Análise numérica e experimental de captação da energia de vibração mecânica: uma aplicação no sistema de suspensão veicular

Abstract

Existem diversos meios de energias renováveis e a vibração mecânica pode ser considerado uma energia renovável, pois está presente em grande parte dos equipamentos mecânicos e pode ser captada através de geradores piezoelétricos, por isso mostra-se uma forma de energia interessante de ser estudada, pois essa vibração sendo uma energia dissipada no sistema pode ser utilizada para gerar energia elétrica e alimentar sistemas que utilizam de microenergia. O estudo tem como objetivo realizar simulações numéricas para captação de energia mecânica utilizando sistemas de 1 e 2 GDL, para avaliar a aceleração, tensão e potência gerada. Além disso é realizada a montagem da bancada de testes experimentais para comparação com as simulações numéricas. A montagem para os sistemas de 1 e 2 GDL diferenciam nas massas utilizadas e no pêndulo que é adicionado na extremidade da régua. O elemento piezoelétrico acoplado na régua serve para captar a energia gerada pelo seu movimento, e foram utilizados o Arduino como sistema de aquisição de dados e o Matlab para processa-los. Depois dos testes em bancada o sistema gerador de energia foi acoplado na suspensão de um veículo para realização de testes em situação real da excitação da via e do movimento de aceleração e frenagem do veículo, os testes foram realizados para os sistemas de 1 e 2 GDL. Os resultados obtidos para o sistema de 1 GDL na simulação e testes em bancada mostraram-se coerentes, e bem ajustados. O mesmo não aconteceu para o sistema de 2 GDL, porém nos testes veiculares obtiveram resultados mais coerentes nas experiencias. A potência gerada atinge um valor próximo do máximo do gerador utilizado. Este tipo de sistema então poderia ser utilizado para alimentar equipamentos que utilizam de microenergia e que são aplicados aos automóveis.

There are several means of renewable energy and mechanical vibration can be considered one, as it is present in most mechanical equipment and it can be harvested through piezoelectric generators, so it is an interesting form of energy to be studied, since this vibration energy instandy to be dissipated in the system, it can be used to generate electricity and powering systems that use microenergy. This study aims to perform numerical simulations for mechanical energy harvesting using systems of 1 and 2 degrees of freedom to evaluate the acceleration, voltage and generated power. In addition, the experimental test bench is assembled for comparison with numerical simulations. The mounting for the 1 and 2 degrees of freedom systems differentiate in the masses used and the pendulum that is added to the end of the ruler. The piezoelectric element coupled to the ruler serves to capture the energy generated by its movement, and Arduino was used as data acquisition system and Matlab to process the measured signals. After bench testing, the power generator system was coupled to the suspension of a vehicle for real-time road excitation, acceleration and braking movement testing. The experiments were performed for the 1 and 2 GDL system. The results obtained for the 1 GDL system in the simulation and bench tests were consistent and well adjusted. The same did not happen for the 2 GDL system, but in the vehicular tests the results more coherent results. The generated power reaches a value close to the maximum of the generator used in the experiments. So, it type of system could be used to power equipment that uses microenergy and is applied to automobiles.