ETEC GETÚLIO VARGAS
ELETROTÉCNICA
FELIPPE LUCIANO Nº10
OSVALDO COELHO Nº21
PEDRO BARBOSA Nº23
WILLIAM MARQUES Nº33
GERADOR
DE ENERGIA EM TUBULAÇAO PREDIAL
São Paulo
2013
FELIPPE LUCIANO Nº10
OSVALDO COELHO Nº21
PEDRO BARBOSA Nº23
WILLIAM MARQUES Nº33
GERADOR
DE ENERGIA EM TUBULAÇÃO PREDIAL
A utilização da vazão
da agua na entrada do Edifício, disponibilizada pela concessionaria de agua
para produção de energia elétrica e a utilização da energia elétrica de forma a
diminuir os custos com a conta de luz. Utilizando os conceitos de eletrotécnica
para proporcionar o perfeito funcionamento das lâmpadas das áreas comuns do
prédio.
Na ETEC Getúlio
Vargas, para obtenção do título
De Técnico em Eletrotécnica
Orientador: Prof. Domingos
São
Paulo
2013
FELIPPE LUCIANO Nº10
OSVALDO COELHO Nº21
PEDRO BARBOSA Nº23
WILLIAM MARQUES Nº33
GERADOR DE ENERGIA EM TUBULAÇAO PREDIAL
Trabalho de Conclusão
do Curso
Técnico em Eletrotécnica
Da ETEC Getúlio Vargas
Data da Aprovação: _____/ _____/ _____
Banca Examinadora:
RESUMO
Durante anos o homem esta a
procura da fonte de energia sustentável perfeita para seu conforto, e que não
agrida a natureza. Esse presente trabalho é uma alternativa para o
aproveitamento de uma parte da energia cinética de uma instalação hidráulica
que chega do fornecedor.
O nosso objetivo é nos
aprofundar no funcionamento de motores/geradores de CC, aprimorar o
conhecimento em mini usinas, bem como seu funcionamento, conhecer novos meios
de aproveitamento de energia, praticar a vivência em uma rotina de projetos.
Uma turbina tipo pelton
acoplada na tubulação hidráulica de entrada, aproveita para a energia da
pressão da água para movimentar as pás e girar o eixo de um gerador CC.
Para aproveitar o fluxo de
agua o gerador alimentara uma bateria para o armazenamento de energia. Que serão
utilizadas para alimentar um circuito de iluminação específico do
estabelecimento, preferencialmente áreas comuns de condomínios como hall,
estacionamentos, jardins e outros meios externos.
Com este projeto a energia
aproveitada poderá diminuir significativamente o custo com energia elétrica dos
clientes.
Não é aconselhável o uso
deste projeto para alimentar um circuito de iluminação dos apartamentos, para
que o morador do mesmo se sinta a vontade em usufruir do tipo de iluminação
desejada.
SUMÁRIO
1 Introdução......................................................................................6
2 Desenvolvimento...........................................................................7
2.1 Partes Hidráulicas
2.2. Partes Elétricas
3 Calculo Luminotécnico.................................................................10
3.1Tomografias simples da garagem
3.2Tomografias simples do hall de entrada
3.3Tomografias simples do hall do elevador
3.4Tomografias simples do hall dos andares
4 Lista de Materiais.........................................................................21
5 Apresentação dos Materiais........................................................22
5.1 Gerador DC
5.2 Tubulação
5.3 Turbina
5.4 Led
5.5 Bateria
6 Montagem.....................................................................................27
7 Conclusão.....................................................................................28
8 Referências...................................................................................29
1
INTRODUÇÃO
Este projeto tem como objetivo
reduzir os custos com energia elétrica de um estabelecimento predial,
transformando parte da energia da água em movimento que chega ao cliente em
energia elétrica.
A vazão de água que chega da
rua tem um fluxo ideal para movimentar as pás de uma turbina com velocidade
suficiente para girar o eixo de um gerador.
As turbinas hidráulicas são movimentadas pela
energia contida nos fluidos em movimentos, que é transformada em energia
mecânica podendo ser transformada em energia elétrica, elas podem ser classificadas
em diferentes tipos, mas a utilizada neste projeto será a da categoria de
indução (modelo tipo Pelton).
Os geradores de corrente
contínua funcionam baseados nas leis de Faraday, “um condutor movimentado entre
linhas de campo, gera corrente e tensão induzida”.
Portanto, o gerador
movimenta condutores elétricos por entre campos magnéticos estáticos e nesse
condutor vai ser induzido corrente e tensão.
A energia vai ser armazenada
em um banco de baterias dimensionado de acordo com as cargas a serem
alimentadas e a energia gerada
2
DESENVOLVIMENTO
O
projeto será dividido em duas partes, que se unem de maneira essencial para que
haja sucesso no funcionamento, cuja elas são:
2.1-hidráulica
2.2-elétrica
2.1.1 A parte hidráulica é a
essência do projeto, todos os equipamentos que tenham algum envolvimento com
água será apresentado aqui.
O fornecimento de água
principal é armazenado em um reservatório subterrâneo para depois ser mandado
para uma caixa de distribuição no topo do edifício.
Antes de a água chegar a
este reservatório, é o local onde será colocada a turbina de indução, a vazão e
a pressão de água excedem a necessária, por isso não será de importância a
energia cinética perdida.
2.2.1 A parte elétrica será
muito simples, o gerador cujo fica acoplado no eixo da turbina será
dimensionado na proporção da carga que vai ser alimentada.
Será usado um gerador de
corrente contínua, ele gira uma bobina por entre dois eletroímãs, a corrente
gerada é recebida do coletor por meio de escovas de carvão fixas, que fornecem
corrente continua para os terminais dos condutores.
Uma
bateria DC ligada em paralelo com a carga fará com que a energia seja
armazenada e melhor aproveitada (conforme a figura 2.1)
Para
a bateria suportar um grande espaço de tempo sem recarga, será feito um banco
de 120 baterias de 12 v 7AH em paralelo para suportar uma descarga contínua por
10 horas. O gerador vai ter que rodar a aprox. 3000 RPM para termos uma tensão
apropriada para carregar as baterias.
A
carga alimentada deve ser de corrente e tensão contínua como no caso um
circuito de iluminação LED das áreas comuns de um condomínio. Caso contrário,
se a carga alimentada requisitar uma tensão e corrente alternada, deve se
substituir o gerador por outra categoria, ou então, deve ser feita uma mudança
na forma de onda, por meio de tiristores, para que se tenha uma corrente de
onda quadrada, assim procurando um melhor funcionamento e rendimento.
3
CÁLCULO LUMINOTÉCNICO
Parâmetros
Ambiente: garagem
Largura
do ambiente:........................................ 25,00
m
Comprimento do ambiente:.............................. 23,00 m
Altura do ambiente:............................................. 3,00
m
Plano de trabalho considerado:........................ 0,80 m
Índice de reflexão: Teto:................................ 70,0%
Parede:........................... 30,0%
Chão:.............................. 20,0%
Fator de perda:.......................................................... 0,85
Iluminância média calculada:....................... 110,5 lux
Luminária: EF12-E226 (30 peças)
Fluxo de 3600 lumens por luminária
3.1 TOMOGRAFIAS
SIMPLES DA GARAGEM
Grade
de Iluminância
Ambiente: hall de entrada
Largura
do ambiente:.......................................... 8,00
m
Comprimento
do ambiente:................................ 5,70
m
Altura
do ambiente:............................................. 8,00
m
Plano
de trabalho considerado:........................ 0,80
m
Índice
de reflexão: Teto:................................ 70,0%
Parede: 30,0%
Chão: 20,0%
Fator
de perda:.......................................................... 0,85
Iluminância
média calculada:......................
295,5 lux
Luminária
EF12-E226 ( 8 peças)
Fluxo
de 3600 lumens por luminária
Planta
do Térreo
3.2
Tomografias Simples Hall de Entrada
Gride
de Iluminância.
Ambiente: acesso ao
elevador
Largura
do ambiente:.......................................... 2,00
m
Comprimento do ambiente:................................ 4,50 m
Altura do ambiente:............................................. 8,00
m
Plano de trabalho considerado:........................ 0,80 m
Índice de reflexão: Teto:................................ 70,0%
Parede:........................... 30,0%
Chão:.............................. 20,0%
Fator de perda:.......................................................... 0,85
Iluminância média calculada:...................... 269,4 lux
Luminária: EF12-E226( 2 peças)
Fluxo de 3600 lumens por luminária
Planta Térrea.
3.3 Tomografias simples Hall do Elevador
Grade de Iluminância.
Ambiente: hall dos andares
Largura
do ambiente:.......................................... 3,00
m
Comprimento do ambiente:................................ 6,00 m
Altura do ambiente:............................................. 8,00
m
Plano de trabalho considerado:........................ 0,80 m
Índice de reflexão: Teto:................................ 70,0%
Parede:........................... 30,0%
Chão:.............................. 20,0%
Fator de perda:.......................................................... 0,85
Iluminância média calculada:...................... 255,3 lux
Iluminária: EF12-E226( 3 peças)
Fluxo de 3600 lumens por luminária
Planta dos Apartamentos.
3.4 Tomografias Simples do Hall dos Andares
Grade de Iluminância.
EF12-E226
Luminária cilíndrica de embutir, com corpo e
moldura em chapa de aço fosfatizada e pintada eletrostaticamente, refletor
repuxado em alumínio anodizado e difusor recuado em vidro transparente
temperado.
Figuras:
4 Cálculo Luminotécnico.
O estudo luminotécnico oferecido pelo Lumisoft® visa
auxiliar na determinação do modelo, quantidade e dimensionamento de luminárias.
As condições de uso são
integralmente regidas pelo CONTRATO DE LICENÇA DE USO DO LUMISOFT®.
A iluminância média
ideal, de acordo com a atividade desenvolvida no ambiente, é uma escolha do
USUÁRIO, assim como as dimensões, o índice de reflexão do ambiente, o fluxo
luminoso das lâmpadas, o fator do reator, o fator de perda e de manutenção,
etc. Portanto, o USUÁRIO é o único e exclusivo responsável pela precisão dos
dados fornecidos.
Os dados gerados neste estudo podem ser variáveis, em
função de alguns fatores como:
· Quadros, placas de sinalização, plantas, objetos
decorativos nas paredes, Dry-wall de meia altura, mesas, cadeiras,
computadores, objetos diversos;
· Possível variação na tensão da rede da alimentação das
luminárias;
· Janelas e portas com incidência de luz natural;
· Cor aparente do teto, piso e paredes bem como texturas
aplicadas sobre elas;
· Condições térmicas do ambiente;
· Qualquer fator que possa obstruir a iluminação;
· Variação do desempenho dos equipamentos nas luminárias.
5 LISTA DE MATERIAL
Gerador DC:
Fonte de pesquisa:
<http://www.windstreampower.com/443542_PMDCG>
Preço: R$600,00
Tubulação hidráulica (PVC):
Fonte de pesquisa:
<http://www.cec.com.br/material-hidraulico/tubos-e-conexoes/tubos/tubo-cpvc-aquatherm-22mmx3m?produto=1037305>
Preço: R$27,00
Bateria 3.2 V 400AH:
Fonte de pesquisa:
<http://en.winston-battery.com/index.php/products/power-battery/item/wb-lyp400aha?category_id=176>
Preço: R$360,00
Lâmpada
Bolacha Bipino Led
Fonte
de pesquisa:
<http://www.lampadasemled.com.br/lampada-bolacha-bipino-led-economia-e-sofisticacao.html>
Preço:
R$18,00
Luminária
EF12-E226
Fonte
de pesquisa:
<http://www.buscape.com.br/cprocura-f1/e226.html#>
Preço: R$80,00
6 APRESENTAÇÃO
DOS MATERIAIS
6.1. Gerador DC Magnético
• Ímãs: Dois de alta energia saturados C8
cerâmica ímãs.
• eixo: 12,7 milímetros (“1/2”) de diâmetro em
aço, comprimento 40 mm, com 1 mm de comprimento plana.
• Armadura: 16 slots armadura ferida 52
milímetros de diâmetro com AWG18 fio magnético (corrente de fusão: 83 ampères).
• Pincéis: conjuntos de escova 8X14MM extralonga,
incluindo primavera, pigtail, e cap - reposição de stocks não. 443729
• Rolamentos: dois rolamentos com dupla
vedação 32 milímetros OD bola - banco de substituição não. 171110
• Rotação: qualquer direção - O fio de saída
vermelha ou branca é positivo para a rotação no sentido horário a partir da
extremidade do eixo. Ponte de onda completa retificada pode ser usada se o eixo
será transformado em ambos os sentidos.
• Velocidade: 2.500
a 3.000 rpm a 12V
Montagem: Quatro 1/4-20 buracos na frente ou
tampas traseiras, ou por braçadeiras no tambor ímã.
• Peso: 4,2 kg (£ 9,2) Peso com 4,6 kg (£ 11),
dimensões de 150x150x300mm (6x6x12in).
• Resistência: A resistência interna 0,3 ohms.
22mH de indutância.
6.1.1Gerador DC
6.2 TUBULAÇÃO:
|
Diâmetro:
|
2,5
cm.
|
1
polegada
|
|
Comprimento
de Entrada:
|
1
metro
|
39,37
polegadas
|
|
Comprimento
de Saída:
|
2
metros
|
78,74
polegadas
|
6.3 TURBINA:
|
Diâmetro
de Entrada:
|
6 mm
|
¼
polegada
|
|
Diâmetro
de Saída:
|
2,5
cm.
|
1
polegada
|
|
Raio
da carcaça:
|
12
cm.
|
4,7
polegadas
|
|
Raio
do Eixo:
|
10
cm.
|
4 polegadas
|
6.4LED:
Bocal:
G4
Potência: 3w
Voltagem : DC 12v
Frequência : 50HZ - 60HZ
Equivalência : Halogena de 20w
Temperatura de Cor. : 6500 K e 3700 K
Vida Útil: 25.000 horas
Garantia: 1 ano
Potência: 3w
Voltagem : DC 12v
Frequência : 50HZ - 60HZ
Equivalência : Halogena de 20w
Temperatura de Cor. : 6500 K e 3700 K
Vida Útil: 25.000 horas
Garantia: 1 ano
6.5
Bateria: 
7
MONTAGEM
O
projeto segue uma ordem de montagem que deve ser cumprida para evitar
problemas, no caso da turbina ela deve ser montada da seguinte maneira:
Primeiramente
fixar as pás no eixo girante, depois fixar o eixo na carcaça e isolar o meio
interno do externo com impermeabilizantes, antes de concluir a montagem deve se
colocar uma luva hidráulica para um encanamento de 2,5 cm. (1 polegada) de
diâmetro na entrada e saída de água da turbina.
Antes
de concluir este passo é aconselhável a verificação do isolante, para
assegurar-se de vazamentos ou possíveis defeitos, se necessário repassar o
impermeabilizante.
Material
sugerido para se fazer a isolação da carcaça é uma pasta de silicone gel, e
para isolar o eixo uma fita veda rosca nos rolamentos que já são a prova de
vazamentos.
Depois
da turbina montada, ela deve ser encaixada na tubulação, respeitando a forma
vertical de entrada e saída, procurando o ângulo mais próximo o possível de
90º.
A
entrada da turbina deve ter uma distância vertical de um metro de tubulação e a
saída dois metros.
Para
a finalização, o gerador deve ser fixado no eixo externo da turbina.
A
ligação elétrica deve ser ligada com a turbina e o gerador fora de
funcionamento (estáticos). Ligaremos os terminais do gerador nos polos da
bateria, respeitando suas polarizações (++, --) dos terminais da bateria ou do
gerador, iremos alimentar o circuito de iluminação LED.
Após
seguir estes passos deve-se rever toda a montagem e se certificar que esteja
tudo de acordo como proposto para que o projeto possa ser ligado.
8
CONCLUSÃO
Este
trabalho aborda o tema de sustentabilidade, por isso os pontos em que focamos é
a reutilização da água desperdiçada para conforto do ser-humano com baixo custo
transformando o fluxo médio que ocorre em uma tubulação predial para girar uma
turbina que ficará acoplada a esta tubulação e consequentemente esta turbina
fará com que gire o eixo de um gerador de energia e esta saída de energia irá
para um banco de baterias que será constantemente recarregada fornecendo
energia par um circuito de iluminação LED de estacionamento, jardins e etc.
A
energia gerada neste protótipo seria praticamente desprezível se comparada a um
projeto real instalado em um prédio, portanto a energia gerada neste projeto é
bem inferior a gerada em uma instalação predial real.
O objetivo
do trabalho é apenas demonstrar uma forma de aproveitar a energia afim de
reduzir os gastos em um prédio e não a alimentação real de áreas como
estacionamentos ou halls de condomínios, pois esta energia seria insuficiente.
As
dimensões de todos os equipamentos e os números utilizados para cálculos estão
em uma escala bem menor em comparação de um projeto para um prédio, assim como
o fluxo de água, portanto a energia gerada neste protótipo também é inferior.
Palavras chave: (sustentabilidade,
energia, armazenamento).
9
REFERÊNCIAS
ALÊ, Profº Jorge A. Villar –
“Sistemas de Bombeamento”, Dep. Eng. Mecânica e Mecatrônica – PUCRS – Faculdade
de Engenharia - FENG.
DANTAS, Profº Dr. Noelio Oliveira – “Mini
Curso de Física Nível Médio” – Universidade Federal De Uberlândia – Instituto
de Física
Disponível em http://cultura.universia.com.bracesso
Acesso em 25/10/2012
Disponível em http://www.lampadasemled.com.br/lampada-bolacha-bipino-led-economia-e-sofisticacao.html
Acesso em 26/10/2012
Disponível em http://www.lumicenteriluminacao.com.br/pt/tecnologia/lumisoft.html
Acesso em 28/10/2012
Disponível em http://www.windstreampower.com/443542_PMDCG.php
Acesso em 25/10/2012.
