FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
Cursos Técnicos de Mecânica e Eletrônica
Projeto Cata-vento
Carlos Eduardo Bruxel
Bernardo Juchem Becker
Marcelo Felipe Veit
Thomás Jung Spier
3111/4111
Novo Hamburgo, Novembro de 2009.
Introdução
Este projeto foi elaborado devido a
dificuldade de conseguir energia limpa tanto no
Brasil como nos outros países do mundo.
O projeto visou construir um aerogerador
que carregasse duas baterias, analisando
sempre todos os resultados obtidos para se ter
uma idéia maior sobre o que é a energia eólica,
como funciona o processo de transformação
dela em energia elétrica e quais os benefícios
que ela pode trazer.
Objetivo: Construir um recarregador de pilhas e baterias que funcione
através de um aerogerador, que proporcione uma máxima eficiência
entre o tempo de carga das baterias e o tamanho do cata-vento.
Problema: Com a construção de um aerogerador, acoplado à um circuito
eletrônico, será possível produzir energia suficiente para carregar duas
pilhas?
Hipótese: Com um circuito eletrônico recarregador de pilhas e baterias
acoplado a um aerogerador simples, é possível gerar energia elétrica
suficiente para recarregar duas pilhas ou uma bateria.
Justificativa
-O Brasil vem sofrendo com o problema de geração de energia elétrica
-Atualmente a principal fonte de geração brasileira de energia são as usinas
hidroelétricas
-A água é finita
-O Brasil possui extensa faixa litorânea, e por isso, apresenta grandes correntes de vento
-Para aproveitar essas correntes de vento, pode-se instalar cata-ventos que gerem
energia elétrica
-Colocando um circuito recarregador de baterias e pilhas, temos um exemplo de como é
fácil obter energia eólica.
Fundamentação Teórica
Energia
-É a capacidade de realizar trabalho
-Uma das principais energias utilizadas no mundo é a energia elétrica
Transformações
-Transforma-se energia mecânica em energia elétrica, através de geradores como
dínamos ou alternadores
Energia Eólica
-É a energia que provém do vento e é utilizada para gerar energia elétrica por meio de
aerogeradores.
Corrente Alternada
-Corrente elétrica na qual a intensidade e a direção são grandezas que variam
ciclicamente.
Alternador
-É um tipo de gerador elétrico que transforma energia mecânica em elétrica por meio de
indução eletromagnética.
Polias
-As polias operam aos pares, os dentes de uma encaixando nos dentes de outra,
ou através de correias.
-MCU
-Quanto maior for a polia, maior será a velocidade tangencial, porém menor o
torque.
Aerogerador
-Gerador elétrico integrado ao eixo de um cata-vento cuja missão é converter energia
eólica em energia elétrica.
Carregadores de Baterias
-Dispositivos que quando ligados
reabastecimento de uma fonte.
na
corrente
elétrica
possibilitam
o
Pilhas e Baterias Recarregáveis
-Armazenam a energia na forma química que depois é transformada para elétrica.
Metodologia
1º Cata-vento
-Cortamos um cano de PVC de 99 cm de comprimento com um diâmetro de 75
mm conforme esquema indicado pelo orientador:
75 mm
99 cm
Figura: Gabarito de corte
Resultado do corte:
Figura: Hélice após corte
Acoplamos a polia à hélice, fixando com 2 parafusos e cola quente
Figura: Parafusos fixando polia.
Figura: Detalhe cola quente fixando
polia.
Fixamos um pequeno dínamo, motor de vídeo-cassete, ao cata-vento com
parafusos e uma “braçadeira” de couro e passamos uma correia entre o dínamo e
a polia.
Figura: Braçadeira de
parafusos fixando dínamo.
couro
e
Figura: Correia em destaque
Cata-vento pronto durante teste
Figura: cata-vento girando livremente
Figura: detalhe do led aceso
Resultados obtidos com esse cata-vento
Com esse cata-vento, conseguimos fazer a hélice girar com facilidade
no vento, mesmo com o dínamo acoplado. O led acendeu com
tranquilidade, porém a tensão gerada foi insuficiente para o circuito
funcionar. Assim resolvemos aumentar o tamanho da hélice, para obter
mais rotação.
2º Cata-vento
Como o fizemos:
Compramos um cano de PVC de 150 mm de diâmetro por 1,90 m de
comprimento e o cortamos conforme o mesmo esquema usado
anteriormente.
150 mm
1,90 m
Figura: gabarito de corte 2.0
Figura: marcações de corte em
detalhe
Figura: Hélice já cortada
Figura: corte do cano em destaque
Figura: dupla com a hélice
Para adicionar um elemento de design a parte, realizamos cortes
simétricos em cada ponta das pás.
Figura: cortes nas pontas das pás
Depois de feito o corte, fizemos um furo exatamente no centro da hélice,
para introduzir o eixo.
Figura: furo em destaque
A polia foi parafusada na hélice e o eixo foi introduzido e parafusado em
um pequeno tronco de lenha, que oferecia grande resistência para
suportar a hélice.
Figura: Conjunto fixado no tronco
Parafusamos todo o conjunto na madeira-base do cata-vento, com dois
parafusos de 8 cm de comprimento.
Figura: conjunto fixado na madeira-base
Figura: hélice e conjunto fixado
Para melhorar a aderência da polia com o dínamo, adicionamos
borrachas de câmera de pneus.
Figura: polia envolvida com câmera de pneu
Abrimos uma fenda para colocarmos o leme:
Figura: detalhe da fenda
Inserimos o leme na fenda e adicionamos uma cantoneira entre o leme e o corpo do
cata-vento para tornar o leme mais rígido:
Figura: leme inserido
Figura: detalhe da
cantoneira
Figura: o leme pronto
Cata-vento pronto:
Figuras: cata-vento montado
Resultados obtidos
Com este novo cata-vento, conseguimos gerar, com um dínamo de
bicicleta, 1,7 V. Infelizmente a tensão gerada frustrou as nossas
expectativas quanto à hélice maior. O problema foi devido à polia de
diâmetro muito pequeno em comparação a velocidade de rotação da
hélice, então resolvemos redimensionar a polia.
3º Cata-vento
Como no último protótipo o problema encontrado foi quanto a velocidade
de rotação do dínamo, resolvemos aumentar a polia.
Compramos uma roda de bicicleta aro 12 para usar como polia.
Figura: roda aro 12 usada como polia
Parafusamos a roda utilizando dois parafusos.
Figura: detalhe da fixação e do conjunto
Figura: conjunto montado
Resultados obtidos
Com esse novo ajuste na polia, não conseguimos bons resultados,
pois não tinhamos muito tempo disponível para esperar um dia de
vento, e para realizar um teste em um túnel de vento feito de
ventiladores, a hélice não poderia ser tão grande. Então resolvemos
que para testes em locais externos, com ventos de verdade,
usaríamos essa hélice com a polia de roda de bicicleta aro 12 e para
testes internos com túnel de vento faríamos uma outra hélice com
outra polia.
4º Cata-vento
-Adquirimos uma hélice de ventilador de 14,5 cm de raio:
Figura: hélice de ventilador
-Colamos a polia de 8cm de diâmetro na hélice utilizando cola de contato:
Figura: colagem da polia na hélice
-Parafusamos o conjunto hélice-polia no cata-vento com uma barra roscada servindo
como eixo:
Figuras: detalhe da barra roscada e do conjunto fixado
Cata-vento pronto:
Figura: cata-vento pronto
Circuito montado na Protoboard
Componentes
●Led
●Capacitor
eletrolítico
1000µF/25V
●Regulador
de tensão
7805
●5 diodos
1N4007
●3
resistores:
330Ω/1W
22Ω/1W
39Ω/1W
Ponte
Retificadora
Filtro
Chaveamento
Resistores, diodo
e o led
Realização do teste final e efetuando medições
Figura: realização de medições de tensão
Resultados obtidos
Neste último teste realizado, não houve tensão suficiente para
recarregar as pilhas. A tensão gerada foi de apenas 2,5 V.
O alternador de bicicleta após esta medição, não gerou mais
tensão, pois ocorreu uma quebra interna no mesmo,
impossibilitando a geração de energia.
Preços
Materias/Equipamentos
R$
- Madeira
10,00
- Hélice
5,00
- Pregos e parafusos
5,00
-Polia
8,50
- Dínamo de bicicleta
“Elephant”
43,00
- Câmera de pneu
--x--
Componentes eletrônicos
8,00
Total
79,50
Conclusão
Concluímos que a energia eólica é uma energia limpa e
infinita. Apesar de ser utilizada em grande escala, ela pode ser
investida em escalas menores, para uso com pequenas
quantidades de energia. Apesar de não ter gerado tensão
suficiente, conseguimos, através da pesquisa descobrir como a
energia eólica é beneficiente e fácil de ser obtida
Alguma pergunta?
xxxxxxxxx
Abril
Maio
Junho
Julho
Agosto
Setembro
xxxxxxxxx
1ªQ
2ªQ
1ªQ
2ªQ
1ªQ
2ªQ
-x-
-x-*
-x-*
Reunião do grupo
Trô/Meca
Encontro do grupo
para
discutir
o
projeto
Reunião (Meca) para
fazer o projeto
-x-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-*
-x-*
-x-
-x-
-x-
-x-*
-x-*
-x-
-x-
Pesquisa de preços
Pesquisa
geradores
energia
sobre
de
Pesquisa
dínamo
sobre
-x-
-x-
Pesquisa
sobre
carregadores
de
bateria
-x-
Pesquisa
sobre
pilhas e baterias
recarregáveis e de
tipo de circuito
recarregador
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
Elaboração da:
Introdução***
-x-
-x-
Justificativa***
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
-x-
Objetivos***
Fundamentação
Teórica***
Referencial
Bibliográfico***
-x-
Metodologia/
Procedimentos***
-x-
Aquisição
materiais
-x-
Início
construção/
montagem
dos
-x-
da
-x-
Teste do protótipo
Apresentação
protótipo
-x-
do
Bibliografia
Energia:
(Rodrigues, Yago Weschenfelder. Energia Nuclear. Disponível em:
<http://www.coladaweb.com/fisica/nuclear.htm>. Acesso em: 09 mai. 2009.)
Medida:
(VOLT. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/volt>. Acesso em 20 mai. 2009.)
Transformações:
(ENERGIA eólica. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_eolica>. Acesso em 09 mai.
2009.)
Energia eólica:
(ENERGIA eólica. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_eolica>. Acesso em 09 mai.
2009.)
Corrente Alternada:
(CORRENTE alternada. Disponível em:
<http://www.brasilescola.com/fisica/corrente-alternada.htm>. Acesso em: 13 mai. 2009.)
Corrente Contínua:
(CORRENTE
Alternada
e
Corrente
contínua.
Disponível
em:
<http://www.tecnologiadoglobo.com/2009/02/diferenca-entre-corrente-alterna-e-corrente-continua>.
Acesso em 13 mai. 2009.)
Dínamo:
(Vanks, Estevão. Como funciona um Dínamo?. Disponível em: <http://www.efeitojoule.com/2008/06/comofunciona-dinamo-bicicleta.html>.
Acesso em: 13 mai. 2009)
(DÍNAMO. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Dínamo>. Acesso em: 13 mai. 2009.)
MCU:
(MOVIMENTO circular. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/mcu>. Acesso em: 09 mai. 2009.)
Engrenagem:
(ENGRENAGEM. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/engrenagem>. Acesso em: 09 mai. 2009.)
Aerogerador:
(AERO gerador. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Aero_gerador>. Acesso em: 13 mai. 2009.)
Carregadores de baterias:
(CONHECENDO os carregadores. Disponível em: <http://www.mbtenergia.com.br/conh.carreg.htm>. Acesso
em: 13 mai. 2009.)
Pilhas e baterias regarregáveis:
(BRAIN,
Marshall.
Como
funcionam
as
pilhas
e
<http://casa.hsw.uol.com.br/baterias.htm>. Acesso em: 13 mai. 2009.)
baterias.
Disponível
Cata-vento:
(CATA-VENTO. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/cata-vento>. Acesso em: 13 mai. 2009.)
em:
Fim da apresentação de slides. Clique para sair.
Obrigado pela
atenção