Energy harvester design method to power wireless sensor nodes for in pipe monitoring applications
Boru içi gözetleme uygulamalarına yönelik kablosuz sensör düğümlerine güç sağlayan enerji üreteci tasarım yönetimi
- Tez No: 446872
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ MUHTAROĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: ODTÜ Kuzey Kıbrıs Kampüsü-Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Sürdürülebilir Çevre ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 82
Özet
Su, petrol veya gaz boru hatlarını izlemek için kullanılan sensör ağı, iletişim altyapısı kullanılarak bağlanan bir grup kablosuz sensör düğümünden (KSD) oluşur. Sensör düğümlerine güç sağlamak için kullanılan geleneksel piller sınırlı ömre sahiptir ve düzenli servis gerektirir. Bu sebepten dolayı su altı boru hatları gibi erişilmesi zor yerlerde kullanımları sınırlıdır. Bu zorluklar sensör düğümüne güç sağlamak için enerji üreteci kullanmayı cazip bir seçenek haline getirmektedir. Çalışmanın amacı boru içinde kendi gücünü üreten ve boru performansına en az etkisi olan piezoelektrik (PZT) bimorf enerji üreteci tasarlamaktır. Bu araştırmanın başlangıç noktası olarak analitik bir model sunulmakta daha sonraysa bu model iki boyutlu sonlu elemanlar yöntemiyle COMSOL yazılımı kullanılarak doğrulanmaktadır. Geometri duyarlılık analizi ve optimizasyonu sonlu eleman simülasyonları ile yapılmaktadır. 1.4 m/s akış hızıyla su taşıyan Türkiye-KKTC boru hattı uygulaması sınır koşullarını belirlemek için kullanılmaktadır. Bir ucu I- ve D-şekilli sabit gövdeye tutturulmuş PZT konsol kiriş türü enerji üreteçlerinin performans etkisi basınç kaybı cinsinden karşılaştırılmaktadır. Ayrıca, seri ve paralel enerji üreteç düzenleri üretilen güç ve boru iletim performansına etki bakımlarından kıyaslanmaktadır. Bahsi geçen uygulamada, geometrik tasarımı tamamlanmış enerji üreteci 0.82 mW güç üretimini 3 mm yükseklik eşdeğer kaybı ile sağlayabilmektedir. Analiz sonucunda, paralel olarak yerleştirilmiş 15 PZT kiriş, sabit gövdeye entegre edilmiş 7.1 J depolayabilen süper kondansatör, güç elektroniği ve akustik alıcı-verici kullanarak 512 baytlık bir veri paketinin saniyede 4096 bit (bps) transmisyon hızı ile 5 dakikada bir iletilebileceği belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
A sensor network, used to monitor water, oil or gas pipelines, consists of a group of wireless sensor nodes (WSN) that are linked using a communication infrastructure. Traditional batteries are commonly used to power sensor nodes, but they have limited lifetime and require regular maintenance. Thus, their utility is limited in locations that are difficult to access, such as underwater pipelines. Therefore, using an energy harvester to power the sensor node becomes a desirable option. A method for near-optimal piezoelectric (PZT) bimorph energy harvester module design with minimum impact on the pipe performance is proposed in this study to enable a self-powered wireless sensor node for in-pipe monitoring. An analytical model is presented as the starting point of this research, which is further validated through finite element simulations using COMSOL software in 2D (two dimensional) environment. Geometry sensitivity analysis and optimization is done through finite element simulations. The boundary conditions of the recently constructed Turkey-Cyprus water pipeline are considered for finite element analysis with a flow velocity of 1.4 m/s. Performance impact analysis is also done in terms of head loss to compare two PZT cantilever energy harvesters attached to I- and D-shaped bluff bodies. Series and parallel arrangements of energy harvesters are compared with respect to generated power, and impact on pipe performance. The geometrically designed energy harvester is able to generate a power of 0.82 mW corresponding to a head loss of 3 mm, which is considered to be a near optimal design. It is concluded from the analysis that 15 PZT cantilevers in parallel arrangement are needed to maintain 4096 bits per second (bps) transmission of 512-Byte data packet once per 5 minutes with the piezoelectric harvester, using an integrated 7.1 J super capacitor that can fit into the bluff body together with the power electronics and acoustic transceiver
Benzer Tezler
- Gelecek nesil kablosuz haberleşme ağları için enerji hasatlama sistemleri
Energy harvesting systems for next generation wireless communication networks
DOĞAY ALTINEL
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- New RF energy harvesting models for next-generation wireless communication systems
Yeni nesil telsiz iletişim sistemleri için yeni RF enerji hasatlama modelleri
MOHAMMADREZA BABAEI
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA
- RF energy harvesting in S band in wireless communication systems
Kablosuz haberleşme sistemlerinde S bandında RF enerji hasatlama
EMRE İŞCEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEBAHATTİN EKER
- Investigation of nonlinear damping in vibration energy harvesters
Doğrusal olmayan sönümlemenin enerji üreteçleri üzerindeki etkisinin incelenmesi
ASİL ARİF AKSEKİLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Mühendislik BilimleriYeditepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NEZİH TOPALOĞLU
- Kablosuz güç iletiminde RF enerji hasadına yönelik anten tasarımı
Antenna design for RF energy harvesting in wireless power transmission
JAVID MAYILOV
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiNecmettin Erbakan ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER FARUK KESER