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.
