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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32199| Título: | Projeto de dispositivo para geração de energia por efeito piezoelétrico a partir de parâmetros derivados de ônibus urbanos elétricos |
| Título(s) alternativo(s): | Device design for energy generation through piezoelectric effect derived from urban electric buses parameters |
| Autor(es): | Xavier, Leandro Gonçalves Antonio, Valter de Lima |
| Orientador(es): | Cziulik, Carlos |
| Palavras-chave: | Filtros elétricos de cristal Piezoeletricidade Trolebus Veículos elétricos Energia elétrica - Produção Energia - Fontes alternativas Sustentabilidade Electric filters, Crystal Piezoelectricity Trolley buses Electric vehicles Electric power production Renewable energy sources Sustainability |
| Data do documento: | 22-Jun-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | XAVIER, Leandro Gonçalves; ANTONIO, Valter de Lima. Projeto de dispositivo para geração de energia por efeito piezoelétrico a partir de parâmetros derivados de ônibus urbanos elétricos. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
| Resumo: | A demanda por energia elétrica em todo o mundo apresenta, no último século, um aumento constante e, com a introdução de veículos elétricos, levanta-se a questão de que, no futuro, esta tendência se mantenha. Por conta disso, diferentes métodos de geração de energia vêm sendo estudados ao longo das últimas décadas, com o foco da sustentabilidade cada vez mais presente nessas pesquisas. Neste sentido, um método que tem sido objeto de diversos estudos consiste na utilização do conceito de piezoeletricidade. Cristais piezoelétricos são materiais que, ao receber a aplicação de uma força, deformam-se e, devido a essa deformação, produzem uma diferença de potencial elétrico. Outra tendência de crescimento no século XXI se dá no sistema de transporte coletivo urbano. Devido à grande quantidade de pessoas que utilizam estes meios de transporte diariamente, observou-se uma oportunidade de se conduzir o projeto de um dispositivo para geração de energia elétrica por efeito piezoelétrico instalável em ônibus urbanos elétricos. Desta forma, o objetivo é caracterizar a operação de um ônibus urbano que utiliza motores elétricos a fim de se projetar um dispositivo que gere energia elétrica e a forneça ao ônibus, além de analisar a viabilidade do dispositivo nesse tipo de aplicação. Para o projeto, foi empregada a metodologia Pahl et al (2007), utilizada para desenvolvimento de projetos de engenharia. Para a etapa de referencial teórico, fez-se necessário o levantamento de conceitos básicos de eletricidade, fontes de energia elétrica e de cristais piezoelétricos, com exemplos de aplicações já empregadas e estudadas. Foram levantados dados de operação de ônibus urbanos, além das normas para a construção destes no Brasil. Para o projeto informacional, foram realizadas entrevistas com funcionários de uma montadora de chassis de ônibus híbridos e elétricos para levantamento das necessidades dos clientes e das demandas atuais nesta área. Posteriormente, foram realizadas as devidas adequações de linguagem de engenharia, assim obtendo-se os requisitos do projeto. A partir destes requisitos, foi utilizada a ferramenta da casa da qualidade para saber quais são as necessidades com maior importância para o projeto. Após a obtenção das informações, foram geradas as especificações do produto com o intuito de objetivar as metas de cada necessidade. Com os dados, foi realizado o projeto conceitual para estruturar as funções do dispositivo e resultar em um layout de solução. Em seguida, foi realizado o projeto preliminar para descobrir os propagadores de restrição, definir as premissas e componentes do projeto em conjunto com a concepção dimensionada em software CAD. Com os componentes e desenho definido, foi construído um protótipo com o objetivo de colher dados do desempenho do dispositivo. Por fim, após a realização dos testes, o presente trabalho constata que o dispositivo é funcional. Porém, os resultados apresentados demonstram que a utilização de cristais piezoelétricos comerciais não é viável. São necessários, portanto, aprimoramentos na estrutura físico-química dos materiais piezoelétricos. |
| Abstract: | The demand for electric energy all over the world has shown a constant increase in the last century and, with the introduction of electric vehicles, the question arises that, in the future, this trend will continue. Therefore, different methods of energy generation have been studied over the last decades, with the focus on sustainability increasingly present in these researches. In this regard, a method that has been the object of several studies is the use of the concept of piezoelectricity. Piezoelectric crystals are materials that, upon receiving the application of a force, deform and, due to this deformation, produce an electric potential difference. Another growth trend in the 21st century takes place in the urban public transport system. Due to the large number of people who use these means of transport around the world daily, an opportunity arises to conduct a project for a device for generating electrical energy by piezoelectric effect that can be assembled in electric urban buses. In this way, the objective is to characterize the operation of an urban bus that uses electric motors in order to design a device that generates electrical energy and supplies this energy to the bus, in addition to analyzing the feasibility of the device in this type of application. For the design stage, the Pahl et al (2007) methodology, used for the development of engineering projects, was adopted. For the theoretical reference stage, it is necessary to introduce basic concepts of electricity, electrical energy sources and piezoelectric crystals, with examples of already used and studied applications. Data on the operation of urban buses were collected, in addition to the norms for building urban buses in Brazil. For the informational project, interviews were conducted with employees of a hybrid and electric urban bus chassis assembler company, in order to identify customer needs and current demands in this area. Subsequently, the appropriate engineering language adjustments were carried out, thus obtaining the project requirements. Based on these requirements, the quality house tool was used to catch on to which needs are the most important ones for the project. After obtaining the information, product specifications were generated in order to target the goals of each need. With the collected data, the conceptual design was made to structure the device functions and result in a solution layout. Then, the preliminary design was developed to discover the constraint propagators, define the premises and components of the project together with the dimensioned design in a CAD software. With the components and design defined, a prototype was built in order to collect data on the performance of the device. Finally, after carrying out the tests, the present work finds that the device is functional. However, the results presented reveal that the use of commercial piezoelectric crystals is not feasible. Therefore, improvements in the physicalchemical structure of piezoelectric materials are required. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32199 |
| Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Mecânica |
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