CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse...

28
___________________________________________________________________________________ Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho Marcondes de Moura” CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL DAVIDSON ROQUE DA SILVA GUILHERME VINICIOS DINIZ ENERGIA EÓLICA PARA PEQUENO PRODUTOR RURAL Garça - SP 2018

Transcript of CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse...

Page 1: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

___________________________________________________________________________________

Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho Marcondes de Moura”

CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

DAVIDSON ROQUE DA SILVA

GUILHERME VINICIOS DINIZ

ENERGIA EÓLICA PARA PEQUENO PRODUTOR RURAL

Garça - SP

2018

Page 2: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

________________________________________________________________________________________

Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Júlio Julinho Marcondes de Moura”

CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

DAVIDSON ROQUE DA SILVA

GUILHERME VINICIOS DINIZ

ENERGIA EÓLICA PARA PEQUENO PRODUTOR RURAL

Trabalho de Conclusão de Curso

apresentado à Faculdade de Tecnologia “Dep.

Julio Julinho Marcondes de Moura” – Fatec

Garça, como requisito para a conclusão do

Curso de Tecnologia em Mecatrônica

Industrial, examinado pela seguinte comissão

de Professores:

Data da Apresentação: 11/12/2018

_______________________________Prof. Dr. Edson Detregiachi Filho

FATEC – Garça

_______________________________Prof. Prof. Espec. Pedro Augusto daCunha

FATEC – Garça

_______________________________Prof. Prof. Dr. José Arnaldo Duarte

FATEC – Garça

Garça – SP

2018

Page 3: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

ENERGIA EÓLICA PARA PEQUENO PRODUTOR RURAL

Davidson Roque da Silva1

[email protected]

Guilherme Vinicios Diniz

[email protected]

Prof. Dr. Edson Detregiachi2

Resumo — O trabalho de pesquisa pretende orientar a produção de energia elétrica

pelo método eólico e sua utilização de maneira otimizada. O sistema desenvolvido é

destinado principalmente aos pequenos produtores rurais com o objetivo de diminuir

os custos gerados pela utilização da energia elétrica e também, para aquelas

propriedades que não dispõem de rede de distribuição de energia. Esse projeto

proposto pode ser utilizado para iluminação e força em pequenas propriedades

rurais. A metodologia utilizada é o desenvolvimento experimental de um protótipo de

gerador eólico de baixa complexidade para verificar a viabilidade do projeto. Esse

trabalho é relevante, pois, contribui para o desenvolvimento econômico do segmento

de agricultura familiar e pequenos produtores rurais. Além disso, esse trabalho

contribui com a sustentabilidade por tratar-se de utilização de energia renovável.

Palavras-chave: Energia Eólica. Preservação. Economia.

Abstract - This work aims to guide the production of electric energy by the wind

method and its use in an optimized way. This operating system intended for small

producers and it aims to decrease electric energy costs and it also intended for being

used by farmers who don´t have an electricity distribution system in their properties.

The methodology used for the development of this paper was the experimental one.

A prototype was developed to prove its efficacy and feasibility. This work is relevant

because it can contribute to the economic development of the family agriculture

1 Alunos do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – Fatec - Garça.

2 Docente da Fatec - Garça.

Page 4: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

segment and small farmers. In conclusion, this work contributes to sustainability due

to the use of a renewable energy: wind energy.

Keyword: Wind Energy, Preservation, Economics.

1. INTRODUÇÃO

O tema escolhido para a construção do Projeto de Pesquisa para conclusão

do TCC é atual, está no contexto do curso de Mecatrônica Industrial, pois, utiliza

conceitos de Eletrônica e Mecânica, tem relevância social por contemplar as

pessoas que necessitam de energia diariamente, e o acesso à tecnologia em

questão, pois, a intenção é a economia e diminuição de custos.

Em países desenvolvidos e, também, em países do terceiro mundo como

Brasil, a cada ano é de fundamental importância os investimentos em energias

renováveis, a necessidade de utilização da mesma se dá por conta do aumento do

consumo de energia devido à crescente população nas cidades e também o mundo

cada vez mais tecnológico que acarreta um consumo maior, mais o principal motivo

para investimentos nesse tipo de energia é o fato de ser uma das mais limpas e sem

muito desgaste da natureza. Pode-se citar como exemplo o maior parque eólico do

Brasil e da América Latina: os Complexos Eólicos Campos Neutrais, localizados nos

municípios de Santa Vitória do Palmar e Chuí no estado do Rio Grande do Sul.

Todos os trabalhos que envolvem energia compõem um dos grandes desafios

da humanidade no mundo nos dias de hoje. O aproveitamento deste tipo de energia

renovável ainda não chegou a um patamar satisfatório, tendo em vista que a maioria

da energia utilizada no planeta é de origem não renovável, sejam elas de fontes

minerais, atômicas ou térmicas. Pode ser utilizada de uma forma mais educada e

com menor consumo, por meio de fontes renováveis, como eólica, solar, entre outras,

dentre os tipos de energias renováveis, nosso estudo centrará na energia eólica.

Page 5: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas

vidas das pessoas, permitindo que a natureza esteja em um patamar privilegiado,

isso acontece porque a tecnologia não causa muitos danos e não altera a forma

natural do espaço a ser ocupada na sua instalação.

Todos os temas são desenvolvidos mediante o confronto de opiniões, com o

objetivo de apresentar alternativas para as ações de implantação desse sistema e

mostrar as dificuldades de tratar de uma tecnologia com valores elevados. E avaliar

como as pessoas lidam com o consumo de energia sustentável, se está engajado

em melhorar aspectos naturais do planeta, sem que, as normas se regulamentos

vigentes sejam prejudicados, uma das principais práticas diagnosticadas,

concomitantemente, cumprindo - se as leis referentes à Agência Nacional de Energia

Elétrica é outra prática de suma importância.

Porém, as empresas e a população reconhecem o valor de ir além da simples

observância, em contrapartida, esse pensamento ajuda com que se identifique e se

estude a redução do consumo de energia, antes do surgimento dos problemas, ao e

avaliar alguns estudos, que se baseiam sobre os resultados, tais efeitos podem ser,

pelo menos, tão importantes quanto os impactos naturais e sociais, o século XXI

está marcado por estratégias utilizadas pelas empresas na administração da energia.

Desta forma, este trabalho tem relevância na medida em que, busca

compreender, se na energia renovável utiliza-se da tecnologia para garantia a

qualidade e a segurança de seus usuários, também procura amenizar a falta de

energia em pequenas propriedades rurais onde ainda não à distribuição ou até

mesmo reduzir o custo de instalação.

Segundo Villalva e Gazoli(2012, p.31), “O uso de sistemas de geração

distribuída baseada em fontes renováveis traz inúmeros benefícios para os usuários

e para o sistema de abastecimento de eletricidade dos países que empregam essa

modalidade de geração”.

Page 6: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Esse sistema traz muitos benefícios para os pequenos produtores, o principal

deles é a luz e também amenizar a falta de redes elétricas em locais mais afastados.

1.1 Problema de pesquisa

O problema se constitui na falta de redes de energia elétrica em algumas

áreas rurais, impossibilitando o produtor de utilizar alguns equipamentos elétricos. A

questão é como transformar energia cinética do vento, em energia mecânica, que é

convertido em energia elétrica através de um gerador elétrico.

1.2 Objetivos

1.2.1 Geral

Identificar os problemas apresentados com a ausência de redes.

De energia elétrica em algumas áreas rurais e propor um sistema de energia limpa

renovável, por meio de um protótipo que gere energia através de uma turbina eólica

de pequeno porte.

1.2.2 Objetivos Específicos

Estabelecer as melhores regiões para instalação desse protótipo e melhores

regiões como maior probabilidade de funcionamento.

Pretende-se demonstrar um sistema que mostre conhecimentos adquiridos

durante a formação acadêmica, visando fazer um protótipo confiável, e que torne o

consumo de energia mais consciente e econômica. Realizar o desenvolvimento de

um dispositivo que tenha seu custo/benefício baixo.

Agregar novas pesquisas à área de energias renováveis.

Aprimorar o conhecimento acadêmico e pessoal.

Utilizar material reciclável ou mais baratos.

Verificar a funcionalidade do sistema proposto.

Page 7: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

1.2.3 JUSTIFICATIVA

Este trabalho se justifica, pois, pode evitar mais danos à natureza por meio da

conscientização das pessoas, propondo um sistema de energia eólica para pequeno

produtor rural. Além disso, apresentam-se, os benefícios em utilizá-lo, salve-se que

dia após dia a degradação das reservas naturais do planeta se agrava e uma

possível destruição maior poderia ser amenizada ao utilizar o protótipo sugerido. O

trabalho atua na geração de energia renovável limpa evitando os constantes

investimentos em energias não renováveis, como as hidroelétricas, comum no Brasil.

Segundo o engenheiro eletricista (PÓVOA, p.11, 2014), a iluminação

responde por aproximadamente 23% do consumo de energia elétrica no setor

residencial, 44% no setor comercial e serviços públicos e 1% no setor industrial.

Figura 1: Consumo em megawatts até

2024

Fonte: (blog.bluesol.com.br – julho 2018)

Page 8: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

1.2.4 METODOLOGIA:

Desenvolver um protótipo funcional para demonstrar a eficácia do projeto.

2. DESENVOLVIMENTO

2.1 Revisão de literatura.

Conceitos teóricos utilizados para desenvolver o projeto proposto, com

descrição e justificativa de uso dos materiais incluídos no projeto.

2.1.1 EVOLUÇÃO HISTÓRICA

O primeiro moinho de vento para gerar eletricidade foi construído em julho de

1887 na cidade escocesa de Glashow pelo engenheiro eletricista e professor James

Blyth (1839-1906), do Anderson’sCollege, atual Universidade de Strantclyde. Em

1891, Blyth conseguiu a patente britânica da turbina.

A máquina, de 10 m de altura e eixo vertical, foi instalada na casa de campo

de Blyth em Marykirk, Kincardneshire, e era utilizada para carregar os acumuladores

franceses Camille Alphonse Faure, Alimentado a iluminação da casa, que se tornou

assim primeira casa do mundo a ter sua eletricidade fornecida por energia eólica.

POUL LA COUR

Como nenhum outro, o nome do meteorologista e físico e dinamarquês [...]. É

dele o mérito de aperfeiçoar a tradicional tecnologia dos moinhos de vento e colocá-

la em princípios científicos. Ele foi o pioneiro da geração de eletricidade por meio do

vento, isso no século XIX. La Cour é tão importante para a energia eólica,

principalmente na Dinamarca. A primeira metade do século XX, viu a construção ou

a idealização de um grande número de turbinas, que terminaram influenciando o

desenvolvimento da tecnologia de hoje. Com fundos do governo dinamarquês, que

estava procurando meio de fornece eletricidade às áreas rurais do país, Ia Cour em

Page 9: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

1891, construiu uma turbina eólica experimental que acionava um dínamo. Ele usou

a corrente continua gerada pela turbina para eletrolise e armazenou o hidrogênio

então produzido. De 1885 a 1902, lâmpadas de gás usando esse método iluminou

terrenos de escolas em Askov.

Umas das principais razoes técnicas para o sucesso do uso da energia eólica

na geração de eletricidade foi o fato de muitas das às áreas rurais da Dinamarca

eram alimentadas com corrente continua, mesma após a Segunda guerra mundial. A

operação de uma turbina eólica em paralelo com uma usina com motor a diesel ou a

gás era tecnicamente mais fácil gerando correntes continua do que gerando corrente

alternada. (PINTO, p.15, 2013).

2.1.2 MERCADO EÓLICO MODERNO

O Conselho Global de Energia Eólica (GWEC) divulgou o relatório Global

Wind Report – Annual Market Update, atualizando o status da indústria global,

juntamente com as projeções do mercado para os anos 2014-2018. Nesse período,

o Brasil deverá ter um crescimento exponencial nos próximos dois anos, liderando a

performance da América Latina, e passando a integrar, muito em breve, o ranking

dos dez maiores países produtores de energia eólica.

Globalmente, o Conselho espera instalação de, pelo menos, 94 GW em 2017,

um aumento em relação aos níveis de 2016. O mercado será liderado por a China,

mas com forte recuperação no mercado dos EUA, instalação recorde no Canadá e

no Brasil e centenas de MW na África do Sul. “O mercado mundial está de volta no

caminho certo para 2017”, disse (STEVESAWYER,2016).

Page 10: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Tabela 1: Capacidade em países Latinos de energia eólica instalada – Distribuição

Regional

América Latina e Caribe

Final 2016 Novo 2017 Total 2017

Brasil 10,741 2,022 12,763

Chile 1,424 116 1,54

Uruguai 1,21 295 1,505

Costa Rica 319 59 378

Panamá 270 - 270

Peru 243 - 243

Argentina 204 24 228

Honduras 180 45 225

RepúblicaDominicana

135 - 135

Caribe 200 18 218

Outros 386 - 386

Total 15,312 2,578 17,891

Fonte:(Revista; GWEC Global Wind Report_April 2018_Final_)

Page 11: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Gráfico 1: TOP 10 CAPACIDADE ACUMULADA – dezembro 2017.

Fonte: (Revista; GWEC Global Wind Report_April 2018_Final_).

Page 12: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

2.1.3 VENTO

O vento é o ar em movimento. Simples assim, direto assim. O que gera tal

movimento é a circulação das camadas de ar provocada pelo aquecimento desigual

do planeta. Dizemos que a energia cinética desse movimento é a energia eólica.

Há varias escalas de vento. Uma das mais famosas é a escala de Beaufort,

criada em 1805 pelo irlandês Francis Beaufort (1774-1857). [...] A escala de Beaufort

quantifica a intensidade dos ventos, tendo em conta a sua velocidade e os efeitos

resultantes das ventanias no mar e em terra. Vai de 0 (calmaria< 1 m/h) a 12

(furacão, ventos > 120 km/h). Alcançando a magnitude 8, quebram-se galhos de

árvores, e, os atingir o valor 9, torna-se impossível andar contra o vento. (PINTO,

p.49, 2013).

2.1.4TURBINAS EÓLICAS

Turbinas eólicas são equipamentos que absorvem parte da energia cinética

do vento, convertendo-a em energia mecânica através de um eixo, que é convertida

em energia elétrica em um gerador elétrico acoplado, são classificadas em:

Horizontais;

Verticais;

Vertical

Vantagem: A maior vantagem é o fato de que a direção do vento não tem um

fator muito importante para a eficácia desse tipo de turbina e podem ser fixados no

chão ou em telhados.

Desvantagem: A altura de instalação torna esse tipo de turbina depende de

ventos com níveis mais baixos.

Page 13: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Horizontal

Vantagem: São um pouco mais eficientes do que as turbinas verticais, geram

mais energia.

Desvantagem: necessitam de mais manutenção.

2.1.5 A CONVERSÃO DE ENERGIA

As turbinas eólicas são usadas para converter a energia do vento em energia

elétrica. Essa conversão segue duas etapas: 1) primeiramente na turbina, que

remove a porção da energia cinética disponível para conversão em energia

mecânica, e 2) no gerador, que recebe a energia mecânica e a converte em energia

elétrica, que é então transmitida para a rede da concessionária.

As condições de funcionamento de uma turbina eólica dependem

principalmente das condições de vento, sobre as quais nenhuma ação é possível. [...]

O controle de potência fornecida pelo sistema pode ser realizado em cada uma das

duas etapas de conversão de energia. (PINTO,2013, p 79).

2.1.6 SAVONIUS- TURBINAS COM EIXOS VERTICAIS

Um meio para classificar as turbinas eólicas são em termos do eixo ao redor

do qual as pás das turbinas giram. A maioria delas é de eixo horizontal, porem

existem algumas cuja pá gira na vertical.

Onde optamos por utilizar o modelo de SAVONIUS, turbina com eixo vertical,

pelas suas vantagens, primeiro por não precisar que qualquer tipo de controle de

ajuste para manter suas pás na direção do vento e por conseguimos colocar todo o

sistema junto a sua base próxima ao solo.

O rotor de Savonius tem sua pá em forma de “S”, e opera como anemômetro

de copo com o vento passando entre suas pás, que se dispõem como folhas

dobradas, como semicilindros. [...], é uma turbina de baixa rotação e alto torque, que

Page 14: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

pode trabalhar com baixa velocidade do vento e tem o predomínio de força de

arrasto.

A turbina de Savonius só é útil e econômico para sistemas de pouca potência,

como o bombeamento de água, pouca iluminação ou ventilação, que é o intuito do

nosso projeto. Também é comumente usado como medidor de correntes oceânicas

e como carregador de bateria em faróis e torres de telecomunicações. A tecnologia

necessária para projetar e fabricar um rotor de Savonius é muito simples, e esse

rotor é recomendado para aplicações em países em desenvolvimento ou em regiões

isoladas sem energia elétrica. (PINTO,2013, p 83).

2.1.7 EFICIÊNCIA DE UMA TURBINA

Os rotores de Savonius, com sua alta solidez, trabalham a uma baixa

velocidade de ponta (TSR). Embora, teoricamente, seja mostrado que o pico de

eficiência dos rotores Savorius não pode ultrapassa o limite de 20%, já se alcançou

uma eficiência máxima de 31% sob testes em túnel de vento e 37% no fluxo de ar

livre. Eficiente de 25 a 35% são relatadas em diversas investigações, valores que

são bem impressionantes, tendo em vista que esse rotor é mais fácil de fabricar e a

um custo relativamente barato. (PINTO, 2013).

Page 15: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

2.1.8 CUSTOS DA ENERGIA EÓLICA

Gráfico 2: Custo de expansão dasFontes

Fonte: (ecycle).

O investimento médio realizado na energia eólica no Brasil foi de R$ 4,46

milhões por MW instalado, o Parque Eólico de Osório, instalado no interior do Rio

Grande do Sul, tem capacidade de gerar energia elétrica para 240 mil habitantes.

Possui 150 aerogeradores de 2 MW cada, totalizando 300 MW. Destes, apenas 51

MW condizem à geração de energia elétrica, efetivamente. Ocupando três grandes

regiões, nos municípios de Osório, Índios e Sangradouro, com área total de130 km²,aproximadamente.

No entanto, apenas 5% dessa área é tomada por aerogeradores, ou seja,

0,043 km² por MW instalado ou 0,127 km² por MW gerado. Esse exemplo de parque

Eólico mostra como é pouco danificada a área onde são instalados esses geradores.

(Eletrobrás, 2017).

Page 16: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

2.1.9 POTENCIAL EÓLICO BRASILEIRO

Segundo a (Revista Cobertura), até o ano de 2012 o Brasil ocupava o 15º

lugar na geração de energia eólica, em 2018 passou a ocupar o 8º lugar no

Cesário mundial, já somando a potência instalada que é de 13 gigawatts,

quase a mesma capacidade de a hidrelétrica de Itaipu que é de 14 gigawatts,

com um total de 518 parques eólicos, que consegue abastecer 10% do país e

mais de 60% da região nordeste. De acordo com a Associação Brasileira de

Energia Eólica (ABEEólica), está em construção ou contratados mais de 4,8

gigawatts, que se divide em 213 parques, que serão entregues até 2023,

elevando para próximo de 19 GW, superando Itaipu.

Também é importante mencionar que, no ano passado, a

Bloomberg New Energy Finance estimou o investimento do setor

eólico no Brasil em US$ 3,57 bilhões (R$ 11,4 bilhões),

representando 58% dos investimentos realizados em renováveis no

País (eólica, solar, biomassa, biocombustíveis e resíduos, PCH e

outros). (Agência ABEEólica, 2018).

Page 17: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Gráfico 3: (Distribuição do Potencial Eólico

Brasileiro) .

Fonte: (Atlas do Potencial Eólico Brasileiro).

2.1.10 IMÃ DE NEODÍMIO

Esse ímã é a combinação de neodímio, ferro e boro são muito mais fortes do

que ímãs comuns, muito usados em motores, servindo também na geração de

energia, apesar de serem fortes também são frágeis e acabam se quebrando com

temperaturas em torno dos 80 ºC. Os NdFeB são anisotrópicos sintetizados ímãs – a

liga é moagem a jato para um pó fino e é então compactada na presença de um

campo magnético para lhe - dar uma direção preferida de magnetização.

Irmã de neodímio foi inicialmente desenvolvido para motores de

bobina de voz em discos rígidos de computadores. Outras aplicações

incluem motores de alto desempenho, motores DC sem escovas,

geradores, separação magnética, ressonância magnética, sensores e

alto-falantes. Eles estão se tornando cada vez mais populares, com

Page 18: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

uma ampla gama de produtos inovadores de varejo. (Imã e Neodímio,

p.1, 2014).

2.2 METODOLOGIAS DO PROTÓTIPO

A metodologia utilizada é o desenvolvimento experimental de um protótipo,

utilizando os recursos da Mecatrônica Industrial para desenvolver um equipamento

que transformará energia cinética em energia mecânica que por final transforma em

energia elétrica através de uma turbina eólica vertical que carregará uma bateria

estacionaria em corrente continua posteriormente utilizando a carga da bateria, que

alimentará a iluminação do local.

Figura 1: (Material PVC e ACM utilizado para montagem das hélices).

Fonte: (Os Autores, 2018)

Na Figura 2: optamos pela utilização de três pás, para um melhor

desempenho onde estão ligadas no eixo em 120º, sistema responsável por captar o

vento e transformar energia cinética em mecânica.

Page 19: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Figura 2: (Hélice Savonius)

Fonte: (Os Autores, 2018)

Na figura 3: Reutilizamos motor de lavadora de roupas, com tensão de

entrada de 127 volts AC, utilizado com a função reversa na transformação da

energia mecânica em elétrica.

Page 20: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Figura 3: (Motor de lavadora 127v).

Fonte: (Os Autores, 2018).

Na Figura 4, demonstra a alteração feita no rotor do morto para encaixe de

ímãs Neodímio para melhorar o desempenho.

Page 21: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Figura 4: (Motor Alteração no Rotor)

Fonte: (Os Autores, 2018)

Na figura 5 os ímãs de neodímio utilizados para gerar um campo magnético,

função essa que eleva sua geração de energia em menor espaço, transferindo maior

potencia, e menor custo.

Page 22: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Figura 5: (Imã de Neodímio).

Fonte: (Os Autores, 2018)

Na figura 6 baterias serão utilizadas para armazenar a energia gerada. A

ligação feita entre o motor e a bateria é através de um circuito que regula a tensão

emitida pelo gerador, com a função de deixar a bateria em seu estado de flutuação,

ideal para carregamento da sua carga, interligado no mesmo terminal do circuito de

iluminação.

Alnicos (Al, Ni, Co, Fe): este ima trabalha até 150 kW e sua

temperatura é limitada a 520°. É facilmente magnetizados e

desmagnetizado.

Ferrites de bário e estrôncio trabalha com potência de até

5HP e temperatura de 450°. Seu custo é mais baixo por serem

provenientes da metalurgia do pó.

Imã de terras raras: Estes são os mais caros e amplitude de

temperatura mais baixa (350°). Contudo, seu rendimento é bem

maior que os demais. Em uma segunda geração dos ímãs de terras

raras, o neodímio, torna-se mais barato e tão eficaz quanto o

primeiro. O que possui como vantagem é sua temperatura de

trabalho que gira em torno de 250° e sua susceptibilidade à

corrosão.(WEG, 2015).

Page 23: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Figura 6: (Bateria para Armazenamento).

Fonte: (Os Autores, 2018).

Na Figura 7 o Módulo Regulador de Tensão XL6009, utilizados para elevar a

tensão adquirida pelo gerador, tecnicamente conhecido como conversor DC-DC

(Step-Up).

Os conversores DC-DC são dispositivos eletrônicos utilizados para

converter uma fonte de tensão continua de um nível para outro.

Trata-se de uma classe de conversores de potência que utilizam

comutação de sinal e armazenamento de energia através de

elementos semicondutores e armazenadores (indutor ou capacitor).

(Chryssis, 1984).

A tensão de saída pode ser ajustada entre 5 a 35V e corrente máxima de 4A.

Com as seguintes Características:

Tensão de entrada: 3V à 32V.

Page 24: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

Tensão de saída: Ajustável de 5V a 35V (sempre maior que a tensão deentrada).

Corrente de Entrada: Máximo 4A.

Corrente de saída: Nominal: 2A, Máximo 4A (Para consumo acima de 15Wutilizar dissipador no módulo).

Eficiência de conversão: 83% (mínima), 88% (típica), 92% (máxima).

Temperatura de trabalho: -40 °C - +85 °C.

Acréscimo de Temperatura em plena carga: 40ºC.

Figura 7: (Módulo Regulador de Tensão).

Fonte: (http://www.tiggercomp.com.br/novaloja/product_info.php?products_id=9128).

Na figura 8 o circuito funciona da seguinte maneira, ao receber a tensão nos

terminais “C1” e “C2” a tensão passa por uma ponte retificadora (Transforma

corrente alternada em contínua), entrega essa tensão no modulo (XL6009), que

elava essa tensão, onde é transferida para um regulador de tensão, depois de

regulado entre a faixa de 13,5 ~ 13,8 V o circuito entrega a tensão ideal para a

bateria ser carregada, com sua carga completa, o circuito aciona seu estado de

Page 25: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

funcionamento conhecido como flutuação ou modo estacionário, que por sua vez

tem a função de dissipar em calor a tensão que não é consumida pela carga.

O dispositivo LM317 é um terminal triplo ajustável regulador

de tensão positiva capaz de fornecer mais de 1,5 A em uma faixa de

tensão de saída de 1,25 V a 37 V. Requer apenas dois resistores

externos para definir voltagem de saída. O dispositivo possui uma

linha típica regulação de 0,01% e regulação de carga típica 0,1%.

Inclui limitação de corrente, sobrecarga térmica A proteção contra

sobrecarga permanece funcional mesmo se o terminal ADJUST está

desconectado. (Texas Intruments, 2016).

Figura 8: (Circuito)

Fonte: (Os Autores, 2018).

Page 26: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

2.3 RESULTADOS

Com o projeto em andamento e testes realizados, verificou-se que o sistema

cumpriu com o esperado nos propósitos iniciais, que a princípio será a iluminação

utilizando-se lâmpadas de led 12 volts, mas a principal ideia para construção do

protótipo é a demonstração e a eficiência dos geradores eólicos e como são

benéficos para o futuro do planeta.

Com o projeto em andamento possibilitou-se mais aprendizado sobre novas

tecnologias, sendo elas:

Desenvolver e testar um dispositivo que proporcione a geração de

energia.

Desenvolvimento de um dispositivo que tenha seu custo baixo.

Verificar o funcionamento do sistema apresentado.

Projetar placa do circuito impresso.

Utilização de materiais baixo custo.

2.4 DIFICULDADES APRESENTADAS

A dificuldade apresentada foi encontrar a distância correta entre os ímãs de

neodímio e as bobinas para uma melhor geração de energia.

3 CONSIDERAÇÕES FINAISCom a utilização do sistema proposto, conclui-se que o projeto conseguiu

gerar energia suficiente para alimentação das lâmpadas, levando ao usuário menos

gasto gerados pela energia elétrica, tanto para sua instalação quanto para seu uso,

também podemos alcançar a tensão necessária para o carregamento das baterias.

O protótipo é viável pelo seu baixo custo e tem resultados positivos para quem utiliza

ou trabalha na área de Mecatrônica Industrial, o projeto proporcionou aos

Page 27: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

pesquisadores mais conhecimentos na área e uma possível continuidade na

pesquisa para aprofundar seus conhecimentos.

4 REFERÊNCIAS

Agência ABEEólica. Energia eólica ultrapassa marca de 14 Gw decapacidade instalada. Disponível em <http://abeeolica.org.br/noticias/energia-

eolica-ultrapassa-marca-de-14-gw-de-capacidade-instalada/>. Acesso em: 10 de nov.

2018.

Blogbluesol. Custos da energia eólica. Disponível em:

<https://blog.bluesol.com.br/energia-solar-e-eolica/>. Acesso em: 15 de jun. 2018.

CHYSSIS, G. High-frequency switching power supplies, Mcg RAW-hIll,

1984, Inc, 221p.

Ecycle. Eólica é a fonte de energia mais barata do país, de acordo comlevantamento. Disponivel em <

https://www.ecycle.com.br/component/content/article/63-meio-ambiente/5249-eolica-

e-a-fonte-de-energia-mais-barata-do-pais-de-acordo-com-levantamento.html>.

Acesso em: 15 jun. 2018.

GAZOLI, Jonas Rafael, VILLALVA, Marcelo Gradella. Fundamentos daEnergia Elétrica. São Paulo Érica 2012.

Imã e neodímio. Neodimio Disponível

em:<https://www.imaeneodimio.com.br/ima-de-neodimio/introducao-a-imas-de-

neodimio/>. Acesso em: 15 set. 2018.

Ministério de Minas e Energia. Anuário estatístico de Energia Elétrica 2016 –Ano base 2015. Disponível em:

<http://www.epe.gov.br/AnuarioEstatisticodeEnergiaEletrica/Anu%C3%A1rio%20Est

Page 28: CURSOTECNOLOGIAEMMECATRÔNICAINDUSTRIAL ...fatecgarca.edu.br/uploads/documentos/tcc...Diante desse cenário, a energia eólica torna-se ainda mais importante nas vidasdaspessoas,permitindoqueanatureza

at%C3%ADstico%20de%20Energia%20El%C3%A9trica%202016.pdf>. Acesso em:

10 de ago. 2018.

Ministério de Minas e Energia. Anuário estatístico de Energia Elétrica 2018 –Ano base 2017. Disponível em: <http://www.epe.gov.br/pt/imprensa/noticias/epe-

publica-o-anuario-estatistico-de-energia-eletrica-2018/>. Acesso em: 15 de jun. de

2018.

PINTO, Milton Fundamentos da Energia Eólica. São Paulo: LTC, 2012.

PÓVOA, Marcos Cortez Brito Leite. Fatores de Influência na EficiênciaEnérgica. Disponível em:

<http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10010700.pdf>. Acesso em: 03

de ago. 2018.

Revista Cobertura Mercado de Seguros 2018. Potencial Elétrico BrasileiroDisponível em: <http://www.revistacobertura.com.br/2018/09/05/crescimento-do-

mercado-de-energia-eolica-deve-gerar-mais-de-50-milhoes-premios/>. Acesso em:

15 set. 2018.

RODRIGUES, Paulo Roberto. Energias Renovaveis Energia Eólica.Palhoça-SC,Unisul 2011.

Texas Intruments. Datasheet – LM317. Disponível em:

<http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf/>. Acesso em: 20 nov. 2018.

WEG Motor Elétrico Trifásico – Catálogo. Disponível em

<http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-w22-motor-trifasico-tecnico-mercado-

brasil-500236622-catalogo-portugues-br.PDF/>. Acesso em: 15 set. 2018.