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Piezoeletricidade
Regiane Ragi
Fonte: http://www.engenhariae.com.br/colunas/piezoeletricidade/
Todas as luzes e os sons de uma balada
gastam uma quantia considerável de
eletricidade.
2
Fonte: http://www.engenhariae.com.br/colunas/piezoeletricidade/
Pensando nisso, o dono de um Bar em
Londres, refez o chão da pista de dança
de seu estabelecimento e o revestiu com
placas que, ao serem pressionadas pelos
freqüentadores do lugar, produzem
corrente elétrica.
3
Fonte: http://www.engenhariae.com.br/colunas/piezoeletricidade/
Essa energia é então usada para ajudar
na energia elétrica para abastecer o
estabelecimento.
4
Fonte: http://www.engenhariae.com.br/colunas/piezoeletricidade/
O dono do lugar diz que a eletricidade
produzida pela pista modificada supre
60% da necessidade energética do lugar.
5
Você já imaginou como seria caminhar em uma rua e contribuir
para a geração de energia da mesma?
6
http://www.ecochunk.com/7692/2013/09/07/the-big-question-will-piezoelectricity-ever-become-a-viable-source-of-electricity /
7
Ou estar numa balada e boa parte de toda aquela energia
utilizada, estar sendo gerada por você e por todos que ali se
divertem?
8
E carregar seu celular pressionando a tela?
9
Tudo isso é possível graças à capacidade que alguns
cristais têm de gerar energia em reposta a pressões
mecânicas.
Este é o chamado efeito piezoelétrico.
10
Uma aplicação desse fenômeno pizoelétrico é utilizar
a tecnologia para gerar parte da energia consumida
pelos estabelecimentos.
11
E, como no caso do Bar em Londres, a pizoeletricidade
é responsável pelo abastecimento de 60% da energia
da ‘casa’.
E para melhorar, alguns pesquisadores já conseguiram
mostrar que é possível fabricar filmes finos
piezoelétricos, ou seja, assim como acontece com os
filmes finos utilizados em inúmeras aplicações para
geração de energia elétrica a partir do sol,
12
a piezoeletricidade poderá estar em diversos lugares,
como na sola do seu sapato, ou na tela do seu
smartphone e quando você precisar carrega-lo você não
precisará encontrar uma tomada disponível – basta
pressionar a tela, ou usar a energia, armazenada em
baterias, que seus sapatos geraram e vão gerar.
13
As aplicações são infinitas e inúmeros pesquisadores no
mundo trabalham para que esta forma alternativa de
energia torne-se uma realidade no cotidiano da
sociedade.
14
Alguns pesquisadores trabalham com a idéia de utilizar
nanomateriais piezoelétricos, mas devido à
complexidade de suas aplicações no mundo real, a
utilização de filmes finos piezoelétricos, é a solução mais
próxima à viabilidade da aplicação desta tecnologia.
15
Assim como todas as fontes alternativas de geração de
energia, no início de suas atividades – embora as
primeiras demonstrações de materiais piezoeletrétricos
tenham sido feitas ainda no século 19 -, esta fonte ainda
é nova e por isso, ainda é economicamente inviável para
a maioria de suas aplicações.
16
Todavia, graças aos esforços de países como Japão, Índia,
China, Rússia, Austrália e Estados Unidos da América,
essa realidade não deve perdurar e em alguns anos já
poderemos ter acessos à essas tecnologias.
17
O efeito pizoelétrico se constitui num método de
conversão direta de energia mecânica em energia elétrica.
Certos cristais, como o sal de Rochelle e o quartzo, têm a
propriedade de gerar uma tensão elétrica, quando
comprimidos.
O cristal comprimido produz uma tensão elétrica.
Cristal piezoelétrico
18
A tensão gerada, de mais ou menos alguns volts,
depende do grau de compressão.
Chama-se a isso de piezoeletricidade.
O cristal comprimido produz uma tensão elétrica.
Cristal piezoelétrico
19
http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2013/08/a-piezoeletricidade-no-cotidiano.html
A palavra piezo é de origem grega e significa pressionar,
torcer.
Logo, Piezoeletricidade é uma forma de gerar energia
elétrica através de uma pressão exercida sobre alguns
materiais, chamados de piezoelétricos.
20
Descoberta pelos irmãos Pierre e Jacques Currie, na
França, há aproximadamente 130 anos, a
piezoeletricidade é usada em aplicações comerciais,
como sensores acústicos, isqueiros, câmeras
fotográficas, microscópios e relógios de quartzo.
21
O cristal de sal de Rochelle, por exemplo, é muitas vezes
empregado no fonocaptor do toca-discos.
Ele converte os sulcos do disco em tensão elétrica
variável.
A agulha do fonógrafo é mantida firme junto ao cristal;
ao passar pelos sulcos do disco a agulha vibra, de ponta
a ponta, de acordo com as variações de profundidade
dos sulcos.
22
Estas variações são transmitidas ao cristal sob a forma
de variações de pressão.
Em conseqüência, o cristal gera uma tensão variável a
qual produz som, quando amplificada e dirigida a um
alto-falante.
Muitos acendedores de fogão e isqueiros funcionam na
base da piezoeletricidade.
23
http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2013/08/a-piezoeletricidade-no-cotidiano.html
No final do século 19, Charles Coulomb e Henri
Becquerel descobriram que alguns materiais
demonstravam comportamento elétrico ao serem
aquecidos, sendo este efeito denominado
Piroeletricidade.
24
http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2013/08/a-piezoeletricidade-no-cotidiano.html
Os dois cientistas sugeriram então, a possibilidade de
gerar energia elétrica em outros materiais e métodos e,
dentre eles, através de deformações mecânicas.
25
http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2013/08/a-piezoeletricidade-no-cotidiano.html
Em 1880, os irmãos Pierre e Jacques Currie descobrem
que, ao pressionar alguns materiais fazendo-os
deformar, estes geram uma tensão elétrica,
comprovando assim a piezoeletricidade.
26
Na natureza encontramos alguns cristais que possuem
este comportamento, tais como a Turmalina, o Sal de
Rochelle e o Quartzo (figura acima, da esquerda para a
direita).
27
Apesar de encontrarmos estes elementos na natureza,
é possível também, produzir materiais que terão o
mesmo comportamento: as cerâmicas piezoelétricas.
Uma das vantagens na fabricação destas cerâmicas é a
variedade de formas e tamanhos possíveis, conforme
visto na figura a seguir:
28
Para conseguir o efeito piezoelétrico, elas devem ser
feitas com uma estrutura cúbica denominada
Perovskita, que possui uma configuração genérica ABO3,
onde A corresponde a cátions divalentes (Pb2+, Ba2+,
Ca2+...), B a cátions divalentes, trivalentes, tetravalentes
ou pentavalentes (Nb5+, Mg2+, Ti4+, Zr4+, La3+...) e Oé o
oxigênio. Esta estrutura pode ser vista na figura a
seguir:
29
Podemos citar como exemplos destes materiais o
Titanato de Bário (BaTiO3) e o Titanato Zirconato de
Chumbo (Pb(Zr,Ti)O3- PZT).
A energia elétrica é gerada ao pressionar a cerâmica,
fazendo a estrutura cúbica adquirir diferentes formas:
30
Esta deformação faz surgir uma polarização no material,
gerando assim uma diferença de potencial:
31
Este efeito é utilizado em diversos equipamentos como
o microfone, o acendedor de fogão (tipo magiclick),
balanças eletrônicas, guitarras elétricas, entre outros.
Em todos estes casos, a energia mecânica é convertida
em energia elétrica através do efeito piezoelétrico.
32
Ele também pode ser usado na geração de energia
elétrica em maior escala.
33
34
Um exemplo disto é a
casa noturna em
Londres que já citamos
no início desta
apresentação, e que
utiliza a
piezoeletricidade para
alimentar os
equipamentos
eletrônicos durante as
noites.
35
Para isso, cerâmicas
piezoelétricas são
colocadas nas pistas de
dança, assim, quando
as pessoas estão
dançando estes
materiais são
pressionados pelos
seus pés, gerando
então a energia elétrica
necessária.
Com a vibração e pressão dos pedestres e carros, a
eletricidade é gerada no local, podendo alimentar
postes de iluminação, semáforos, câmeras e outros
dispositivos eletrônicos da região.
Uma ideia perfeita para solucionar o problema de
energia de grandes metrópoles.
http://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2011/03/conceito-uma-calcada-que-transforma-passos-de-
pedestres-em-energia.html
36
37
Um piso sustentável capaz de gerar energia elétrica à
medida em que um veículo se locomovesse sobre ele.
http://www.motorpasion.com.br/meio-ambiente/entenda-como-funciona-o-asfalto-sustentavel
38
O mecanismo é simples: uma placa cerâmica responde a
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http://www.motorpasion.com.br/meio-ambiente/entenda-como-funciona-o-asfalto-sustentavel
39
Desta forma, este material, incluso no composto do
asfalto ou piso em questão, seria capaz de transformar a
energia cinética do veículo, transmitida pelas rodas, em
energia elétrica captada pelo material no piso.
http://www.motorpasion.com.br/meio-ambiente/entenda-como-funciona-o-asfalto-sustentavel
40
Quanto maior a massa sobre os sensores piezoelétricos,
maior a energia emitida por eles.
Em um futuro muito próximo, esta tecnologia poderá já
estar amplamente disponível e ter também outras
aplicações, como, por exemplo:
Carregador de celular por toque:
Não sendo necessário encontrar uma tomada assim
que a bateria do seu celular acabar. Com cerâmicas
piezoelétricas instaladas em celulares, bastará
pressionar a tela do aparelho para que sua bateria seja
recarregada;
41
Vestuário carregador de bateria: Instalando estas
cerâmicas em roupas ou em solas de calçados, ao se
movimentar podemos gerar a energia elétrica
necessária para carregar aparelhos de celular;
Marca-passo alimentado pela respiração:
Algumas pessoas utilizam este equipamento para
regular os batimentos cardíacos.
Neste caso, o movimento dos pulmões causados pela
respiração do paciente poderá fornecer a energia
elétrica necessária para a alimentação do aparelho.
42
43
Estações de metrô, shoppings centers e todos
aglomerados humanos poderiam utilizar pisos especiais
que transformassem os passos dos frequentadores em
energia elétrica para serem utilizadas para diversas
finalidades necessárias para se diminuir o consumo de
energia.
Outro seria dentro do próprio automóvel, onde este
material poderia ser aplicado em conjunto com
amortecedores e outras peças móveis para poupar o
motor do veículo, atualmente responsável pela geração
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Piezoeletricidade

  • 2. Fonte: http://www.engenhariae.com.br/colunas/piezoeletricidade/ Todas as luzes e os sons de uma balada gastam uma quantia considerável de eletricidade. 2
  • 3. Fonte: http://www.engenhariae.com.br/colunas/piezoeletricidade/ Pensando nisso, o dono de um Bar em Londres, refez o chão da pista de dança de seu estabelecimento e o revestiu com placas que, ao serem pressionadas pelos freqüentadores do lugar, produzem corrente elétrica. 3
  • 4. Fonte: http://www.engenhariae.com.br/colunas/piezoeletricidade/ Essa energia é então usada para ajudar na energia elétrica para abastecer o estabelecimento. 4
  • 5. Fonte: http://www.engenhariae.com.br/colunas/piezoeletricidade/ O dono do lugar diz que a eletricidade produzida pela pista modificada supre 60% da necessidade energética do lugar. 5
  • 6. Você já imaginou como seria caminhar em uma rua e contribuir para a geração de energia da mesma? 6 http://www.ecochunk.com/7692/2013/09/07/the-big-question-will-piezoelectricity-ever-become-a-viable-source-of-electricity /
  • 7. 7 Ou estar numa balada e boa parte de toda aquela energia utilizada, estar sendo gerada por você e por todos que ali se divertem?
  • 8. 8 E carregar seu celular pressionando a tela?
  • 9. 9 Tudo isso é possível graças à capacidade que alguns cristais têm de gerar energia em reposta a pressões mecânicas. Este é o chamado efeito piezoelétrico.
  • 10. 10 Uma aplicação desse fenômeno pizoelétrico é utilizar a tecnologia para gerar parte da energia consumida pelos estabelecimentos.
  • 11. 11 E, como no caso do Bar em Londres, a pizoeletricidade é responsável pelo abastecimento de 60% da energia da ‘casa’.
  • 12. E para melhorar, alguns pesquisadores já conseguiram mostrar que é possível fabricar filmes finos piezoelétricos, ou seja, assim como acontece com os filmes finos utilizados em inúmeras aplicações para geração de energia elétrica a partir do sol, 12
  • 13. a piezoeletricidade poderá estar em diversos lugares, como na sola do seu sapato, ou na tela do seu smartphone e quando você precisar carrega-lo você não precisará encontrar uma tomada disponível – basta pressionar a tela, ou usar a energia, armazenada em baterias, que seus sapatos geraram e vão gerar. 13
  • 14. As aplicações são infinitas e inúmeros pesquisadores no mundo trabalham para que esta forma alternativa de energia torne-se uma realidade no cotidiano da sociedade. 14
  • 15. Alguns pesquisadores trabalham com a idéia de utilizar nanomateriais piezoelétricos, mas devido à complexidade de suas aplicações no mundo real, a utilização de filmes finos piezoelétricos, é a solução mais próxima à viabilidade da aplicação desta tecnologia. 15
  • 16. Assim como todas as fontes alternativas de geração de energia, no início de suas atividades – embora as primeiras demonstrações de materiais piezoeletrétricos tenham sido feitas ainda no século 19 -, esta fonte ainda é nova e por isso, ainda é economicamente inviável para a maioria de suas aplicações. 16
  • 17. Todavia, graças aos esforços de países como Japão, Índia, China, Rússia, Austrália e Estados Unidos da América, essa realidade não deve perdurar e em alguns anos já poderemos ter acessos à essas tecnologias. 17
  • 18. O efeito pizoelétrico se constitui num método de conversão direta de energia mecânica em energia elétrica. Certos cristais, como o sal de Rochelle e o quartzo, têm a propriedade de gerar uma tensão elétrica, quando comprimidos. O cristal comprimido produz uma tensão elétrica. Cristal piezoelétrico 18
  • 19. A tensão gerada, de mais ou menos alguns volts, depende do grau de compressão. Chama-se a isso de piezoeletricidade. O cristal comprimido produz uma tensão elétrica. Cristal piezoelétrico 19
  • 20. http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2013/08/a-piezoeletricidade-no-cotidiano.html A palavra piezo é de origem grega e significa pressionar, torcer. Logo, Piezoeletricidade é uma forma de gerar energia elétrica através de uma pressão exercida sobre alguns materiais, chamados de piezoelétricos. 20
  • 21. Descoberta pelos irmãos Pierre e Jacques Currie, na França, há aproximadamente 130 anos, a piezoeletricidade é usada em aplicações comerciais, como sensores acústicos, isqueiros, câmeras fotográficas, microscópios e relógios de quartzo. 21
  • 22. O cristal de sal de Rochelle, por exemplo, é muitas vezes empregado no fonocaptor do toca-discos. Ele converte os sulcos do disco em tensão elétrica variável. A agulha do fonógrafo é mantida firme junto ao cristal; ao passar pelos sulcos do disco a agulha vibra, de ponta a ponta, de acordo com as variações de profundidade dos sulcos. 22
  • 23. Estas variações são transmitidas ao cristal sob a forma de variações de pressão. Em conseqüência, o cristal gera uma tensão variável a qual produz som, quando amplificada e dirigida a um alto-falante. Muitos acendedores de fogão e isqueiros funcionam na base da piezoeletricidade. 23
  • 24. http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2013/08/a-piezoeletricidade-no-cotidiano.html No final do século 19, Charles Coulomb e Henri Becquerel descobriram que alguns materiais demonstravam comportamento elétrico ao serem aquecidos, sendo este efeito denominado Piroeletricidade. 24
  • 25. http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2013/08/a-piezoeletricidade-no-cotidiano.html Os dois cientistas sugeriram então, a possibilidade de gerar energia elétrica em outros materiais e métodos e, dentre eles, através de deformações mecânicas. 25
  • 26. http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2013/08/a-piezoeletricidade-no-cotidiano.html Em 1880, os irmãos Pierre e Jacques Currie descobrem que, ao pressionar alguns materiais fazendo-os deformar, estes geram uma tensão elétrica, comprovando assim a piezoeletricidade. 26
  • 27. Na natureza encontramos alguns cristais que possuem este comportamento, tais como a Turmalina, o Sal de Rochelle e o Quartzo (figura acima, da esquerda para a direita). 27
  • 28. Apesar de encontrarmos estes elementos na natureza, é possível também, produzir materiais que terão o mesmo comportamento: as cerâmicas piezoelétricas. Uma das vantagens na fabricação destas cerâmicas é a variedade de formas e tamanhos possíveis, conforme visto na figura a seguir: 28
  • 29. Para conseguir o efeito piezoelétrico, elas devem ser feitas com uma estrutura cúbica denominada Perovskita, que possui uma configuração genérica ABO3, onde A corresponde a cátions divalentes (Pb2+, Ba2+, Ca2+...), B a cátions divalentes, trivalentes, tetravalentes ou pentavalentes (Nb5+, Mg2+, Ti4+, Zr4+, La3+...) e Oé o oxigênio. Esta estrutura pode ser vista na figura a seguir: 29
  • 30. Podemos citar como exemplos destes materiais o Titanato de Bário (BaTiO3) e o Titanato Zirconato de Chumbo (Pb(Zr,Ti)O3- PZT). A energia elétrica é gerada ao pressionar a cerâmica, fazendo a estrutura cúbica adquirir diferentes formas: 30
  • 31. Esta deformação faz surgir uma polarização no material, gerando assim uma diferença de potencial: 31
  • 32. Este efeito é utilizado em diversos equipamentos como o microfone, o acendedor de fogão (tipo magiclick), balanças eletrônicas, guitarras elétricas, entre outros. Em todos estes casos, a energia mecânica é convertida em energia elétrica através do efeito piezoelétrico. 32
  • 33. Ele também pode ser usado na geração de energia elétrica em maior escala. 33
  • 34. 34 Um exemplo disto é a casa noturna em Londres que já citamos no início desta apresentação, e que utiliza a piezoeletricidade para alimentar os equipamentos eletrônicos durante as noites.
  • 35. 35 Para isso, cerâmicas piezoelétricas são colocadas nas pistas de dança, assim, quando as pessoas estão dançando estes materiais são pressionados pelos seus pés, gerando então a energia elétrica necessária.
  • 36. Com a vibração e pressão dos pedestres e carros, a eletricidade é gerada no local, podendo alimentar postes de iluminação, semáforos, câmeras e outros dispositivos eletrônicos da região. Uma ideia perfeita para solucionar o problema de energia de grandes metrópoles. http://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2011/03/conceito-uma-calcada-que-transforma-passos-de- pedestres-em-energia.html 36
  • 37. 37 Um piso sustentável capaz de gerar energia elétrica à medida em que um veículo se locomovesse sobre ele. http://www.motorpasion.com.br/meio-ambiente/entenda-como-funciona-o-asfalto-sustentavel
  • 38. 38 O mecanismo é simples: uma placa cerâmica responde a impulsos mecânicos gerando pulsos elétricos. http://www.motorpasion.com.br/meio-ambiente/entenda-como-funciona-o-asfalto-sustentavel
  • 39. 39 Desta forma, este material, incluso no composto do asfalto ou piso em questão, seria capaz de transformar a energia cinética do veículo, transmitida pelas rodas, em energia elétrica captada pelo material no piso. http://www.motorpasion.com.br/meio-ambiente/entenda-como-funciona-o-asfalto-sustentavel
  • 40. 40 Quanto maior a massa sobre os sensores piezoelétricos, maior a energia emitida por eles.
  • 41. Em um futuro muito próximo, esta tecnologia poderá já estar amplamente disponível e ter também outras aplicações, como, por exemplo: Carregador de celular por toque: Não sendo necessário encontrar uma tomada assim que a bateria do seu celular acabar. Com cerâmicas piezoelétricas instaladas em celulares, bastará pressionar a tela do aparelho para que sua bateria seja recarregada; 41
  • 42. Vestuário carregador de bateria: Instalando estas cerâmicas em roupas ou em solas de calçados, ao se movimentar podemos gerar a energia elétrica necessária para carregar aparelhos de celular; Marca-passo alimentado pela respiração: Algumas pessoas utilizam este equipamento para regular os batimentos cardíacos. Neste caso, o movimento dos pulmões causados pela respiração do paciente poderá fornecer a energia elétrica necessária para a alimentação do aparelho. 42
  • 43. 43 Estações de metrô, shoppings centers e todos aglomerados humanos poderiam utilizar pisos especiais que transformassem os passos dos frequentadores em energia elétrica para serem utilizadas para diversas finalidades necessárias para se diminuir o consumo de energia. Outro seria dentro do próprio automóvel, onde este material poderia ser aplicado em conjunto com amortecedores e outras peças móveis para poupar o motor do veículo, atualmente responsável pela geração de energia do sistema elétrico, que lhe rouba alguns cavalos.