Projeto de Dispositivos Coletores de Energia Piezelétricos Utilizando o Método de Otimização Topológica

Resumo

Os coletores de energia são estruturas sujeitas a carregamentos dinâmicos (força ou vibração) que convertem a energia mecânica em elétrica. Dos materiais que são capazes de converter energia mecânica em elétrica, os materiais piezelétricos são um dos mais promissores nessa área. O projeto desses dispositivos é complexo e pode ser obtido através do método de otimização topológica (MOT), que combina algoritmos de otimização e de elementos finitos para projetar estruturas com topologias complexas. Nesse projeto, deseja-se maximizar a energia gerada pela deformação do material piezelétrico acoplado à estrutura mecânica, por movimentos ou forças dinâmicas aplicadas. A pesquisa dos coletores de energia em operação dinâmica compreende o projeto otimizado, simulação, fabricação (em meso escala), e caracterização experimental desses dispositivos. A obtenção precisa das propriedades dos materiais piezelétricos é essencial para o projeto dos coletores de energia, e também para uma vasta área de aplicação nos quais esses materiais são utilizados, como, por exemplo, em sensores e atuadores. Assim, a pesquisa também envolve a caracterização das variáveis reais e complexas para as propriedades elásticas, piezelétricas e dielétricas dos materiais piezelétricos, utilizando um algoritmo de otimização num processo iterativo, onde procura-se minimizar a diferença entre a impedância elétrica experimental e a numérica. Dessa forma, pretende-se realizar o ciclo completo de projeto otimizado dos coletores de energia piezelétrico, incluindo a caracterização experimental para validar a metodologia, conjuntamente com o desenvolvimento da metodologia para caracterizar as propriedades piezelétricas.