Projeto de gerador de alto rendimento com baixa rotação

29 de outubro, 2014 às 20:16 | Postado em Eletricidade, Mitos, empulhações, notícias falsas

Sou psicólogo e tenho um sitio nas imediações de Belo Horizonte MG. Estou com um projeto em andamento para usar em meu sitio um sistema de energia emergencial baseado em BATERIAS VEICULARES DE 12 VOLTS.
As baterias que vão ser usadas no meu sistema precisam de ser recarregadas em algum momento. E se eu estou pensando em um sistema de emergência pode acontecer de não haver energia elétrica na rede para que eu possa recarregá-las usando um motor.
Foi ai que tive a brilhante ideia de usar uma BICICLETA ERGOMÉTRICA ADAPTADA para girar um alternador e recarregar as baterias (para entender veja o video http://www.youtube.com/watch?v=PoJkgSDlwCE)
Acontece que nesta parte do projeto eu esbarrei num problema que só um bom entendedor de física poderá me responder. Por isso recorro a vocês.
Os ALTERNADORES que existem no mercado só conseguem CARREGAR baterias quando mantidos a no mínimo 1800 rpm, velocidade muito alta para se alcançar com uma BIKE. (mesmo usando multiplicadores de velocidade).

Pergunta: De que forma devo modificar o rotor e o estator de um ALTERNADOR VEICULAR para conseguir gerar energia com baixas RPMs? (a dica dada pelos colegas dos videos são corretas?
http://www.youtube.com/watch?v=hJIEqVzMyIA)
http://www.youtube.com/watch?v=GHnwFe0kzwg

P.s – Quero ver se minha mulher vai continuar ADORANDO a tal ERGOMÉTRICA depois que descobrir que eu estou usando ela para garar energia para o sitio…quero ver…..he..h.e..he..h.e…)

Enviei a pergunta para o Prof. Renato Machado de Brito (Escola de Engenheria – UFRGS) que gentilmente respondeu:

Caro Fernando

 Este psicólogo vai precisar de uma assessoria técnica em eletricidade!

  Em princípio os dois vídeos citados por ele são verdadeiros e  demonstram a transformação de um alternador de automóveis para operar  como gerador usando imãs permanentes de Neodímio Ferro Boro para  produzir o campo magnético variável (pelo giro do rotor) e induzir  tensão nas bobinas do estator.

 Um alternador automotivo é normalmente construído sem imãs  permanentes, mas sim com uma bobina excitada pela própria bateria do  carro, produzindo campo magnético. Para excitar o enrolamento do rotor  são necessárias duas escovas e dois anéis que possibilitam a  energização da bobina girante.

  Não sei se o nosso consultante excitou o enrolamento do rotor do  alternador com uma outra bateria ou a própria bateria que seria  carregada, pois mesmo em baixa velocidade geraria alguma tensão. Pode  ser que tenha simplesmente acoplado o Alternador mecanicamente à  bicicleta e verificado que não há geração de tensão, pensando que é só  falta de velocidade…Se não excitar não gera nada, pois não haverá  campo girante!!!

  No estator os enrolamentos coletores da tensão induzida pelo campo  magnético do rotor produzem uma tensão polifásica que é retificada por  diodos presos à carcaça do alternador, convertendo tensão alternada em  contínua.

 São projetados para girar em alta velocidade, compatíveis com o giro  de motores utilizados em automóveis e caminhões, porém geram tensão em  qualquer velocidade, só que mais baixa. Mas precisam ser excitados!!!

 Como a tensão gerada é proporcional ao fluxo magnético variável  (v=n d[phi]/dt) onde [phi] é o fluxo e “n” é o número de espiras  utilizadas no enrolamento onde a tensão é induzida, tudo é calculado  para que gere algo em torno de 13,6 Volts em velocidades próximas da  marcha lenta (pode ser até algo em torno de 600 rpm). Quando a  velocidade aumenta, aumenta a tensão induzida, havendo necessidade de  um circuito regulador que cuide de ajustar a corrente de carga nas  baterias.

  Colocando um pouco mais de Física: o [phi]= B.A, onde B é a  densidade de fluxo produzido pelo imã e A a área da secção do circuito  magnético, então:

V = n.A dB/dt

assim pelo giro o fluxo varia no tempo de forma senoidal

B= Bmax sen(wt)

então

V(t) = (NAwBmax) cos wt

 Ou seja uma tensão alternada proporcional a velocidade de giro (w), ao  número de espiras da bobina coletora da tensão, à Area da secção do  circuito magnético mais a “força” do imã representada pela maxima  densidade de fluxo ou o valor da Indução Magnética.

 As modificações efetuadas pelos autores das postagens no youtube  mostram a possibilidade de substituir o enrolamento de campo do rotor  usando imãs permanentes girantes que podem induzir maiores tensões em  velocidades mais baixas de giro (o B dos imãs é maior do que o obtido  pelo enrolamento original é maior, além de não precisar de excitação).

  Os dois vídeos apresentados mostram isso e é realmente possível.

 Assim sendo se o objetivo é aproveitar uma bicicleta ergométrica  para gerar energia e carregar as baterias, a ideia é válida. Porém  bastante trabalhosa!

  Também não sei quantas baterias utilizaria o “sistema de energia de  emergência” que o nosso consultante construiu ou comprou. Pois para  carregar uma bateria a tensão deve ser da ordem de 15 a 20 Volts, mas  se forem duas já precisará de uns 30 Volts ou mais. Assim muda o  projeto do carregador com alternador.

 Num dos vídeos (o segundo) a modificação do alternador deixa a saída  em tensão alternada, de modo que pode ser utilizado um transformador  para elevar a tensão e assim até conseguir carregar um conjunto de  maior de baterias. Mas antes de conectar a elas é preciso retificar a  tensão alternada para contínua e ainda ter o circuito regulador de  corrente de carga (que pode ser simplesmente um resistor ou um  circuito eletrônico mais sofisticado).

 O mais simples nos dias de hoje seria comprar um Inversor para Barco ou Camping, substituindo a bateria original por outra de maior  capacidade para maior autonomia. Existem sistemas de carga das  baterias pela rede elétrica ou por painéis foto voltáicos.

Mas é claro, não seria tão divertido!

Um abraço

Brito

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