Uma solução inédita aproveita a própria vibração de motores, peças móveis ou que apresentem oscilações para gerar energia suficiente para o sistema de sensoriamento de movimento ou rotação. O sistema, baseado em um transdutor piezoelétrico, pode gerar energia suficiente para alimentar um pequeno sistema sensor sem fio capaz de enviar informações a um receptor ligado a um computador ou outro equipamento de controle.
O monitoramento de rotores, engrenagens e outros equipamentos que possuem peças rotativas como ventiladores, bombas e compresssores apresenta alguns inconvenientes que exigem cuidados especiais dos projetistas. De fato, um sistema sem fio para monitorar esses dispositivos exige não apenas o uso de baterias (que consistem num elemento de manutenção constante), mas também de circuitos especiais que recebam os sinais dos sensores e os convertam para a forma digital para transmissão.
Agora, a empresa inglesa Perpetuum, especialista em soluções de energia obtida a partir de vibração, desenvolveu um sistema capaz de gerar energia para alimentar um sistema sensor sem fio, obtida da própria vibração do motor ou sistema monitorado.
O dispositivo consiste em um monitor de vibração sem fio para sistemas rotativos, baseado no microgerador PMG17 da empresa. Nesse sistema, um transdutor piezoelétrico converte a energia da vibração do dispositivo monitorado em energia elétrica, esta, por sua vez, alimenta todo o circuito de sensoreamento e envio sem fio da rotação ou movimento da peça. Com isso, elimina-se a necessidade de bateria para a aplicação.
O microgerador PMG17 foi projetado para operar principalmente com motores de corrente alternada que possuem uma vibração típica natural que seja duas vezes a freqüência da rede. Com vibrações tão pequenas como 25 mg (rms) numa faixa de 2 Hz, a unidade produz uma potência elétrica mínima de 0,5 mW e pode fonecer até 40 mW de potência com níveis de vibração mais elevados.
O dispositivo que chega a produzir 22 Vac (pico-a-pico) de saída, tem um circuito típico de aplicação mostrado na
figura 1. O PMG17-100 tem níveis operacionais na faixa de freqüências entre 98 e 100 Hz e o PMG17-120 opera entre 118 e 120 Hz, proporcionando assim duas opções de projeto. Na
figura 2 temos a curva típica de rendimento obtida em função da freqüência.
A energia gerada por esse dispositivo permite uma transferência de dados a uma velocidade de 6 kbytes por segundo, monitorando o dispositivo utilizado em intervalos pequenos, determinados pela programação. O circuito é formado por um acelerômetro piezoelétrico que mede o sinal de vibração, um circuito condicionador de sinais, um microcontrolador, um condicionador de energia, um transmissor de rádio, um sistema de armazenamento de energia e o gerador PMG17.
O acelerômetro mede a freqüência de vibração (que depende da construção mecânica do sistema que está sendo monitorado) e também sua velocidade de rotação, assim como a amplitude da vibração. Uma fonte chaveada com mais de 75% de rendimento eleva a energia de 20 mJ para 27 mJ, carregando assim um capacitor num circuito condicionador de energia. Dessa forma, a energia AC produzida no gerador é convertida para a forma DC.
Na
figura 3 vemos um diagrama de blocos que mostra o princípio de funcionamento completo do sistema de sensoriamento sem fio e sem a necessidade do uso de baterias.
Nas aplicações que envolvem a transmissão de dados a curta distância, com características determinadas pelo padrão IEEE 802.11, são necessárias potências elétricas muito pequenas para alimentar os circuitos transmissores. A idéia de se usar energia a partir de sistemas que produzam vibrações, inerentes ao próprio equipamento, é uma boa solução que elimina a exigência de baterias e, portanto, a necessidade de manutenção ou monitoramento de seu estado. O uso de geradores piezoelétricos como os fabricados pela Perpetuum, pode ser uma excelente solução para muitas aplicações práticas que se encaixem nesse contexto.
*Originalmente publicado na revista Mecatrôncia Atual - Ano 6 - Edição 36 - Nov/07