Protótipo de Gerador Eólico Usando Madeira,Aço 1010 e Cobre.
F. A. C e Silva, P. Wendt, J.C.P.Beck e I.N.L. da Silva.
Av. Ipiranga 6681, prédio 30, bloco B, sala [email protected]
Pontifícia Universidade Católica do RS
RESUMO
Um dos grandes tormentos do Mundo de hoje é a questão relativa à energia,
o aproveitamento desta ainda não atingiu um nível satisfatório, visto que a imensa
maioria da energia utilizada no planeta é de origem não renovável, seja de: fonte
mineral, atômica, térmica ou das águas. A energia pode ser utilizada de forma mais
civilizada e menos dispendiosa, por meios de fontes renováveis como: a energia
eólica, solar, das marés, geotérmica e de outras mais.A energia dos ventos é uma
abundante fonte de energia renovável, limpa e disponível em todos os lugares. A
utilização desta fonte energética para a geração de eletricidade, em escala
comercial, teve início há pouco mais de 30 anos e através de conhecimentos da
indústria aeronáutica os equipamentos para geração eólica evoluíram rapidamente
em termos de idéias e conceitos preliminares para produtos de alta tecnologia.Além
de esta ser uma fonte de energia renovável, possui uma diferença em relação às
demais, pode ser utilizada para o fornecimento de energia para pequenas
populações onde não há um acesso de energia direto e também não necessita de
grandes investimentos.Neste trabalho, tivemos como objetivo, desenvolver um
Gerador Eólico, utilizando como material para a estrutura do gerador, basicamente
madeira,aço1010 e cobre para a fiação.Considerando as pequenas dimensões do
protótipo, foi possível verificar que ele funciona bem e apresenta um ótimo
rendimento.
Palavras chave: dispositivo, gerador, eólico, eficiência
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INTRODUÇÃO:
Acredita-se que foram os egípcios os primeiros a fazer uso prático do vento.
Em torno do ano 2.800 AC, eles começaram a usar velas para ajudar a força dos
remos dos escravos. Através da idade média, os melhoramentos técnicos
continuaram a ocorrer em tais áreas, como na fabricação de lâminas aerodinâmicas,
desenhos de engrenagens e de forma geral os desenhos dos moinhos de vento. A
geração de eletricidade pelo vento começou em torno do início do século XX.
No Rio Grande do Sul recentemente (05/07/2006) começou a operar
comercialmente o Parque Eólico de Osório (maior do Brasil e 2º maior do mundo),
cuja média diária de produção é de 10MW. O parque já chegou a participar com
3,6% da produção estadual. No Brasil a energia eólica corresponde somente a 0,03
% de toda energia produzida no país.
O Parque Eólico de Osório está subdivido em três parques - Osório,
Sangradouro e Índios - e tem um total de 75 aero-geradores (25 por parque) e uma
potência instalada de 150 MW, que irá quintuplicar a energia eólica produzida
atualmente no país. A mesma irá gerar quantidade suficiente para abastecer
anualmente o consumo residencial de cerca de 650 mil pessoas em Porto Alegre e
será adquirida pela Eletrobrás por um prazo de 20 anos.
Os parques eólicos, instalados com a mais avançada tecnologia do século
XXI em energia eólica, que é a energia alternativa que mais cresce no mundo (cerca
de 20% ao ano), colocam o Brasil e o Rio Grande do Sul no mapa mundial do
desenvolvimento sustentável e em sintonia com as nações mais desenvolvidas do
planeta
DESENVOLVIMENTO
Gostaríamos de mostrar agora um diagrama de desenvolvimento com os
passos envolvidos no planejamento e desenvolvimento de um sistema de energia
eólica com sucesso, desde a avaliação do local até o desenho final.
Avaliar o local para
fonte do vento
Avaliar as
necessidades
energéticas
Selecionar
o tipo – RS
PARQUE EÓLICO
DE OSÓRIO
de gerador
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Calcular o tamanho
do gerador
Selecionar partes
integrantes do
gerador
Refinar o desenho
do sistema
Selecionar torres
e outros
componentes
Avaliar os custos
do sistema
Avaliar todo
projeto
Avaliar as medidas de
conservação de energia
Impacto ambiental,
social e legal
Desenho final do
sistema
ETAPAS CONSTRUTIVAS
Material Utilizado:
* cola para madeira;
* 6 metros de fita de ferro enrolada;
* 6 metros de fita adesiva;
* 1 metro de tábua de madeira;
* 10 bobinas de fio de cobre;
* 10 imãs de sensores de alarme;
* 1/2 metro quadrado de madeira mdf, espessura 18mm;
* madeira mdf de 40x40cm, espessura 5mm
* 12 parafusos rosca rápida, 5mm
* eixo de ferro;
* 1 rolamento;
* 1 hélice de ventoinha automotiva;
* chapa metálica;
* tubo metálico;
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PROTÓTIPO DO GERADOR EÓLICO
MONTAGEM FINAL
FIG. 1
ASPECTOS TEÓRICOS
Ф=B*A
Ф= Fluxo Magnético
B= Indução Magnética → 0,0526T
A= Área da Superfície da Bobina → 314 cm² → 0,0314m²
Ф= 0,0526*0,0314= 0,00165 weber
H=B/µ
H= Intensidade Magnética
B= Indução Magnética
µ= Permeabilidade Magnética do Meio= 1,8
H = 0,0526T/1,8 = 0,029 A/m
Erms= N*B*A*W / √2
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Tensão RMS Induzida
N= Número de Espiras → 40
B= Indução Magnética → 0,0526T
A= Área da Bobina → 4,55cm² → 0,0004554m²
W= Rotação → 1500 RPM /60 = 25
Erms: 40*0, 526*0,000455*25/√2 = 0,17 V
VELOCIDADE DOS VENTOS
Gostaríamos de comentar que se um vento passa de 10km/hora para 11
km/hora (aumento de 10% ) a potência se eleva em 33%, o que mostra como é
importante a escolha de um lugar com ventos mais velozes para o melhor
aproveitamento da energia eólica.
Importância da Área Varrida pelo Rotor
A área varia com o quadrado do raio, ou seja, dobrando-se a área do rotor
aumentamos a potência em quatro vezes.
Usos da energia eólica
Hoje, a energia eólica pode ser direcionada para prover algumas ou muitas
tarefas úteis tais como:
•
bombeamento de água,
•
geração de eletricidade,
•
aquecimento, etc.
A energia eólica provém da radiação solar uma vez que os ventos são
gerados pelo aquecimento não uniforme da superfície terrestre.
Uma estimativa da energia total disponível dos ventos ao redor do planeta
pode ser feita a partir da hipótese de que, aproximadamente, 2% da energia solar
absorvida pela Terra é convertida em energia cinética dos ventos. Este percentual,
embora pareça pequeno, representa centena de vezes a potência anual instalada
nas centrais elétricas do mundo.
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GERAÇÃO DOS VENTOS
A energia eólica pode ser considerada como uma das formas em que se
manifesta a energia proveniente do Sol, isto porque os ventos são causados pelo
aquecimento diferenciado da atmosfera. Essa não uniformidade no aquecimento da
atmosfera deve ser creditada, entre outros fatores, à orientação dos raios solares e
aos movimentos da Terra.
As
regiões
perpendicularmente,
tropicais,
são
que
mais
recebem
aquecidas
os
raios
do
que
solares
as
quase
regiões
que
polares.
Consequentemente, o ar quente que se encontra nas baixas altitudes das regiões
tropicais tende a subir, sendo substituído por uma massa de ar mais frio que se
desloca das regiões polares. O deslocamento de massas de ar determina a
formação dos ventos.
Figura 2 - Formação dos ventos devido ao deslocamento das massas de ar.
Existem locais no globo terrestre nos quais os ventos jamais cessam de
“soprar”, pois os mecanismos que os produzem (aquecimento no Equador e
resfriamento nos pólos) estão sempre presentes na natureza. São chamados de
ventos planetários ou constantes e podem ser classificados em:
• Alísios: ventos que sopram dos trópicos para o Equador, em baixas
altitudes.
• Contra-Alísios: ventos que sopram do Equador para os pólos, em altas
altitudes.
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• Ventos do Oeste: ventos que sopram dos trópicos para os pólos.
• Polares: ventos frios que sopram dos pólos para as zonas temperadas.
Tendo em vista que o eixo da Terra está inclinado de 23,5º em relação ao
plano de sua órbita em torno do Sol, variações sazonais na distribuição de radiação
recebida na superfície da Terra resultam em variações sazonais na intensidade e duração dos
ventos, em qualquer local da superfície terrestre.
MEDIÇÕES/EXPERIMENTOS REALIZADOS
Utilizando o Laboratório do Instituto de Física da PUC-RS realizamos as
medições do campo magnético gerado através do aparelho chamado Teslametro.
Foram realizadas 10 medições, uma medição para cada imã e o valor médio
encontrado foi de 0,0542 Tesla
Nº DO IMÃ
MEDIDA
TESLA
01
0,0376
02
-0,0599
03
0,0626
04
-0,0755
05
0,0579
06
-0,0736
07
0,0540
08
-0,0604
09
0,0563
10
0,0542
Média
0,0526
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CONCLUSÃO
Após o término do protótipo e conforme os valores de tensão medidos
de 0,62V, com uma velocidade do vento de 10,7m/s concluímos que o Gerador
Eólico pode ser otimizado alterando alguns aspectos construtivos. Poderíamos gerar
uma maior tensão através de simples alterações no campo magnético, como o
aumentando o número de voltas em cada bobina, utilizando uma alma de aço com
maior área útil e também com a troca dos imãs que são do tipo ferríticos por imãs de
propriedades iguais aos de HD que são muito mais potentes proporcionando assim
um aumento considerável na potência do campo magnético, aumentando
consequentemente a tensão gerada pelo mesmo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Lopes, Ricardo Aldabo, Energia Eólica , Editora Aldibler, 2001
Ulaby, fawwaz T, Eletromagnetismo para Engenheiros, Editora Bookman,2002
Joseph E. Shigley, Charles R. Mischke, Richard G. Budynas, Projeto de
Engenharia Mecânica, Editora Bookman;
Provenza, Francesco, Projetista de Máquinas, Editora Esc.Protec;
Stephen Michael Elonka, Manual Prático do Engenheiro, Editora McGraw-Hill;
Carvalho, Paulo, Geração Eólica, Editora Impr. Universitária;
Asimow, Morris, Introdução ao projeto : Fundamentos do Projeto de Engenharia,
Editora Mestre Jou;
Eolian generator using wood, stell 1010 and Cooper
ABSTRACT
One of the greatest troubles of today’s world is the issue of energy
reutilization, which is not being performed in a satisfactory level. This is due to the
fact that the largest amount of energy used in the planet is from non renewable
sources such as mineral, atomic, thermal or from the waters.
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Energy can be used in a more civilized and less expensive way, making use of
more renewable sources such as eolian, solar, tidal and geothermic energy, just to
mention a few. The energy from the winds is an abundant renewable energy source
which is clean and widely available. The use of this energy source to generate
electricity in a commercial scale started just over 30 years ago. Relying on the
knowledge of the aeronautic industry, eolian generating equipment developed ideas
and preliminary concepts for high technology products very rapidly. Besides the fact
that this source of energy is renewable, it is different from the other sources as it can
supply small populations, where there is no direct access to energy, and it does not
demand big investment. The aim of this project is to develop an eolic generator using
wood as the basic material. We hope to verify: what is the efficiency of the
generator?
Key words: machine, eolian, generator, efficiency
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