarding the power values for the simulation step, the highest value obtained was 648.8 mW considering load of 10.2 kN, frequency of 20 Hz, and a larger spacing between 4 cells. For the laboratory tests the best electrical response was observed with the use of 8 cells, returning a power of 226.9 mW for 10.2 kN and 20 Hz. The analysis of the results indicated that there is a correlation between the laboratory tests and the computer simulations, and it is possible to obtain up to 76.56 MWh of energy per month for the application of the prototype in ideal conditions on BR-222, in the state of Ceará. Thus, the piezoelectricity was demonstrated as a promising alternative to complement the Brazilian electric matrix and reduce environmental impacts on the natural system. |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60895 |
| Aparece nas coleções: | DET - Dissertações defendidas na UFC |
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