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mini-hídricas e aerogeradores
mini mini-hídrica
Esta página está a ser construida. Obrigado.

um gerador hidroeléctrico feito com materiais simples


Trata-se de um gerador eléctrico muito simples movido a partir da energia cinética da água.
É um modelo didáctico de fácil execução. É feito com materiais correntes que são fáceis de adquirir em qualquer boa loja de "bricolage" e é de baixo custo. Pode por isso ser construído por qualquer aluno.

Requisitos deste projecto de gerador eléctrico:
-ser de baixo custo
-ser construído com materias correntes, facilmente adquiríveis
-não requerer trabalho oficinal especializado
-ser transparente, de modo a se poder ver como funciona
-ser de fácil execução
-ser desmontável e facilmente ajustável
-necessitar de um fluxo de água reduzido

a mini mini-hídrica em movimento


O gerador trifásico que foi inicialmente projectado e construído para apoio didáctico, embora simples, requer, ainda assim, algum trabalho oficinal para construção de peças. O custo de tal operação e a inexistência em muitos casos de uma boa oficina a que os estudantes possam recorrer levou-nos a pensar num modelo mais "caseiro", que fosse muito barato, produzido com materiais correntes, que requeresse apenas algumas ferramentas comuns e pudesse ser feito integralmente por estudantes no âmbito dos seus projectos.

Em resultado dessa procura construiu-se o modelo que aqui se apresenta. Todos os materiais utilizados foram comprados em supermercados e lojas de "bricolage", de Coimbra e são em geral baratos. O gerador constroie-se facilmente com recurso a ferramentas vulgares (alicate, Xacto, berbequim, etc...) mas é necessário ser-se cuidadoso. Para facilitar todo o processo de construção do gerador elaborou-se uma ficha técnica com indicação exaustiva dos materiais utilizados, dos locais onde foram comprados e com os procedimentos de construção descritos passo a passo. As instruções devem ser seguidas cuidadosamente. Todavia, há múltiplas soluções que podem ser implementadas; caso prefira pode seguir a sua própria intuição e fazer de forma diferente. Nesse caso, se fizer opções diferentes, diga-nos o que fez, pois as suas soluções podem até ser mais elegantes ou mais fáceis do que as que aqui se sugerem.


o gerador desmontado



As partes do gerador que são de mais difícil aquisição são os magnetes e as bobinas. Os magnetes devem ter elevada magnetização, recomendando-se magnetes de Ni-Fe-B. As bobinas são constituídas por dois enrolamentos de fio de cobre com cerca de 1000 voltas cada. Estes enrolamentos podem ser feitos à mão ou, desejavelmente, utilizando uma máquina de bobinagem. Podem também ser feitos com um pequeno berbequim de baixa rotação, estimando o número de voltas pelo tempo (após vários ensaios com o berbequim em causa).


pormenor: - montagem dos enrolamentos



O gerador é movido a água, aproveitando a energia cinética da corrente. Na construção usou-se diversa tubagem de jardim, que deve ser ligada a uma torneira à pressão normal da rede de abastecimento público (~4 bar).


montagem da mini mini-hídrica



O gerador pode facilmente produzir energia eléctrica suficiente para "acender" uma lâmpada de LEDs. Porém a potência é muito baixa visto que o objectivo é exclusivamente demonstrativo, não estando ele optimizado para maximizar a produção de energia eléctrica. Tal requereria uma concepção radicalmente diferente, a qual passaria nomeadamente por rodear completamente os magnetes com bobinas de modo a minorar as perdas de fluxo magnético, deixando todavia de se poder ver o seu interior em funcionamento. Nesse caso porém seria mais barato e simples adquir por exemplo um dínamo de bicicleta e ligá-lo ao eixo do rodízio deste hidro-gerador, em vez de o construir.

A corrente eléctrica é induzida pela variação periódica do campo magnético através da área delimitada pelos enrolamentos de fio, e como tal é uma corrente alternada que passa repetidamente por zero quando inverte o sentido. As luzes piscam sempre a que a corrente passa por zero. Em boa verdade, os LEDs são díodos emissores de luz (Light Emitting Diodes) que só deixam passar a corrente num dos sentidos e isso faz com que o efeito ainda seja maior. Por isso, se se ligarem duas lâmpadas de LEDs em paralelo, polarizadas de forma oposta, elas vão piscar alternadamente.

A potência eléctrica produzida pelo gerador pode ser medida utilizando um voltímetro e um amperímetro em modo de tensão/corrente alternada, no lugar da lâmpada de LEDs da figura. Para tal deve-se medir a força electromotriz induzida no fio dos enrolamentos (quer são ligados em série conforme referido acima) e a corrente que o percorre. O procedimento mais simples é o seguinte:
  • medir a resistência dos enrolamentos, R, com um bom ohmímetro (com o gerador parado).
    Em alternativa, pode-se medir a corrente, I, que passa através do enrolamento quando se ligam uma à outra as duas pontas dos enrolamentos.
  • medir a força electromotriz induzida no fio, V, utilizando um bom voltímetro (i.e. que tenha resistência interna elevada), em modo ~V
  • a potência eléctrica produzida pelo gerador é então dada por P=VI=V2/R. Assim, se V=2 Volt e I=20 mA, então P=0.04 Watt
  • a potência do jacto de água que bate no rodízio pode ser estimada a partir da equação de Bernoulli da mecânica de fluidos,
    p+ρ v2/2+ρ g y = constante,
    onde ρ é a massa volúmica da água, p a pressão e v a velocidade da água e y a posição vertical. Nessa aproximação, a velocidade da água que sai no jacto é pois v2=2 Δp/ρ, onde Δp=p-p0 é a pressão da água acima a pressão atmosférica (p0). O fluxo de água que sai no jacto por segundo é Φ=π D2v/4, sendo D o diâmetro do ejector de água.
    A energia cinética da água que sai do ejector por segundo é pois Pa=(S ρ v3)/2=1/2 π S(2 Δp/ρ )3/2. Sendo D~2 mm e ΔP= ~4 bar, então Pa~1 watt.

Nesse caso obter-se-ia então uma eficiência conversão de energia de apenas ~4%. Todavia não se mediu; deixa-se esse exercício aos alunos.



Bom trabalho.
jose' pinto da cunha
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