Construc¸ ˜ao do leme orientador

Para a construc¸ ˜ao do sistema de controle da sobretens ˜ao foram necess ´arios os seguintes utens´ılios

• M ´aquina de vidro de carro com motor CC 12 V acoplado • Bast ˜ao de ferro

• Calha

• Palanque de madeira • Placa de fenolite

5.2 Pr ´atica 61

• Rel ´es

• Componentes eletr ˆonicos

Iniciou-se a construc¸ ˜ao do prot ´otipo pelo leme orientador. A ponta do leme foi desenhada e cortada a partir da calha, ap ´os isso, parafusou-se a calha no bast ˜ao de ferro, formando o leme orientador.

Para que o leme exercesse o movimento de giro, foi utilizada uma m ´aquina de vidro el ´etrico de carro, a qual j ´a tem acoplada em sua cremalheira um motor CC de 12 V. Fixou-se o leme na parte m ´ovel da m ´aquina com parafusos e roscas. E assim, dependendo do circuito de controle o motor ir ´a acionar no sentido hor ´ario ou anti-hor ´ario, mas sempre necessitar ´a do comando vindo do deste circuito.

Assim como mostrado na Figura (47), para o suporte do sistema do leme, utilizou-se de um palanque de madeira fixando ent ˜ao o leme em sua base.

Foi necess ´ario cavar um buraco de 0,5 metros para fixar o palanque e tamb ´em, utilizou-se arames nos quatro lados, assim auxiliando na sustentac¸ ˜ao do sistema como um todo, pois com o leme j ´a acoplado, o sistema precisou ser equili- brado.

Posteriormente, esse palanque pode ser usado tamb ´em como a torre de sustentac¸ ˜ao do aerogerador.

Para o controle da sobretens ˜ao no sistema, foi projetada e implementada uma placa de circuito impresso contendo os circuitos de sobretens ˜ao, temporizador e o circuito acionador do motor a partir dos reles. No circuito de sobretens ˜ao existe um potenci ˆometro o qual tem a func¸ ˜ao de reproduzir uma rajada de vento, a qual quando acontece aumenta a tens ˜ao enviada pelo gerador para o controlador de carga.

Este circuito recebe o sinal que flui entre o gerador CC e o controlador de carga. No momento em que a sobretens ˜ao ocorre, ´e iniciado a atuac¸ ˜ao do seu controle, inicialmente acionando o rele, o qual ir ´a ativar o motor para ent ˜ao dobrar o leme em direc¸ ˜ao ao rotor.

Esta placa foi fixada ao lado da bateria no prot ´otipo para que possa usar a alimentac¸ ˜ao de 12 V proveniente da mesma. Para os testes em bancada e no prot ´otipo finalizado, optou-se em utilizar uma bateria de 12V, 7Ah, por ter um tamanho reduzido e assim, facilitando o deslocamento e fixac¸ ˜ao da mesma.

Na Figura (48) mostra-se a placa de circuito impresso, a qual foi projetada no software Eagle igualmente o circuito mostrado na simulac¸ ˜ao.

5.2 Pr ´atica 62

Figura 47: Leme antes de ocorrer a sobretens ˜ao Fonte: Autoria pr ´opria

Todos os componentes devidamente soldados e testados, tamb ´em cerificou- se a continuidade das trilhas e todas passaram no teste, esta placa foi instalada ao lado do prot ´otipo juntamente com a bateria de 12 V, que fornece a alimentac¸ ˜ao ne- cess ´aria para o funcionamento do circuito.

Para que a bateria e o circuito de controle do leme orientador fique loca- lizada ao lado do prot ´otipo, preferiu-se por colocar uma sustentac¸ ˜ao feita de calha e fixada na lateral do palanque de madeira. Desta forma, o circuito completo de controle est ´a situado pr ´oximo ao circuito motorizado.

Colocou-se fios longos conectados `a chave fim de curso a fim de conseguir posicion ´a-la exatamente aonde s ˜ao as limitac¸ ˜oes do sistema.

Por o motor da m ´aquina de vidro ser de corrente cont´ınua, e sua tens ˜ao de trabalho ´e de 12 V, este pode ser conectado a placa, sem prejudicar a integridade do sistema.

5.2 Pr ´atica 63

Figura 48: Circuito implementado do controle de sobretens ˜ao Fonte: Autoria pr ´opria

A Figura (49) exibe o sistema de controle executado, devidamente alimen- tado e fixado no local de teste.

Com o prot ´otipo montado, realizou-se testes para verificar o tempo de car- regamento real do capacitor, cujo na maioria das vezes difere do simulado. Foi aferi- das medic¸ ˜oes com o aux´ılio do mult´ımetro e estabelecido um tempo para a coleta de dados com intervalo de 500 mV entre as aferic¸ ˜oes. A tens ˜ao final de carga do capa- citor constantemente realiza a comparac¸ ˜ao direta entra ela e a tens ˜ao de refer ˆencia estabelecida.

Na pr ´atica como a bateria ´e nova e nunca havia sido utilizada, a sua tens ˜ao de carga ´e superior aos 12 V desejados, se aproximado de 12,7 V, isto faz com que a tens ˜ao de refer ˆencia de todo o circuito seja modificado, elevando-a, assim, afetando diretamente tamb ´em ao circuito temporizador, a qual teve sua tens ˜ao de refer ˆencia elevada para 6,3 V.

Baseado nas medic¸ ˜oes aferidas de tens ˜ao e tempo percorrido em minutos, pode-se construir uma tabela com os dados. Nota-se que logo no in´ıcio a tens ˜ao sobe rapidamente, tendendo a elevar vagarosamente a medida que chega ao fim do ciclo.

5.2 Pr ´atica 64

Figura 49: Sistema de controle acoplado `a bateria Fonte: Autoria pr ´opria

Os dados s ˜ao mostrados na tabela abaixo.

Tabela 7: Tempo percorrido para a carga do capaci- tor

Tens ˜ao (V) Tempo (min)

0,5 0:28 1 0:43 1,5 1:25 2 2:12 2,5 2:57 3 3:54 3,5 4:49 4 5:45 4,5 7:00 5 7:52 5,5 9:58 6 11:35 6,3 12:50

5.2 Pr ´atica 65

Com os dados da Tabela 7, pode-se construir uma curva de carga do ca- pacitor, analisando assim, o seu desempenho. Percebe-se que a curva ´e condizente com o esperado ao projetar o circuito e seu crescimento ´e exponencial tal como indica a Equac¸ ˜ao (19).

Figura 50: Curva de carga do capacitor Fonte: Autoria pr ´opria

Na Figura (51) ´e mostrado o momento em que o circuito de controle j ´a foi ativado pela sobretens ˜ao, ativando o motor e assim, ocorre a inclinac¸ ˜ao do leme, comec¸ando ent ˜ao a carregar o capacitor indicando o in´ıcio da temporizac¸ ˜ao do sis- tema.

Figura 51: Leme na posic¸ ˜ao fechado ap ´os a ocorr ˆencia da sobretens ˜ao Fonte: Autoria pr ´opria

Passado os quase 13 minutos obtidos no teste do prot ´otipo, o leme volta a sua posic¸ ˜ao inicial como na Figura (47) e a chave paralela ao capacitor ´e fechada, fazendo com que o capacitor seja rapidamente descarregado.

Deste modo o circuito encerra o seu ciclo, preparando-se para uma nova ocorr ˆencia de sobretens ˜ao.

66

6 CONCLUS ˜OES

In ´umeros s ˜ao os problemas que diferenciam a teoria da pr ´atica, alguns cau- sados por componentes de baixa qualidade, outros apenas pelo fato de interagir com o ambiente. Consequentemente, o circuito se comportou de maneira diferente da simulac¸ ˜ao, por ´em, realizou o trabalho esperado.

O circuito temporizador foi projetado para ativar o motor ap ´os 10 minutos, por ´em, na pr ´atica, com os mesmos componentes da simulac¸ ˜ao, ele temporizou du- rante 13 minutos at ´e ultrapassar a tens ˜ao de refer ˆencia.

A falta do investimento necess ´ario causou um desfalque ao projeto pro- posto, por ´em, abordou-se todo o desenvolvimento do projeto, sua simulac¸ ˜ao e constatou- se que o circuito da maneira proposta funcionar ´a com excel ˆencia carregando a bateria, e quando essa carga estiver completa, ´e poss´ıvel chavear manualmente para a carga dump, at ´e que a bateria seja acoplada novamente necessitando de carga.

O controle de sobretens ˜ao a partir do leme orientador foi um circuito pro- posto pensando na viabilidade t ´ecnica, com baixo custo e operac¸ ˜ao constante. O projeto foi proposto exatamente para essa utilidade, com m ´edia complexidade e al- guns ajustes necess ´arios, por ´em, funcionou perfeitamente ap ´os o projeto conclu´ıdo e testado, a execuc¸ ˜ao posterior ´e de simples processo.

O projeto foi considerado vi ´avel tecnicamente, o que significa que est ´a pronto e pass´ıvel de ser executado se houver o investimento necess ´ario. A ´area ne- cess ´aria encontrada para a varredura das p ´as ´e considerada fact´ıvel.

O sistema de controle de sobretens ˜ao a partir do leme, este que foi execu- tado o projeto e funcionou otimamente na pr ´atica, assim como na simulac¸ ˜ao.

Lamentavelmente, financeiramente o projeto completo n ˜ao ´e vi ´avel, pois al ´em do custo j ´a adquirido, o projeto custaria em m ´edia 4 mil reais.

A autora conseguiu compreender sublimemente a necessidade real de uma gerac¸ ˜ao de energia secund ´aria para produtores rurais de pequeno porte, visto que perdem muito de sua produc¸ ˜ao por n ˜ao ter essa alternativa. E v ˆe-se que o pouco de energia ´util que ele pudesse ter, j ´a mudaria a sua realidade.

6 CONCLUS ˜OES 67

distante do que o pequeno produtor se proporia a arcar, assim como a autora tamb ´em n ˜ao conseguiu se responsabilizar.

68

REFER ˆENCIAS

ABELHA, Pedro Cl ´audio Freixo.Est ´agio-Te connectivity. Tese (Doutorado), 2014. ALMEIDA, Antenor Timo Pinheiro de; SILVA, Micael Martins da.Desenvolvimento e montagem de um gerador e ´olico com p ´as comp ´ositas, UnB, 2011.

AMBIENTE.Conselho mundial de energia preve que capacidade instalada pode chegar a 800 GW. 2017. Dispon´ıvel em: <https://www.ambienteenergia.com.br/in- dex.php/2017/05/conselho-mundial-de-energia-preve-que-capacidade-instalada-de- energia-eolica-mundo-pode-chegar-800-gw-ate-2021/31597>.

ASHWILL, Thomas. Materials and innovations for large blade structures: research op- portunities in wind energy technology. In:50th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structu- res, Structural Dynamics, and Materials Conference 17th AIAA/ASME/AHS Adap- tive Structures Conference 11th AIAA No. [S.l.: s.n.], 2009. p. 2407.

BERMANN, C ´elio. Crise ambiental e as energias renov ´aveis.Ci ˆencia e Cultura, So- ciedade Brasileira para o Progresso da Ci ˆencia, v. 60, n. 3, p. 20–29, 2008.

BORGES, Luiz Augusto. Produtores rurais tem prejuizo com falta de energia em MG. 2015. Dispon´ıvel em: <http://g1.globo.com/minas-gerais/triangulo-mineiro/no- ticia/2015/11/produtores-rurais-tem-prejuizos-com-falta-de-energia-eletrica-em-mg- .html>.

BRAGA, Newton C. Como funcionam os carregadores de baterias. 2014. Dispon´ıvel em: <http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/2630- art448?showall=start=1>.

BRETSCHNEIDER, M.R e outros. An ˜A¡lise do uso de materiais em aerogeradores. Universidade Feevale, p. 3–9, 2016.

BRITO, Sergio de S. Tipos de Aerogeradores para Geracao de Ener- gia Eletrica. 2008. Dispon´ıvel em: <http://www.cresesb.cepel.br/index- .php?section=com contentlang=ptcid=231>.

CAMPOS, Maxdavid Oliveira. Estudo comparativo de p ´as para aerogeradores de grande porte fabricadas em materiais comp ´ositos reforc¸adas com fibra de car- bono ou fibra de vidro. Dissertac¸ ˜ao (Mestrado) — Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2013.

DIDACTIC, Festo.Electricity and New Energy Permanent Magnet DC Motor. [S.l.], 2014. Dispon´ıvel em: <https://www.labvolt.com>.

ELETRICAL4U. PMDC Motor - Working principle construction. 2015. Dispon´ıvel em: <https://www.electrical4u.com/permanent-magnet-dc-motor-or-pmdc-motor/>.

Refer ˆencias 69

FAESC. Falta de energia eletrica causa prejuizos. 2014. Dispon´ıvel em: <http:- //www.canalrural.com.br/noticias/pecuaria/falta-energia-eletrica-causa-prejuizos- agropecuaria-santa-catarina-24800>.

FARIAS, Guilherme de Carvalho et al. Sistema para gerenciamento do carregamento de baterias alimentado por uma turbina e ´olica. Universidade Federal do Maranh ˜ao, 2016.

FILHO, F de MARCO. Elementos de transmiss ˜ao flex´ıveis. Livro eletr ˆonico, Depar- tamento de Engenharia Mec ˆanica POLI/UFRJ, 2009.

GARCIA, Daniel Vercillo Carneiro.PROJETO MEC ˆANICO DE UM AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL. Tese (Doutorado) — Departamento de Engenharia Mec ˆanica DEM/POLI/UFRJ PROJETO MEC ˆANICO DE UM AEROGERADOR DE EIXO HORI- ZONTAL Daniel Vercillo Carneiro Garcia Projeto de Graduac¸ ˜ao apresentado ao Curso de Engenharia Mec ˆanica da Escola Polit ´ecnica, Universidade Federal do Rio de Ja- neiro, 2016.

GOLDEMBERG, Jos ´e; LUCON, Oswaldo. Energia e meio ambiente no brasil.Estudos avanc¸ados, SciELO Brasil, v. 21, n. 59, p. 7–20, 2007.

GWEC. Global wind report.Global Wind Energy Council, 2016.

IEA-ETSAP, IRENA. Wind power. The International Renewable Energy Agency (IRENA), 2016.

INSTRUMENTS, Texas. SGx524 Regulating Pulse-Width Modulators. 2015. Dis- pon´ıvel em: <http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sg2524.pdf>.

LEITE, Bruno Willians; SILVA, Victor Fran¨ı¿1

2a da. Turbina e¨ı¿ 1

2lica. 2014.

LIMA, Lucas F.; JR., Sebasti¨ı¿1₂o C. Guimar¨ı¿1₂es; PAULA, A¨ı¿1₂dson A. de. Pot¨ı¿1₂ncia extra¨ı¿1₂da de turbinas e¨ı¿1₂licas baseada na compara¨ı¿1₂¨ı¿1₂o de diferentes tipos de velocidade dos ventos.CEEL, p. 3–6, 2011.

LOPES, Alexandre M.Produc¸ ˜ao e ´olica e enquadramento t ´ecnico-econ ´omico em Portugal, 2009.

MARQUES, Felipe Castro Pereira; SANTOS, Fernando N¨ı¿1

2brega dos. Como funci- ona a energia e¨ı¿1₂lica. 2014. Dispon´ıvel em: <https://evolucaoenergiaeolica.word- press.com/aerogerador-de-eixo-horizontal/>.

MARQUES, Jeferson et al. Turbinas e ´olicas: Modelo, an ´alise, e controle do gerador de induc¸ ˜ao com dupla alimentac¸ ˜ao. Universidade Federal de Santa Maria, 2004.

NOVAES, Edson. Falta de energia eletrica e o prejuizo na pecu¨ı¿1₂ria lei- teira. 2016. Dispon´ıvel em: <http://sistemafaeg.com.br/noticias/artigos/15176-falta- de-energia-eletrica-e-os-prejuizos-na-pecuaria-leiteira>.

OLIVEIRA, EF de. Conversor est ´atico de baixo custo e alto rendimento para siste- mas e ´olicos de pequeno porte. Monografia. Universidade Federal do Cear ´a–UFC, Fortaleza, CE, 2010.

Refer ˆencias 70

POMILIO, Jos ´e Antenor. Topologias b ´asicas de conversores cc-cc n ˜ao-isolados.S ˜ao Paulo: Unicamp, 2015.

REDONDO, Djalrna M; L´IBERO, VL. Conceitos b ´asicos sobre capacitores e indutores. Revista Brasileira de Ensino de F´ısica, Brasil, v. 18, n. 2, p. 137–142, 1996.

RODRIGUES, Leandro Gaspari et al.Estudo e desenvolvimento de um conversor DC-DC de topologia buck para aplicac¸ao aeroespacial. 2007.

ROSEMBACK, RH. Conversor cc-cc bidirecional buck-boost atuando como controla- dor de carga de baterias em um sistema fotovoltaico. vol Master Juiz de Fora-MG: UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA, 2004.

ROSSI, Pedro H. J.; OLIVEIRA, C¨ı¿1₂ssia P. de. Perguntas Frequentes sobre Ener- gia E¨ı¿1₂lica. 2014. Dispon´ıvel em: <http://www.pucrs.br/ce-eolica/faq.php?q=14>.

SILVA, Adriano J; MUNHOZ, Fernando C; CORREIA, Paulo B. Qualidade na utilizac¸ ˜ao de energia el ´etrica no setor rural: problemas, legislac¸ ˜ao e alternativas.Procedings of the 4th Encontro de Energia no Meio Rural, SciELO Brasil, 2002.

TUTORIALS, Alternative energy.Permanent magnet DC generator. 2013. Dispon´ıvel em: <http://www.alternative-energy-tutorials.com/wind-energy/pmdc-generator- .html>.

VITORINO, C ´assia Resende Silva. Modelagem din ˆamica de caixa multiplicadora de velocidades de aerogeradores. 2012.

71

ANEXO A - PROJETO DA CAIXA DE ENGRENAGENS

O projeto mostrado abaixo foi elaborado pelo Engenheiro Janerson Forner Flores. Consiste em uma caixa de multiplicac¸ ˜ao de engrenagens, a qual tem uma relac¸ ˜ao de 1:27. ´E composto de eixos, engrenagens e a caixa com o modelo proposto. A Figura (52), (53) e (54) mostram as engrenagens utilizadas no projeto. Necessita-se da confecc¸ ˜ao de duas engrenagem com 10 dentes.

Figura 52: Engrenagem de 60 dentes

Anexo A - Projeto da caixa de engrenagens 72

Figura 54: Engrenagem de 10 dentes

As Figuras (56) e (55) s ˜ao os eixos utilizados para o projeto.

Anexo A - Projeto da caixa de engrenagens 73

Figura 56: Eixo acoplado ao rotor

A Figura (57) ´e a caixa de multiplicac¸ ˜ao montada da forma como ´e ne- cess ´ario para que opere multiplicando a rotac¸ ˜ao da velocidade em 27 vezes.