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TÍTULO: DESENVOLVIMENTO DE GERADOR DE ENERGIA SEM MOTOR A COMBUSTÃO
CATEGORIA: CONCLUÍDO
ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
SUBÁREA: Engenharias
INSTITUIÇÃO: CENTRO UNIVERSITÁRIO AMPARENSE - UNIFIA
AUTOR(ES): RONALDO MARCELO FERREIRA DOS SANTOS, PEDRO CARDOSO RUAS DE MELO, SAULO MANARA DA SILVA, ROBSON MATHEUS MARTAURO, PAULO HENRIQUE CARDOSO DE MELO
ORIENTADOR(ES): GABRIELA LEAL
1. Resumo
O aumento do efeito estufa somado as doenças causadas pela geração da queima de combustíveis fosseis tornam a procura por fontes de energia alternativas uma necessidade. Para geradores a combustão não é diferente, sendo assim esse projeto propõe o estudo e desenvolvimento de um sistema de geração de energia por meio de ação mecânica, sem utilizar combustão. Para isso foi realizado o desenvolvimento de um sistema mecânico de acoplamento e de partida e retroalimentação do motor DC, a calibração e o aferimento da tensão gerada e testes de tensão máxima e tempo de duração do sistema. Após teste foi verificada a necessidade de modificação no projeto inicial para diminuição das perdas do sistema causadas pelo sistema de polias e correias e, após modificações, foi possível desenvolver o sistema utilizando um motor trifásico como gerador, um motor 12VCC para a partida do gerador juntamente com uma bateria de 12VCC e um sistema de retificação para a retroalimentação da bateria proposto com obtenção de uma tensão de 220VCA e autonomia de 40 minutos.
2. Introdução
Mais de 80% da eletricidade gerada no país é proveniente de hidrelétricas, e os reservatórios a cada ano que passa sofre mais com a estiagem devido às mudanças climáticas. Com isso a segunda alternativa de produção são as termoelétricas (queima de carvão, gases e combustíveis), impactando o meio ambiente.
Segundo Morais e Costa, os níveis de CO2 na atmosfera aumentaram de 260 a
380ppm nos últimos 100 anos e o principal causador é a queima de combustíveis fósseis [1]. Esse aumento na queima ocorre devido ao aumento da população e industrialização e a necessidade das pessoas na geração e utilização de energia e como consequência podemos citar a intensificação no efeito estufa [1].
Segundo Koike e colaboradores, o efeito estufa é o causador de mudanças globais de clima com sérios problemas ambientais e isso ocorre devido aos gases causadores do efeito estufa permitem a entrada da luz solar e impedirem que parte do calor volte ao espaço, sendo esse um efeito necessário em pequenas quantidades, mas catastrófico em grandes quantidades [2].
Segundo Braun, Appel e Schmal, os efeitos dos gases gerados pela combustão de combustíveis fosseis vão além do efeito estufa, sendo eles responsáveis por efeitos tóxicos agudos e, a longo prazo, são causadores de doenças respiratórias como fibrose pulmonar e câncer do trato respiratório [3].
Para a diminuição da emissão desses gases, existem incentivos para implantar fontes de energia alternativas, mas ainda são escassas as alternativas para todos os motores a combustão. Nesse sentido, geradores de energia a combustão são também um alvo para essa mudança, uma vez que os mesmos ainda são muito utilizados no país e apresentam diversas desvantagens além da óbvia poluição do ar como, por exemplo, processo de instalação lento com custo elevado, custo de manutenção e revisão, dependência de combustível fóssil, proteções e medidas de segurança para contra incêndios e contaminações, entre outros [4].
Desta forma existe uma necessidade geral no estudo e criação de geradores de energia que não utilizam combustão, como forma de evitar os problemas associados ao mesmo.
3. Objetivos
O objetivo principal do projeto consiste no desenvolvimento de um gerador de energia elétrica por meio de ação mecânica sem utilização de motor à combustão. Para isso, os seguintes objetivos específicos precisam ser alcançados:
• Desenvolvimento do sistema mecânico de acoplamento;
• Desenvolvimento do sistema de partida e retroalimentação do motor DC; • Calibração e aferimento da tensão gerada;
• Testes de tensão máxima e tempo de duração do sistema.
4. Metodologia
Para o desenvolvimento do sistema mecânico de acoplamento o projeto inicial foi a utilização de um sistema de polias intermediárias e correias que, posteriormente, foram retiradas, optando-se por um acoplamento direto entre o motor e o gerador. Na figura 4.1 pode ser observado o desenho conceitual do projeto inicial do sistema mecânico de acoplamento.
Figura 4.1. Desenho conceitual do projeto inicial do sistema mecânico de acoplamento.
O sistema de partida e retroalimentação do motor DC, responsável pela partida do gerador, foi desenvolvido utilizando uma bateria 12VCC 60A para alimentar o motor DC 12VCC e um circuito de retificação que utilizará a tensão gerada para retroalimentar a bateria, no qual se almeja o aumento do tempo de duração do sistema.
Para o gerador optou-se pelo desenvolvimento de uma estrutura interna e externa do mesmo em Nylon com a utilização de imãs para o estudo do comportamento e características de um gerador. Posteriormente foi utilizado um motor trifásico como gerador.
Após a construção do gerador e a determinação do acoplamento foram realizadas medições de tensão utilizando um osciloscópio Minipa MVB DSO e um multímetro digital convencional.
5. Desenvolvimento
O projeto foi iniciado com o desenvolvimento de um gerador com a utilização de uma estrutura de Nylon e imãs, que pode ser observado na figura 5.1, onde pode ser compreendido o funcionamento de um gerador.
a) b)
c) d)
Figura 5.1. Estrutura interna e externa do gerador.
Com esse primeiro protótipo foram observadas as características estruturais que afetam a tensão de saída de um gerador. É possível observar na figura 5.2 a tensão de saída desse gerador, no qual em a é verificado a tensão de saída em sua primeira configuração e em b a tensão de saída após testes e modificações em sua estrutura.
a) b)
Apesar do ajuste do gerador, foi necessária a substituição do mesmo devido suas limitações estruturais, sendo então ele substituído por um motor trifásico utilizado como gerador.
No projeto inicial do sistema mecânico de acoplamento previa a utilização de um sistema de polias intermediárias e correias, como mostrado na figura 5.3. Entretanto, após testes realizados, foram constatadas perdas em relação a transmissão mecânica de movimento entre o motor e o gerador, sendo assim optou-se pelo acoplamento direto entre o motor e o gerador (Figura 5.4), diminuindo assim as perdas do sistema.
Figura 5.3. Sistema mecânico de acoplamento inicial com utilização de polias intermediárias e correias.
Figura 5.4. Sistema mecânico de acoplamento desenvolvido posteriormente, com acoplamento direto entre motor e gerador.
6. Resultados
Quando utilizado o sistema de acoplamento com polias intermediárias e correias, utilizando um motor trifásico como gerador, um motor 12VCC para a partida do gerador juntamente com uma bateria de 12VCC e um sistema de retificação para a retroalimentação da bateria, foi possível realizar a ligação de um conjunto de lâmpadas LED, como mostrado na figura 6.1.
Figura 6.1. Ligação do conjunto de lâmpadas LED com o gerador desenvolvido
Entretanto, o sistema apresentou perdas e oscilações devido ao sistema de acoplamento, sendo assim optou-se pela substituição do mesmo por um sistema com acoplamento direto do motor e gerador, onde foi possível observar uma tensão de aproximadamente 220VAC, permitindo que fosse ligada uma furadeira por um tempo aproximado de 40 minutos.
7. Considerações Finais
Com o projeto desenvolvido foi possível observar o funcionamento de um gerador a partir do desenvolvimento de um. Devido as necessidades do projeto, optou-se pela mudança no gerador desenvolvido para um motor trifásico como gerador, permitindo que fosse desenvolvido um sistema com um motor 12VCC para a partida do gerador juntamente com uma bateria de 12VCC e um sistema de retificação para a retroalimentação da bateria o qual ligou um conjunto de lâmpadas LED.
Devido as perdas do sistema de acoplamento, foi decidido pela retirada das polias e correias, realizando um acoplamento direto, e o teste final demonstrou que o sistema desenvolvido alcançou uma tensão de aproximadamente 220VCA permitindo ligar uma furadeira mantendo a mesma por um tempo aproximado de 10 minutos.
8. Fontes Consultadas
[1] MORAIS, M.G.; COSTA, J.A.V. Bioprocessos para Remoção de Dióxido de Carbono e Óxido de Nitrogênio por Microalgas Visando a Utilização de Gases Gerados Durante a Combustão do Carvão. Quim. Nova, Vol. 31, No. 5, 1038-1042, 2008.
[2] KOIKE, G.H.A. et al. Emissão dos Gases de Combustão em Motor de Ignição por Compressão: Ensaio Comparativo entre Diesel, Biodiesel e Biodiesel com Injeção de Etanol. Minerva, 7(1): 11-18, 2002.
[3] BRAUN, S.; APPEL, A.G.; SCHMAL, M. A Poluição Gerada por Máquinas de Combustão Interna Movidas à Diesel - A Questão dos Particulados. Estratégias Atuais para a Redução e Controle das Emissões e Tendências Futuras. Quim. Nova, Vol. 27, No. 3, 472-482, 2003.
[4] OCA ENERGIA. 9 Desvantagens em utilizar Geradores a Diesel/Gasolina. Disponível em: < http://www.ocaenergia.com/blog/agronegocio/9-desvantagens-em-utilizar-geradores-a-dieselgasolina/>. Acesso em 10 de agosto de 2019.
