Microgeração de energia em pavimentos : estudo de caso de um gerador piezoelétrico instalado em um pavimento rodoviário

Abstract

As vastas áreas pavimentadas recebem diariamente uma grande quantidade de energia térmica e mecânica, que acaba desperdiçada. Essa energia dissipada pode ser reaproveitada, o que permitiria a instalação de equipamentos eletrônicos sem a necessidade da rede primária e, com o aumento desse potencial, uma fonte renovável de energia. Painéis fotovoltaicos, materiais piezoelétricos, geradores termoelétricos, coletores térmicos e geradores eletromagnéticos são tecnologias com possibilidade de aplicação na infraestrutura viária para essa geração. Neste trabalho, além de uma conceituação sobre a microgeração de energia a partir de pavimentos – uma nova tecnologia em crescimento –, é apresentado um estudo sobre o funcionamento de um gerador de energia Piezoelétrico proposto e instalado no quilômetro 77 da rodovia BR-290/RS, no pavimento da praça de pedágio do munícipio de Gravataí, RS. O Gerador Piezoelétrico desenvolvido utilizou vigas em balanço de PZT, funcionando em vibração livre. Os transdutores escolhidos permitiram a geração de energia através da passagem de veículos sobre o sistema instalado na pista de cobrança automática da Praça de Pedágio. A utilização de um sistema de vibração livre visou a durabilidade do sistema, fornecendo baixa energia, porém virtualmente infinita, por evitar a fadiga nos geradores. A estrutura externa do sistema foi desenvolvida para fornecer proteção aos elementos piezoelétricos e eletrônicos. O sistema se manteve funcional durante os 30 dias previstos para o experimento. A ponta livre dos transdutores recebeu diferentes corpos de massa (6,1g e 16g) para aumentar a capacidade de geração. Na primeira configuração de massas de ponta foi obtido uma média diária de 300 mJ para as condições de tráfego da rodovia. A segunda configuração teve uma geração estimada de energia diária de aproximadamente 0,360 Joule para um transdutor, ou 5,76 Joule considerando os dezesseis na mesma eficiência. O sistema demonstrou, adicionalmente, potencial adequado para a utilização na categorização de veículos, com boas relações entre a resposta elétrica gerada e os eixos passantes.

Large paved areas receive a large amount of wasted thermal and mechanic energy. The dissipated energy can be harvested, allowing electronic equipment installation away from the power grid and a renewable energy source with the advance of the technology. Photovoltaic panels, piezoelectric materials, thermoelectric generators, thermal collectors and electromagnetic generators are technologies within the realm of application in the road infrastructure for such generation. This work, in addition to detail the concept involved in energy harvesting from pavements – a novel growing technology –, studies the functioning of a piezoelectric energy harvesting generator, proposed and installed in kilometer 77 of the BR- 290/RS highway, at the toll plaza’s pavement in Gravataí, RS. The piezoelectric generator developed used PZT cantilever beams, working in free vibration. The transducers chosen allowed the generation of energy through the passage of vehicles on the system installed on the fast lane of the toll plaza. The use of a free vibration system aimed at the durability of the system, supplying low but virtually infinity energy, by avoiding fatigue in the sensors. The external structure of the system has been designed to provide protection to the piezoelectric and electronic elements. The system remained functional during the 30 days planned for the experiment. The free tip of the transducers has received different mass bodies (6,1g & 16g) to increase power generation. The first configuration of tip of mass obtained a daily average of 300 mJ for traffic conditions of the highway. The second configuration had an estimated generation of daily energy of approximately 5.76 Joule. The system demonstrated an additional potential for use in the vehicle categorization, with good correlations between generated electrical response and passing axles.