Piezoeletricidade

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

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

Essa energia é então usada para ajudar
na energia elétrica para abastecer o
estabelecimento.
4

O dono do lugar diz que a eletricidade
produzida pela pista modificada supre
60% da necessidade energética do lugar.
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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?

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E carregar seu celular pressionando a tela?

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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.

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Uma aplicação desse fenômeno pizoelétrico é utilizar
a tecnologia para gerar parte da energia consumida
pelos estabelecimentos.

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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,
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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

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.
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Os dois cientistas sugeriram então, a possibilidade de
gerar energia elétrica em outros materiais e métodos e,
dentre eles, através de deformações mecânicas.
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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.
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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).
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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:
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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:
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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.
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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.

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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
impulsos mecânicos gerando pulsos elétricos.

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.

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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;
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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.
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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.

http://www.youtube.com/watch?v=asFZS84lfn0
44

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