Coleta de energia a partir de oscilações induzidas por escoamento

Resumo

A conversão de energia de vibração em energia elétrica tem sido investigada por diversos grupos de pesquisa na última década. A principal motivação encontra-se na possibilidade de se obter fontes alternativas de energia elétrica para sistemas eletro-eletrônicos remotamente operados e com fontes limitadas de energia. Diferentes mecanismos de transdução são investigados na literatura para a coleta de energia, entretanto, o piezelétrico tem se destacado devido a densidade de energia que proporciona e também facilidade de uso. Apesar dos fenômenos aeroelásticos serem evitados na maioria dos casos, a conversão de oscilações aeroelásticas em eletricidade é uma alternativa promissora para coleta de energia do escoamento. Um sistema aeroelástico apresentando oscilações persistentes na velocidade de flutter é o cenário ideal para o caso linear. Entretanto, oscilações persistentes em uma velocidade específica restringem o envelope de operações de tal gerador. Por outro lado, a geração piezoaeroelástica de energia pode se tornar mais atrativa e prática se realizada a partir sistemas aeroelásticos não-lineares. Oscilações em ciclo limite (LCO) de amplitudes aceitáveis ocorrendo em uma ampla faixa de velocidades de escoamento podem ser uma fonte importante de potência elétrica. Define-se o objetivo deste projeto como a investigação do efeito da conversão piezelétrica de energia sobre oscilações aeroelásticas não-lineares, com o intuito de se obter um gerador que converta energia em uma ampla faixa de velocidades. Espera-se que a interação entre a geração de energia e aeroelasticidade não-linear, condição ainda pouco investigada na literatura, possa trazer benefícios tanto para a coleta de energia como para controle de vibrações. Um modelo por elementos finitos eletromecanicamente acoplado será apresentado, respeitando-se as hipóteses de uma placa de von Kármán. O carregamento aerodinâmico não estacionário será determinado a partir da aproximação de Roger. O método do balanceamento harmônico será utilizado na solução do problema. (AU)