Endüstriyel tesislerde enerji sağlama alternatiflerinin irdelenmesi: Piezoelektrik enerji hasadı ile bir elektrik motorunun ürettiği titreşimin modellenmesi
Examining energy supply alternatives in industrial plants: Modeling the vibration produced by an electric motor with piezoelectric energy harvesting
Yazar: ONUR ATA
Danışman: PROF. DR. ÖZLEM ONAY ; DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE TÜFEKÇİOĞLU
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Enerji Kaynakları ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında enerji hasat ünitesi ile bir elektrik motoru üzerinden titreşim enerjisinden piezoelektrik enerji hasadı ve hasatta enerji üretimini yükseltmek amacıyla çeşitli senaryolar üzerinden bir değerlendirme yapılmıştır.  Ansys Workbench paket programı aracılığıyla doğal frekansı bulmak için sonlu elemanlar ve modal analiz yöntemi uygulanmıştır.  İlk olarak Piezo dönüştürücü ağırlıksız bir şekilde program içeriğinde bulunan modal analiz ve sonlu elemanlar metotu kullanılarak doğal çalışma frekansını deney ortamında kullanılan 50 Hz çalışma frekansına sahip olan motorun frekansına olabildiğince yakınlaştırmak hatta eşlemek için çalışmalar yapılmıştır. Sonrasında ise piezo dönüştürücü üzerine 0.17 gr ağırlıklı 4 mm çapa sahip olan 7000 kg/m³ yoğunluğa 0.24 poisson oranına sahip magnetlerden dönüştürücüın pirinç olan kısmına farklı adet ve yerleşim düzenleri ile yerleştirilmiştir. Bütün senaryolar ansys programında ayrı ayrı modellenerek her birinin ayrı ayrı modal analizi ve sonlu elemanlar analizi yapılmıştır.  Ağırlıklı ve ağırlıksız piezo dönüştürücü senaryoları yine ansys programında 6 ayrı modda (titreşim esnasında frekans değerlerinde ortaya çıkan geometri) simule edilmiştir. Program çözümünde her bir senaryonun en yüksek elektrik enerji çıktısı elde edeceği doğal frekans değerleri bulunarak bu frekans değerleri içinde malzemedeki elastik gerilim sonuçları ortaya konularak karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In this thesis, an evaluation was made on various scenarios in order to harvest piezoelectric energy from vibration energy via an electric motor with an energy harvesting unit and to increase energy production in harvesting. Finite element and modal analysis method was applied to find the natural frequency through the Ansys Workbench package program. First of all, studies have been carried out to bring the natural operating frequency as close as possible to the frequency of the motor with 50 Hz operating frequency used in the experimental environment, even to match it, by using the modal analysis and finite element method in the program content in an unweighted way with the Piezo transducer. Then, magnets with a weight of 0.17 g, a diameter of 4 mm, a density of 7000 kg/m³ and a Poisson ratio of 0.24 were placed on the piezo transducer with different numbers and layouts on the brass part of the transducer. In this way, 12 pieces were tried at 60° angles. All scenarios were modeled separately in Ansys program, and modal analysis and finite element analysis of each were performed separately. Weighted and unweighted piezo transducer scenarios are simulated in 6 different modes in ansys program. In the program solution, the natural frequency values at which each scenario will achieve the highest electrical energy output were found and the elastic tension results in the material were compared within these frequency values.