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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Análise e experimentação de circuitos transistorizados para colheita de energia de vibrações
Título(s) alternativo(s): Analysis and experimentation of transistorized circuits for vibration energy harvesting
Autor(es): Costa, João Eduardo Marques
Primeiro Orientador: Vicente, Bruno Gabriel Gustavo Leonardo Zambolini
metadata.dc.contributor.referee1: Vicente, Bruno Gabriel Gustavo Leonardo Zambolini
metadata.dc.contributor.referee2: Santos Jr, Josemar Alves dos
metadata.dc.contributor.referee3: Prado, Wellington do
Resumo: Atualmente a crescente demanda de aplicações de Internet das Coisas (IoT) no ambiente industrial, incrementa os esforços para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos autônomos, a fim de mitigar o uso de baterias e outras instalações para fornecimento de energia. Além disso, considerando-se o contexto da colheita de energia e a relevância do aproveitamento da energia ambiente desperdiçada, de forma limpa e sustentável, torna-se interessante constatar mini circuitos geradores como o uma destas alternativas. Neste contexto, esse trabalho apresenta uma análise e experimentação computacional de um circuito para a colheita de energia de vibrações composto por um transdutor piezelétrico PZT (titanato zirconato de chumbo), um indutor sintético e uma carga. Através deste, objetivou-se investigar o potencial de aproveitamento da energia proveniente de vibrações mecânicas a partir de um circuito parametrizado a sintonias de baixa frequência. Para isso, desenvolveu-se um modelo computacional para o circuito de colheita de energia baseado na máxima transferência de potência, equacionou-se o circuito do indutor sintético transistorizado, adquiriu-se experimentalmente os dados reais equivalentes ao impacto mecânico em uma bancada experimental e simulou-se computacionalmente o circuito desenvolvido a baixas frequências comumente associadas a máquinas elétricas e a ambientes industriais. As simulações mostram que o circuito pode obter potência máxima, média e acumular energia de forma satisfatória para aplicação em ambientes ricos em vibrações, atendendo à faixa de potência demandada por alguns sensores de ambientes industriais, tais como: elementos sensores de temperatura, umidade, pH entre outros. Além disso, a energia acumulada pode ser aproveitada em sistemas intermitentes como as LPWAN que consomem na faixa de mJ em sua operação, o que pode ser vantajoso para sistemas de monitoramento remoto.
Abstract: Currently, the growing demand for Internet of Things (IoT) applications in the industrial environment is driving efforts to develop autonomous electronic devices to mitigate the use of batteries and other energy supply facilities. Furthermore, considering the context of energy harvesting and the importance of utilizing wasted environmental energy in a clean and sustainable manner, mini generator circuits emerge as interesting alternatives. In this context, this work presents an analysis and computational experimentation of a circuit for harvesting energy from vibrations, composed of a piezoelectric transducer PZT (lead zirconate titanate), a synthetic inductor, and a load. The objective was to investigate the potential for harnessing energy from mechanical vibrations using a parameterized circuit with low-frequency tuning. For this purpose, a computational model was developed for the energy harvesting circuit based on maximum power transfer, the circuit of the transistorized synthetic inductor was equated, and real data equivalent to the mechanical impact was acquired experimentally on a test bench. The developed circuit was then simulated computationally at low frequencies commonly associated with electrical machines and industrial environments. The simulations demonstrate that the circuit can achieve maximum and average power and store energy satisfactorily for application in environments rich in vibrations, meeting the power range demanded by some sensors in industrial environments, such as temperature, humidity, pH sensors, among others. In addition, the accumulated energy can be utilized in intermittent systems such as LPWAN, which consume energy in the mJ range during their operation, which can be advantageous for remote monitoring systems.
Palavras-chave: Colheita de energia.
Energy harvesting.
Indutores sintéticos transistorizados.
Transistorized synthetic inductors.
Materiais piezelétricos.
Piezoelectric materials.
Transistores.
Transistors.
Vibrações mecânicas.
Mechanical vibrations.
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MATERIAIS ELETRICOS::MATERIAIS DIELETRICOS, PIESOELETRICOS E FERROELETRICOS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Insitituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás
Sigla da Instituição: IFG
metadata.dc.publisher.department: Câmpus Itumbiara
Citação: COSTA, João Eduardo Marques. Análise e experimentação de circuitos transistorizados para colheita de energia de vibrações. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Bacharelado em Engenharia de Controle e Automação) – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás - IFG, Itumbiara, 90 p. 2023.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://repositorio.ifg.edu.br:8080/handle/prefix/1620
Data do documento: 30-Jun-2023
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