Çift ankastre kirişli, manyetik uç kütleli piezoelektrik enerji hasadı tasarımı

Abstract

Bu tezde, çift ankastre kirişli manyetik uç kütleli piezoelektrik enerji hasadı sisteminin tasarımı ve deneysel analizi üzerinde durulacaktır. Piezoelektrik malzemeler, mekanik gerilim uygulandığında elektriksel bir gerilim üreten, ya da tersi olarak elektriksel bir alan uygulandığında mekanik deformasyona uğrayan malzemelerdir. "Piezo" kelimesi Yunanca "sıkıştırmak" veya "basınç uygulamak" anlamına gelir ve piezoelektrik etkisinin temel prensibini ifade eder. Bu malzemeler, çevresel değişikliklere duyarlı olup, enerji dönüşümünü sağlamak için kullanılırlar. Piezoelektrik etkisi, piezoelektrik malzemenin iç yapısındaki simetrinin, dışarıdan bir kuvvet veya elektriksel alan uygulandığında değişmesiyle ortaya çıkar. Bu değişiklik, malzemenin atomik yapısındaki yük dağılımını etkiler ve dışa doğru elektriksel bir sinyal olarak ölçülebilir. Piezoelektrik malzemelerle enerji üretimi, batarya ve pil kirliliğini önlemek ve pahalı pil üretimi yerine mekanik titreşim yoluyla enerji elde etmek amacıyla yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Piezoelektrik malzemeler yüksek çalışma frekansına sahip olup, son yıllarda popüler araştırma konuları arasında yer almaktadır. Bu çalışmada, piezoelektrik yamalar, birbirine dik olacak şekilde yerleştirilmiş iki ankastre kirişe yapıştırılmıştır. Kirişlerin uçlarına mıknatıslar yerleştirilmiş ve kirişlerden birine dik olarak hava verilmiştir. Hava, belirli aralıklarla kapalı ve açık olacak şekilde Arduino ile programlanmıştır. Yapılan çeşitli denemeler sonucunda en ideal süre belirlenmiştir. İdeal süre olan 0.3 saniye açık ve 0.3 saniye kapalı durumda hava üflenirken, kirişlerin titreşimleri ve elde edilen voltaj değerleri incelenmiştir. Ayrıca, sistemin rüzgar gülü gibi bir düzenekle incelenebilmesi amacıyla bir DC motor kullanılarak motora bağlı milin dönmesi sağlanarak mil ucundaki mıknatıs ile kirişlerin uç kısmında yerleştirilmiş olan mıknatıslar etkileşime girerek kirişlerin titreşimleri ve piezoelektrik yamalardan elde edilen voltaj değerleri araştırılmıştır. Sistemin çalışması iki farklı deney düzeneği ile incelenmiş olup yapılan çalışmalar sonlu elemanlar analizi programıyla da simüle edilmiştir.