Análise da colheita de energia em geradores piezoelétricos não lineares

Abstract

Este projeto trata da análise da presença de não linearidades em geradores piezelétricos e busca estabelecer condições em que a energia elétrica gerada é aumentada em relação ao sistema linear equivalente. Tais geradores têm sido estudados como alternativas eficientes, de baixa potência e de baixo custo para a geração de energia. Inicialmente, a sua utilização foi realizada principalmente em sistemas sujeitos a excitação harmônica. Neste caso, o melhor desempenho é obtido quando o sistema é excitado em uma de suas frequências de ressonância. No entanto, se a frequência de excitação variar sutilmente, a potência gerada reduz drasticamente. Diversas pesquisas foram dedicadas a superar essa limitação através da obtenção de geradores com uma maior banda de operação. Neste contexto, alguns trabalhos mostram que ao explorar a presença de não linearidades, sobretudo em sistemas biestáveis, a energia gerada em estruturas piezelétricas pode ser aumentada, tanto com uma fonte de excitação harmônica quanto com uma fonte de excitação aleatória. O objetivo principal do trabalho é de investigar o comportamento não linear de um sistema biestável composto por um dispositivo piezomagnetoelástico sujeito a fontes de excitação harmônico e aleatória. O gerador apresenta um aumento da geração de energia piezelétrica quando em uma configuração biestável, portanto, simulações numéricas apresentam o desempenho desse sistema na configuração biestável sob diferentes condições iniciais. ______________________________________________________________________ ABSTRACT

This work addresses the influence of nonlinearities in piezoelectric converter aiming to investigate conditions that the electric power generated is enhanced when compared to an equivalent linear system. Generators have been studied as an efficient and inexpensive alternative to low power energy production. Initially, its use was conducted mainly in systems subjected to harmonic excitation. In this case, the best performance is obtained when the system is excited at one of its resonant frequencies. If the excitation frequency varies subtly, however, the power generated is dramatically reduced. Thus, several studies have been devoted to overcome this limitation by obtaining generators with a larger band operation. In this context, some studies show that exploiting the presence of nonlinearities, especially in bistable systems, the energy generated in piezoelectric structures can be increased when compared to linear systems both considering a harmonic excitation as a random excitation. The main goal of this study is to investigate the nonlinear behavior from a piezomagnetoelastic structure subjected to harmonic and random vibrations. The generator exhibits an enhancement of piezoelectric power generation in a bistable configuration and a numerical analysis presents the performance of this system under different initial conditions.