Gerador Eólico

Feira de ciências: Colégio Mirassol

24-Nov-2012 – 7º Ano

Juntando as anotações que guardei (01-Fev-2015).

Lembro-me que no mês de outubro daquele ano (2012), tive um problema de saúde – apendicite rompido (peritonite) – mais de 1 mês internado no hospital.

É lógico que para este projeto, também, pedi a ajuda do meu pai e quando me internei, havíamos terminado os primeiros estudos teóricos e tínhamos comprado alguns componentes para iniciar um protótipo.

Tive alta hospitalar, quando faltava 3 dias para a feira de ciências e não tínhamos ainda o gerador funcionando.  O meu pai utilizou os conhecimentos de eletrônica e sua experiência na área e fez o gerador funcionar 1 dia antes da feira acontecer...  Ele mês mesmo foi montar o gerador no colégio.

A parte eletrônica ainda continua um pouco complicado para mim.  Continuo ainda os estudos e pesquisas.

Uma coisa é construir gerador para acender meia dúzia de LED’s, outra coisa é fazer funcionar um trenzinho de 4W, com picos de corrente de até 3 amperes na partida.

Construir um gerador eólico mesmo para feira de ciências envolveu uma série de dificuldades (sendo que devíamos ter, no mínimo, 4W de potência de saída, para alimentar um carrinho, ou mesmo um trenzinho), não só técnicas, pois foi necessário ter um bom conhecimento elétrico e eletrônico, como também ser um bom artesão, devido a maior parte da confecção do gerador ser totalmente artesanal, como também a aquisição dos materiais e componentes apropriados impõe um grau de dificuldade bastante grande.

A carga definida:

Inicialmente a carga era um carrinho de brinquedo de controle remoto que se movimentaria sobre um trilho construído sobre uma base.  Porém, não deu certo, porque faltou o projeto para o trilho; tentou-se fazer no improviso e deu tudo errado.  A equipe responsável pelos trilhos alterou para um trenzinho que já vem com trilhos.  Sob o ponto de vista do gerador não houve maiores mudanças.

Especificação básica do trenzinho (carrinho de controle remoto é similar):

1)     Alimentação: 3 pilhas tipo AA  (1,5V)  = 4,5 Vcc

2)     Potência nominal informada: 4 W

3)     Corrente de pico medida: 3 amperes (durante 100 μs) – Osciloscópio digital com disparo externo sincronizado com o liga (ON) do trenzinho (não sei bem o que é isso, mas, o que meu pai fez para medir a corrente de pico)

4)     Corrente consumida quando o trenzinho está funcionando: 620 mA 

A idéia foi utilizar um motor de corrente contínua como gerador.

Uma “máquina” de corrente contínua é motor quando transforma a energia elétrica em energia mecânica.  Quando transforma a energia mecânica em energia elétrica é gerador.

Do ponto de vista da construção, motores e geradores de corrente contínua são iguais.  Assim um motor de corrente contínua pode funcionar como gerador e vice-versa.

Lembre-se: A energia não pode ser criada e nem destruída, somente é possível converter a energia de uma forma em outra. A energia é constante no universo.

Croqui do suporte (gerador):

Figura-1: Croqui do suporte para um gerador eólico de eixo horizontal

Escolha do motor:

Aplicou-se o método empírico (=por tentativas).

(Primeira tentativa): (Motor cc – 4,5V – 5W – 14.000 rpm)

Desmontamos um carrinho similar para utilizar o seu motor como gerador, mas, não deu certo.  A rotação (aprox. 650 RPM) com as hélices (D=250 mm) não foi suficiente para mover o carrinho igual.  Somente, quando conseguimos impor uma rotação de, aproximadamente, 14.000 RPM (rotações por minuto) é que conseguimos movimentar o carrinho, mesmo assim, às vezes falhou, na partida (precisou de um empurrão com o dedo para começar a andar...).  Em outras palavras, o gerador não conseguiu substituir as pilhas.

Observamos que há queda de tensão e corrente muito grande, quando colocamos a carga (=carrinho). Também, quanto maior a rotação, maior a tensão de saída do gerador.

(Segunda tentativa): (Motor cc – 12V – 1,8A – 15.000 rpm)

Comprado nas lojas da Santa Efigênia - São Paulo-SP

Figura-2: Detalhe do motor cc. 

Dos três motores que foram comprados, um deles é o que deu mais próximo do que esperávamos. Este motor mesmo com 850 rpm da hélice, gerou uma tensão de 4,5 ~ 6,0 Vcc nos terminais da turbina, mesmo solicitando uma corrente próximo de 700 mA.   Mas, ainda apresentava falhas (intermitentes, aleatórias) na partida porque, às vezes, não suportava a corrente de pico na partida (3 A, 100μs).  A probabilidade de falhar durante a feira de ciências é maior, porque o ventilador que será utilizado para simulação do vento é diferente do que usamos em casa. 

Para eliminar este problema, projetou-se um condicionador de tensão:

Figura-3: Diagrama de blocos do gerador eólico montado para feira de ciências

Figura-4: Esquema eletrônico do condicionador de tensão

Equipamentos utilizados durante o projeto, montagem e testes do gerador eólico.

1)     Osciloscópio Kenwood CS-4025;

2)     LCR Meter Goodwill (medidor LCR digital) – Modelo LCR-815B;

3)     Multímetro digital ADEX, modelo AX-6200

4)     Multímetro analógico Sanwa

5)     Paquímetro digital – 250 mm – Mitutoyo

Figura-5:  Foto da mesa de testes.

Figura-6:  Uma foto durante os testes.

Figura-7: Detalhe do Gerador Eólico.

O condicionador de tensão foi montado e colocado na base da hélice. A capacitância total utilizado é de 10.890 μF (50V).  A hélice utilizada é de 4 pás e de diâmetro de 250 mm.

Figura-8: Detalhe, maquete da feira de ciências

Inicialmente, foi especificado semáforo e respectivo controle que funcionasse em conjunto com o trenzinho (inicialmente, carrinho).  Não foi montado por falta de tempo.  Mas, o circuito (no papel) estava pronto, antes da minha internação:

Figura-9: Diagrama do controlador de semáforo e respectivo controle de anda e pára do trenzinho.

Figura-10: Funcionamento do circuito da figura-9.  As micro-chaves SW1 e SW2 podem ser acionadas, manualmente, ou, podem ser instaladas em posições convenientes nos trilhos para que o próprio trem (ou carro) acione quando passar por eles.