ANA GABRIELA DE
OLIVEIRA PEREIRA
CONFECÇÃO DE UM
AEROGEDOR DE PEQUENO PORTE E BAIXO CUSTO
LAVRAS - MG
2021
SUMÁRIO
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1. |
INTRODUÇÃO |
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2 |
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2. |
OBJETIVOS |
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4 |
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3. |
ENERGIA EÓLICA |
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5 |
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3.1 |
TURBINA EÓLICA |
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5 |
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4. |
METODOLOGIA |
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6 |
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4.1 |
CONFECCIONAMENTO DAS PÁS DO AEROGERADOR |
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6 |
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4.2 |
CONFECCIONAMENTO DA CHAPA DE ALUMÍNIO |
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6 |
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4.3 |
CONFECCIONAMENTO DA BASE DE MADEIRA |
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7 |
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4.4 |
GERADOR |
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7 |
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4.5 |
BATERIA |
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8 |
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4.6 |
CIRCUITO |
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8 |
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5. |
RESULTADOS |
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10 |
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6. |
CRONOGRAMA |
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7. |
CUSTO |
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CONCLUSÃO |
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REFERÊNCIAS |
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Diante da crescente preocupação com efeitos relacionados ao
meio ambiente e ao aquecimento global, os governos através de acordos de
âmbitos internacional, estão enviando esforços na busca por alternativas para
reduzir os impactos causados pelas atividades humanas. Dentre as atividades
mais influentes está a produção de energia elétrica baseada cem combustíveis
fósseis, como carvão mineral, gás natural e o petróleo. Essas fontes são
amplamente utilizadas por países industrialmente desenvolvidos contribuindo de
forma significativa para o aumento dos níveis de poluição.
Este cenário impulsionou o estudo e o desenvolvimento do
mercado para novas formas de produção de energia sem a dependência de sistemas
centralizados de geração, baseados em fontes renováveis. Destacando-se a
energia solar, eólica e biomassa. É importante destacar que os custos de
implementação dessas soluções ainda são relativamente elevados para pequenos
consumidores, o que acaba desestimulando os investimentos.
O Brasil possui um dos maiores programas de energias
renováveis do mundo, o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia
Elétrica (PROINFA), o qual vem incentivando o crescimento e a estruturação
deste mercado no país.
Estudos relacionados ao desenvolvimento de aerogeradores
principalmente na escala de geração de pequeno porte, em centros universitários
ou entidades provadas, colaborariam com a eminente necessidade de abastecimento
a sistemas isolados, o qual é o setor que mais sofre pela falta de oferta de
energia, esses estudos poderiam ainda causar um impacto na redução do preço de
aquisição da turbina eólica para sistemas não só isolados, mas também
conectados, evitando investimentos governamentais em grande escala para geração
e distribuição de energia elétrica no país.(JÚNIOR, 2014)
A adoção da energia eólica em maior escala depende da sua
aceitação popular, pois como todas as formas de geração de energia, ela também
apresenta problemas. As turbinas eólicas podem apresentar poluição visual,
sonora e afetar problemas a mortalidade de pássaros. No entanto, é entendimento
global que suas desvantagens são muito menores do que o impacto do aquecimento
global antropogênico, decorrente de queima de carvão e de óleo em usinas
termoelétricas.
A expressão DIY (Do It Yourself), que significa “Faça você
mesmo” tem ganhado destaque entre os consumidores, ele consiste na construção
de suas soluções com matérias primas de fácil acesso afim de atender as suas
necessidades.
Dito isso, o presente projeto busca desenvolver uma solução alternativa para a geração de energia de forma isolada, de baixo custo e de fácil manuseio, capaz de gerar energia elétrica para pequenas cargas.
2. OBJETIVOS
O presente projeto tem como objetivo principal a confecção
de um aerogerador de pequeno porte e baixo custo. Com a ideia principal de
desenvolver o projeto em sua residência, com materiais de fácil acesso, o
aerogerador além de ser uma forma de energia sustentável ele é de fácil
manuseio e confecção.
Iremos montar todo o projeto com materiais de fácil acesso
como dito acima, visando ter o menor custo possível.
Além dessa análise, tentaremos carregar um celular e
acender 13 LEDs, para analisarmos o desempenho do aerogerador.
O nosso objetivo consiste em estudar, pesquisar,
desenvolver, projetar e construir um aerogerador de baixo custo e pequeno
porte.
3. ENERGIA EÓLICA
A energia eólica diz respeito à transformação da energia do vento em energia útil, é uma forma de obter energia de forma renovável e limpa, uma vez que, não produz poluentes. O vento consiste num fluxo de gases em grande escala, proporcionando variações significativas ao longo do ano. Este movimento do ar em decorrência do aquecimento irregular da atmosfera pela radiação solar pode ser transformado em energia útil. (REIS,2019)
Esse processo é conhecido como energia eólica e é usado
para produzir energia mecânica através de moinhos de vento, produzir
eletricidade ou impulsionar os veleiros através de velas. A
origem da energia eólica é muito remota. Desde a antiguidade que se percebeu a
força do vento. O vento era aproveitado nos barcos que se moviam impulsionados
por este através de velas. (REIS,
2019)
3.1
TURBINA EÓLICA
No processo de conversão,
muitas topologias de turbinas são utilizadas, tais como as turbinas de eixo
horizontal e vertical, ou ainda projetos mais audaciosos como turbinas
flutuantes.
Apesar de inovadoras, muitas
dessas novidades de turbinas não conseguem se solidificar no mercado. Histórica
e comercialmente, observou-se que as turbinas de eixo horizontal utilizando 3
pás representam uma melhor alternativa de sistema de conversão da energia
eólica para geração elétrica, devido a sua eficiência de operação, estabilidade
estrutural e a dinâmica dos fluidos.
4. METODOLOGIA
4.1 CONFECCIONAMENTO DAS PÁS
DO AEROGERADOR
O projeto desenvolvido, teve como referência na
parte de componentes, o projeto desenvolvido pelo Manual do Mundo, não foi
utilizado todas as coisas que eles utilizarão. Fomos aperfeiçoando de acordo
com as coisas que tínhamos disponível, visto que, queríamos desenvolver um
projeto de baixo custo e que suas componentes fossem de fácil acesso.
Algumas peças que foram confeccionadas, como, as
pás, a placa de alumínio e a base de madeira, elas foram feitas a partir de um
desenho que foi disponibilizado pelo manual do mundo com escalas e medidas
utilizada. Esse material que foi tido como referência está nas referências
bibliográficas caso alguém tenha o interesse de confecciona-las.
Começamos a montagem do projeto, iniciamos pelas
pás do aerogerador a qual foi feita com cano pvc de 100mm, o cano foi cortado
para facilitar o desenho, logo em seguida desenhado as medidas esperadas e logo
em seguida foi cortado novamente, mas agora com o tamanho e formato ideal das
pás, para uma medida mais exata, o cano foi aquecido no fogão e uma tábua foi
colocado em cima dele quente para que ele ficasse reto, logo após, foi feito a
correção das medidas e assim ele foi cortado com uma tesoura para cortar chapa,
após feito isso, as pás foram lavadas, secadas e pintada com tinta spray
branca. Foi deixada secando.
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Especificações |
Medidas |
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Forma da pá |
Trapezoidal |
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Comprimento da pá |
0.4m |
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Base maior |
0.1m |
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Base menor |
0.05m |
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Peso da pá |
85g |
Tabela 1: Especificações da pá utilizada no aerogerador.
4.2 CONFECCIONAMENTO DA CHAPA
DE ALUMÍNIO
Após a confecção das pás, foi confeccionado uma chapa de alumínio, com espessura de 2mm, essa chapa será utilizada para fazer a ficção das pás na parte estrutural do projeto, a chapa foi feita a partir de uma placa de alumínio. Primeiro foi desenhado o molde, e depois ela foi cortada com uma tesoura.
Figura 1: Detalhamento da chama de
alumínio e a placa já confeccionada.
4.3 CONFECCIONAMENTO DA BASE
DE MADEIRA
Enquanto isso foi montado a parte estrutural do
projeto, a qual foi feita com madeira, seguimos o dimensionamento do projeto do
manual do mundo, e fizemos a base de madeira.
Figura 2: Detalhamento da base de madeira.
4.4 GERADOR
Utilizamos um motor de parafusadeira como gerador
no projeto, ele tem 9,6V.
4.5 BATERIA
Foi utilizado uma bateria de motocicleta de 12V no
projeto.
4.6 CIRCUITO
O circuito de corrente continua foi feito
utilizando 4 resistores de 120R x 1/8W, 12 LEDs, fios de cobre, 4 mine jumper,
uma Barra de Pinos 1x40 Vias 11,2mm 180º.
Utilizamos uma placa de madeira para fazer a
montagem no circuito, seguimos o exemplo de circuito do Manual do Mundo, porem
utilizamos apenas 12 LEDs, a demonstração do circuito do Manual do Mundo se
encontra na figura (5).
Ø Ve:
tensão de alimentação, operando na faixa 10^14V;
Ø R1 a
R4: resistores limitadores de corrente, cujo dimensionamento será apresentado
abaixo;
Ø LED1 a
LED16: LEDs de alto brilho branco, diâmetro de 5mm, com tensão 2,7V @ 10 mA,
para a potência nominal;
Ø JP1 aJP4: jumpers opcionais, para ajuste da luminosidade em ¼ , ½ , ¾ ou máxima.
5. RESULTADOS
Começamos a fazer o projeto pela parte estrutural dele, no caso a base de madeira, como discutido em metodologia usamos os dimensionamentos sugerido pelo manual do mundo, na figura (6), está mostrando como ficou a base do nosso projeto.
Após confeccionada a base do aerogerador, começamos a
confecção das pás, foi feita duas pás com cano PVC de 100mm, inicialmente
cortamos o cano ao meio, logo após esquentamos ele no fogão para que a placa
ficasse reta, facilitando assim o desenho das pás, as medidas utilizadas estão
sendo citadas na tabela (1), após feito isso, desenhamos com canetinha no PVC e
viemos cortando com uma tesoura. O resultado final está demonstrado na figura (7).
Com as pás já cortada, levamos elas ao fogo novamente para
que conseguíssemos modelar ela, o resultado final está demonstrado na figura
(8).
Com as pás do aerogerador pronta, podemos calcular a massa
dela. Como demonstrado abaixo.
Onde:
P: peso
m: massa
g: gravidade
A montagem do projeto é simples, já tendo as pás montadas, a
gente tem que fixar elas no mancal de bicicleta, feito isso, a gente faz a
ligação do mancal de bicicleta com o gerador do projeto, fizemos essa ligação
com solda. Para o gerador ficar bem fixo usamos um suporte de metal para fixar
ele. A figura (9) mostra como ficou o projeto depois de montado.
Figura 9: Projeto montado com todos os seus componentes.
Após montado a parte estrutural do projeto, começamos a
confeccionar o circuito de corrente continua do projeto.
Pegamos uma placa de madeira para ficar mais fácil a ficção das
componentes do circuito, feito esse encaixe, começamos a soldar o circuito para
que ele todo estivesse ligado, após feito isso utilizamos um multímetro para
ver se o circuito estava transmitindo corrente e ele estava transmitindo
119V/120V, que já era o esperado para o circuito. A Barra de pinus utilizada,
ela serviu para fazer a ligação dos mine jumper, tanta a barra quanto os mines
jumper não possuem escala, logo a ordem que ficaria a ligação não importaria.
O circuito pronto está representado na figura (10) e a figura (11) mostra como ficou à frente do circuito.
Figura10: Circuito montado. Figura
11: Parte da Frente do Circuito.
Iremos realizar o calculo agora para saber a corrente fornecida e a potência máxima que será que será consumida pela lâmpada.
A corrente fornecida pela fonte Ve(gerador) é calculada por:
A potência máxima consumida pela lâmpada é de:
Após tudo montamos começamos fazendo os experimentos, os
experimentos propostos foram carregar um celular a acender 12 LEDs com a
energia eólica.
Ambos os experimentos foram realizados com sucesso, os LED mostramos acima como ficou a confecção dele e na figura (12) está mostrando o carregador de celular, utilizamos aqueles carregador de carro e fizemos a ligação na bateria. Na figura (12) ele ainda não está funcionando só esta mostrando como ficou a ligação.
Deixarei disponível o link do vídeo no YouTube, para que
possam ver o projeto funcionando e tudo o que foi explicado nesse trabalho.
Link: https://www.youtube.com/watch?v=Ez0gsAnHO7c
6. CRONOGRAMA
7. CUSTO
CONCLUSÃO
Podemos concluir que apesar de parecer um projeto simples
não é, a gente sabe na teoria como tem que funcionar, mas quando vamos na prática
dificulta um pouco, eu tive sorte pois tinha pessoas da minha família que
puderam me ensinar como fazer as ligações e tudo o que precisou no projeto.
O circuito foi a parte mais trabalhosa, quando foi
apresentado o pré-projeto, pensávamos que as peças utilizadas no circuito
seriam de fácil acesso, mas na cidade onde resido não tinha nenhuma loja de
eletrônica e para comprar as peças na internet o frete iria sair muito caro e
não compensaria. Logo optamos por ir em uma cidade perto de onde eu resido, mas
não encontramos todos os materiais, só encontramos o diodo e os LEDs, assim
como última opção tivemos que optar por comprar na internet, um produto que tem
um custo muito baixo, acabou saindo com um preço um pouco elevado.
Optamos por não utilizar o imã no projeto, por ser
um material de alto custo, não iria compensar colocar, logo que o projeto já
estava atendendo todas as expectativas.
Tivemos diversos imprevistos ao decorrer do
projeto, como já foi citado, mas o projeto se feito em escala maior, ele
consegue suprir as necessidades de uma casa, como o nosso era apenas para teste
e ele funcionou muito bem, se mudar a escala dos componentes e tiver um
transformador de energia ele atende as necessidades de uma casa.
Nosso objetivo inicial era acender 16 LEDs e fazer
com que ele carregasse um celular, o celular ele carregou perfeitamente, mas os
LEDs como não foram comprados na minha cidade alguns vieram queimado por isso
utilizamos 12 LEDs, mas funcionou perfeitamente.
Mas como dito, o nosso projeto tinha objetivos
experimentais e teóricos, podemos concluir que o protótipo de um aerogerador de
baixo custo e de pequeno porte, atendeu todas as expectativas, pelos nossos
experimentos ele funcionou perfeitamente.
REFERÊNCIAS
GOMES, Amanda Mendes Ferreira;
TRIERVEILER, Matheus. Desenvolvimento de um mini gerador eólico de baixo custo
utilizando a técnica do it yourself. 2018. 120 f. TCC (Graduação) - Curso de
Engenharia Elétrica, Universidade do Sul de Santa Catarina, Palhoça, 2018.
KONRATH
JÚNIOR, Luiz Gilberto. Aerogerador
de pequeno porte construído a partir de materiais reutilizáveis para aplicação
em sistema isolado. 2014. 64 f. TCC (Graduação) - Curso de
Engenharia de Materiais, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2014.
Disponível em: https://wp.ufpel.edu.br/engmateriais/files/2019/02/TCC-Luis.pdf.
Acesso em: 26 out. 2021.
MAIA, Thales Alexandre
Carvalho. Projeto e Construção de um Gerador a Ímãs Permanentes de Fluxo Axial
para Turbina Eólica de Pequena Potência. 2011. 197 f. Dissertação (Mestrado) -
Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Minas Geral, Minas
Gerais, 2011. Disponível em: < https://www.ppgee.ufmg.br/defesas/187M.PDF
>. Acesso em: 03 setembro 2021.
REIS,
Pedro. Energia Eólica.
2019. Disponível em: https://www.portal-energia.com/energia-eolica/. Acesso em:
26 out. 2021.
