Aproveitamento da energiua pluvial atraves de ceramicas piezoelétricas

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INSTITUTO FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA









MARCEL FURLANETTO DEMARCO
MARCO AURÉLIO ZULIAN
HECTOR BALKE NODARI
HENRIQUE PERINAZZO







CONVERSÃO DA ENERGIA PLUVIAL EM ENERGIA ELÉTRICA









ERECHIM
2013

Sumário

REFERENCIAL TEÓRICO 3
MATERIAIS PIEZOELÉTRICOS 3
PIEZOELETRICIDADE 3
TITANATO DE BÁRIO 3
CLASSIFICAÇÃO 4ENVELHECIMENTO 5
PRECIPITAÇÃO 5
OBJETIVO GERAL 6
OBJETIVOS ESPECÍFICOS 6
JUSTIFICATIVA 6
METODOLOGIA 7
ORÇAMENTO 7
CRONOGRAMA 7
REFERÊNCIAS 8


REFERENCIAL TEÓRICO




1 MATERIAIS PIEZOELÉTRICOS


O efeito piezoelétrico foi descoberto em 1880 pelos irmãos Curie e utilizado em uma aplicação prática pela primeira vez por Paul Langevin no desenvolvimento de sonares durante aprimeira guerra mundial.[1]Efeito este, observado pela primeira vez em cristais de quartzo.
A palavra vem do grego e significa “eletricidade por pressão” (piezo
significa pressão em grego).[3]Assim o efeito consiste em aplicar pressão sobre o material para gerar uma diferença de potencial.Posteriormente, em 1881, por análises termodinâmicas, Lippman previu a existência do "efeito piezoelétricoinverso",[4] que é simplesmente a aplicação de uma tensão para que haja uma deformação no material.
O desenvolvimento de materiais piezoelétricos sintéticos levou a descoberta e aperfeiçoamento das cerâmicas piezoelétricas de Titanato de Bário(BaTiO3) e Titanato Zirconato de Chumbo(PZT's), [1]nas décadas de 40 e 50.[4]Os materiais continuaram sendo estudados e ganhou espaço em diversas aplicaçõescomo sensores, atuadores, aplicações técnológicas de baixa (alguns Hz), até frequências na ordem de 10^9 Hz.[4]



2 PIEZOELETRICIDADE


Uma das condições básicas para que um cristal seja piezoelétrico é que ele não possua centro de simetria, ou seja, que a resposta do material a um estímulo externo não seja a mesma em todas as direções.[3]


3 TITANATO DE BÁRIO


-Estruturacristalina: A maioria das cerâmicas piezoelétricas possuem uma estrutura cúbica particular chamada perovskita. Quando o material encontra-se abaixo de uma temperatura crítica chamada temperatura de Curie Tc ele possui simetria tetragonal, porém o centro de simetria das cargas positivas não coincide com o das cargas negativas, gerando assim um dipolo elétrico. [1]
[pic]
Fonte[1]

"Aexistência deste dipolo faz com que a estrutura cristalina se deforme na presença de um campo elétrico e gere um deslocamento elétrico quando submetida a uma deformação mecânica, o que caracteriza o efeito piezoelétrico inverso e direto respectivamente. A deformação mecânica ou a variação do dipolo elétrico da estrutura cristalina da cerâmica não implica necessariamente em efeitos macroscópicos,visto que os dipolos se arranjam em domínios, que por sua vez se distribuem aleatoriamente no material policristalino. Para que ocorram manifestações macroscópicas é necessária uma orientação preferencial destes domínios, conhecida como polarização. Inclusive esta polarização se esvaece com o tempo e uso, inutilizando o material para a transformação de energia elétrica em mecânica." [1]



4CLASSIFICAÇÃO


Existe uma norma da marinha americana que classifica os materiais piezoelétricos como “soft” e “hard”, de acordo com suas propriedades e aplicações. O material que iremos usar em nossos testes será o Titanato de Bário, que segundo esta norma americana é chamado de “Navy Type IV” e que é classificado como “soft”.[2]


5 ENVELHECIMENTO


Com o passar do tempo, independente deestarem sendo utilizadas, a polarização induzida durante o processo de fabricação esvaece naturalmente.[2] Isso deve ser considerado em sistemas onde a substituição dos materiais cerâmicos é de difícil execução, devido a montagem ou soldas. Na tabela abaixo podemos perceber as taxas de envelhecimento dos materiais piezoelétricos da empresa Morgan Matroc.[2]


Fonte:[2]

Onde: Kij é o...
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