GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA POR ONDAS SONORAS (UMA PROPOSTA DE SUSTENTABILIDADE)

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1 154 Engenharia/Engeineerring 1 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA POR ONDAS SONORAS (UMA PROPOSTA DE SUSTENTABILIDADE) FREITAS, R.¹; MACIEL JUNIOR, V.A.² Pós-Graduado em Geração de Energia, Faculdades Associadas de Uberaba, Uberaba (MG), reginaldo_freitas@hotmail.com; ² MSc. em Ciência do Solo, Faculdades Associadas de Uberaba - Uberaba (MG), Faculdade Dr. Francisco Maeda - FAFRAM, Ituverava (SP), vmacieljunior@gmail.com RESUMO: Este trabalho visa demonstrar que é possível obter energia elétrica por meio de ondas sonoras, através da indução magnética. A energia contida na forma de ondas sonoras, produzida pelos grandes centros urbanos, indústrias, veículos, metrôs e até mesmo o som de uma cachoeira, estão presentes constantemente no meio em que vivemos, porém, é uma energia ainda não aproveitada para produzir trabalho que beneficiaria a sociedade, e, sobretudo sem danos ao meio ambiente. Esse modelo de geração por fontes alternativas visa à geração descentralizada e localizada de energia elétrica, podendo atender através dos diversos geradores alimentados por ondas sonoras, suprimento de energia capaz de abastecer necessidades empresarias, cargas em diversos aparelhos de pequeno porte, iluminação interna, ou mesmo, dependendo da intensidade do ruído ou som produzido, chegar a abastecer uma pequena central de distribuição elétrica. Essa metodologia de geração de energia elétrica por meios da indução magnética já é conhecida no mundo da ciência, conforme foi descrito pelo físico britânico Michael Faraday em Sobretudo ainda não há estudos e pesquisas relacionadas a tal lei para produção de energia elétrica em grande escala. Esse princípio gerador, por conter uma característica construtiva simples e funcional, pode se tornar viável a utilização para fins de produção de energia elétrica, podendo atender as necessidades de pessoas onde o acesso a energia convencional não se torna viável, pois o custo com linhas de transmissão é alto e mesmo alimentando diversos aparelhos de pequeno porte, no somatório será capaz de economizar muita energia gerada nos moldes convencionais. PALAVRAS CHAVE: Energia Elétrica. Indução Magnética. Ondas Sonoras. GENERATION OF ELECTRIC ENERGY BY SOUND WAVES (A PROPOSAL OF SUSTAINABILITY) ABSTRACT: This article aims to demonstrate that it is possible to obtain electrical energy by means of sound waves through magnetic induction. The energy contained in the form of sound waves produced by large urban centers, industries, cars, subways and even the sound of a waterfall, are constantly present in the environment we live in, however, is an untapped energy to produce something that would benefit society, and above all without harming and destroying the environment. This model seeks to generate alternative sources of decentralized generation of electricity, could assist through the various sound wave generators, energy supplement capable of providing energy to the company needs, loading of several small appliances, interior lighting, or even, depending the intensity of noise or sound produced, come to supply a small power plant. This method of generating electricity by means of magnetic induction is already known in science as described by the British physicist Michael Faraday in Above all there are still no studies, researches related to such a law for the production of electricity on a large scale. This principle generator, because it contains a feature of constructively simple and functional, could become viable to use for electricity production and can meet the needs of people where access to that energy does not become feasible because the cost lines transmission is high and even though supplying to small appliances, at last it will be capable to save a high level of energy generated in the conventional models. KEY WORDS: Electricity. Magnetic Induction. Sound Waves. INTRODUÇÃO Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica a contribuição da energia hidráulica na matriz energética nacional, é da ordem de 14%. (ANEEL, 2005). Ainda segundo o mesmo estudo, as operações em hidroelétricas chegam a aproximadamente 83% da capacidade de geração nacional com unidades de grande e médio porte e Pequenas Centrais Hidrelétricas. A justificativa para o uso deste modelo se deve pela existência de grandes rios de planalto, alimentados por chuvas tropicais abundantes que constituem uma das maiores reservas de água doce do mundo. As fontes geradoras de energia renovável e alternativa no Brasil são destacadas pela sua grande diversidade, sendo elas: Eólica, energia cinética que utiliza o vento, captado por aerogeradores ou moinhos de ventos; Solar, energia captada em painéis e armazenada em baterias próprias para uso doméstico; Oceânica, energia cinética de movimento ondular que através de uma turbina é transformada por um gerador em energia elétrica; Hidráulica, energia potencial da água realizada em centrais hidroelétricas;

2 Engenharia/Engeineerring 155 Nuclear, consiste no uso controlado das reações nucleares para a geração de eletricidade; Biomassa, através da fotossíntese, as plantas capturam energia do sol e transformam em energia química. Existem vários estudos relacionados à obtenção de novas fontes de energia, algumas viáveis devido ao custo e outros ainda não viáveis. Mas o grande desafio é produzir essa energia de modo sustentável do ponto de vista ambiental sem destruir ou agredir a natureza, buscando a própria tecnologia já inventada para dar novos rumos à geração de energia. Assim podemos dizer que a busca por novas fontes alternativas de energia em face às fontes tradicionais, abre novas opções ao mercado de energia elétrica no Brasil. Algumas destas opções têm sido utilizadas, como o aproveitamento da energia gerada pela irradiação solar, a forças dos ventos e a utilização da biomassa. Nós possuímos um cenário ideal para abranger e alavancar essas novas tecnologias de geração de energia elétrica, contribuindo para o suprimento gerador da matriz energética brasileira. Dentre todas as fontes renováveis, podemos destacar também a obtenção de energia elétrica por meios de ondas sonoras, onde há possibilidade de reaproveitar e transformar a poluição sonora em energia elétrica, tendo como objetivo, agregar esse meio de geração às fontes renováveis dessa matriz. Este trabalho teve por objetivo avaliar a geração de energia a partir de ondas sonoras com a utilização de instrumentos simples e de fácil acesso por parte de empresas, podendo assim, utilizar energia elétrica descentralizada reduzindo custos com eletricidade e contribuindo para a sustentabilidade ambiental do planeta. MATERIAL E MÉTODOS Foi realizado testes de laboratório para a obtenção de energia elétrica por ondas sonoras. As ondas sonoras foram captadas através de um alto-falante, que no experimento é o Gerador de energia elétrica. O Gerador Elétrico (cone) ao captar a emissão de uma onda sonora irá vibrar, fazendo com que sua bobina em contato com um imã permanente se movimente linearmente. Uma bobina de várias espiras é sujeito à ação de um campo magnético uniforme produzido por um imã, conforme FIGURA 1. FIGURA 1 - Principio da indução magnética. FONTE: Física e Realidade (1997) Ao aproximar de uma bobina o pólo norte de um ímã, se produz nela uma corrente elétrica (com o circuito da bobina fechada) e ao afastar o ímã se produz uma corrente de sentido contrário. O mesmo acontece com o pólo sul, mas os sentidos das correntes são opostos. O valor da corrente é maior se deslocar o ímã com maior velocidade, e quando se mantém o ímã imóvel, cessa a corrente. A corrente que percorre a bobina é alternada, sendo caracterizado por uma amplitude e por uma frequência, este fenômeno é chamado de indução magnética. Os equipamentos utilizados para a realização do experimento foram: a) Osciloscópio modelo TDS 1009 Tektronix; b) Gerador de Sinal modelo FG MHZ Uni; c) Alto-falante com impedância de 4 e potência de 3W; d) Micro System Toshiba modelo MC 663DW 25W RMS;

3 156 Engenharia/Engeineerring e) Sonómetro (Decibelímetro) modelo 2236 Quick Guide Bruel & Kjaer, serial Todos os testes realizados foram feitos em ambientes fechados de aproximadamente 60 m². Após a escolha dos equipamentos, foi feita a modelagem do processo. Foi utilizado um alto-falante convencional para a captação das ondas sonoras e conversão em energia elétrica. O alto-falante foi conectado a um Osciloscópio (instrumento de medida eletrônico, gerador de gráficos bidimensional visível de uma ou mais diferenças de potencial), através do qual todos os resultados são apresentados para análise do desempenho do Gerador Elétrico (alto-falante), avaliando assim a possibilidade de geração de energia elétrica por ele apresentado. O micro system foi conectado ao Gerador de Sinal, para emitir um som ao alto-falante (Gerador Elétrico). Foi realizado um ajuste na frequência do Gerador de Sinal, a fim de se obter um melhor rendimento e desempenho do Gerador. A escala utilizada no Gerador de Sinal foi entre 118 a 120 Hertz, onda senoidal. O ajuste na faixa de frequência do Gerador de Sinal se deu através de várias tentativas até obter o melhor valor do rendimento do Gerador Elétrico, ficando assim um ajuste entre o desejado. A potência do som do micro system (volume) foi ajustada na escala de número 13. O Gerador Elétrico foi posicionado em frente à caixa de som do micro system a uma distância de 200 mm, com a finalidade de captar e converter as ondas sonoras em energia elétrica. A distância do Gerador Elétrico em relação à unidade emissora do som (micro system) influência diretamente no desempenho, pois quanto mais longe o Gerador Elétrico se encontrar da fonte de som, menor será seu rendimento na geração de energia elétrica. Os testes de captação foram realizados de duas maneiras: 1) Pelo uso direto do Gerador Elétrico (altofalante): O Gerador Elétrico (alto-falante) foi posicionado em frente à caixa de som, analisando assim seu desempenho na conversão da pressão sonora em energia elétrica por indução magnética. O alto-falante possui um diâmetro de 75 mm. 2) Por uma parábola conectada ao Gerador Elétrico (alto-falante): A utilização da parábola é de aumentar a área do cone do Gerador (alto-falante), melhorando assim a intensidade da pressão sonora recebida. A área da parábola faz com que a eficiência da absorção da pressão sonora até o Gerador Elétrico se multiplique, aumentando assim sua capacidade de geração de energia elétrica. Sendo assim quanto maior a parábola conectada ao gerador, melhor será o seu rendimento. A parábola utilizada possui um diâmetro de 247 mm. A FIGURA 2 representa a modelagem e utilização da parábola acoplada ao Gerador Elétrico (alto-falante). FIGURA 2 - Gerador Elétrico (alto-falante) Os dados analisados no experimento foram: Tensão de pico a pico (V); Pressão sonora (dba). A pressão sonora foi medida próximo ao gerador, através de um Sonômetro, a fim de estabelecer uma relação entre a pressão do som e a geração de energia elétrica. Foram realizados dois tipos de medições: Medição sem a parábola acoplada ao gerador; Medição com a parábola acoplada ao mesmo. Pelos valores medidos foi possível obter nos terminais do Gerador Elétrico uma tensão senoidal gerada por meios de ondas sonoras, baseada nos princípios da indução magnética.

4 Engenharia/Engeineerring 157 RESULTADOS E DISCUSSÃO Diante dos testes realizados em laboratório, podemos observar que, com o som de um micro system, ou seja, através do barulho produzido por ele é possível captar a pressão sonora e converter em energia elétrica. O processo de conversão é simples, pois utiliza a indução magnética para obter uma tensão elétrica nos terminais do gerador. Esse mecanismo de desenvolvimento se dá no instante em que uma pressão sonora em contato com o diafragma do alto-falante produza um movimento linear. No instante em que o diafragma do gerador entra em ressonância, há um movimento da bobina acoplada ao diafragma, criando um campo magnético. Há indução de corrente elétrica nos terminais da bobina. A TABELA 1 apresenta o valor obtido no experimento sem o uso da parábola acoplada ao gerador. TABELA 1- Resultado das medições sem a parábola Pressão Sonora (dba) Tensão Gerada (mv) 87,5 97,60 gerador onde é notado um aumento significativo na geração de energia pela utilização da parábola. TABELA 2 - Resultado das medições com a parábola Pressão Sonora (dba) Tensão Gerada (mv) 92,4 580,00 Os valores considerados podem sofrer variações dependendo do ajuste e posicionamento dos equipamentos. De acordo com o valor da TABELA 1, é possível observar que, somente o gerador sem a parábola, foi possível obter uma tensão de 97,60 mv a uma pressão sonora de 87,5 dba. A TABELA 2 apresenta uma tensão de 580 mv a uma pressão sonora de 92,4 dba. De acordo com os testes realizados foi possível observar que, com a utilização da parábola acoplada ao gerador é possível obter um aumento significativo na geração de energia elétrica. A parábola tem a finalidade de aumentar a incidência das ondas sonoras na região do gerador, aumentando sua eficiência. A FIGURA 3 apresenta uma relação entre a tensão gerada e a pressão sonora aplicada ao gerador. Na TABELA 2 é apresentado o valor obtido no experimento através do uso da parábola acoplada ao FIGURA 3 - Pressão sonora x Tensão gerada Nos dados acima se observa que o valor obtido a uma pressão sonora de 87,5 dba foi possível obter uma tensão elétrica de 97,60 mv sem a utilização da parábola acoplada ao gerador. A partir do momento que foi acoplado a parábola a ele, houve um pequeno aumento na pressão sonora, passando a 92,4 dba e a tensão elétrica para 580 mv. Sendo assim, comprovam um aumento de seis vezes na eficiência da implementação da parábola ao gerador.

5 158 Engenharia/Engeineerring Diante dos resultados apresentados, foi comprovado que há uma grande possibilidade de gerar energia elétrica por indução magnética, aproveitando todo o potencial de barulho existente no nosso meio. As figuras acima apresentam valores significativos de geração de energia para o experimento realizado. Levando em consideração que o Gerador Elétrico (altofalante) utilizado não é para essa finalidade, devido as suas características construtivas em termos de sensibilidade para captação da pressão sonora (ondas de som) e transformação em eletricidade. CONCLUSÕES Os testes realizados em laboratório tiveram a finalidade de comprovar que é possível gerar energia elétrica através do aproveitamento dos sons, barulhos disponíveis no meio em que vivemos. Logicamente os valores obtidos não agregam valor real à geração de energia elétrica, e tão pouco no suprimento de nossas necessidades. Porém esses resultados significam o alavancar da possibilidade da criação de mais uma fonte geradora de energia que poderá vir a fazer parte da matriz energética utilizada pelo homem até agora. Essa metodologia de geração de energia elétrica por meios da indução magnética já é conhecida no mundo da ciência, conforme foi descrito pelo físico britânico Michael Faraday em Mas não há estudos relacionados a tal lei para produção de energia elétrica em grande escala. Esse princípio gerador, por conter uma característica construtiva simples e funcional, pode se tornar viável a utilização em grande escala para fins de produção de energia elétrica descentralizada. Podendo atender as necessidades de pessoas onde o acesso a essa energia não se torna viável, pois o custo com linhas de transmissão é alto. Outra aplicação possível seria a utilização em aparelhos celulares, os tornando auto-sustentável, sendo assim, não haveria a necessidade da energia elétrica convencional para alimentar suas baterias. Pois através da indução magnética de pequenos geradores instalados nesses aparelhos estariam gerando energia para suprir a carga. Esses aparelhos quando expostos próximos a qualquer barulho ou até mesmo com o som de seu altofalante, poderiam gerar energia para o seu consumo. No Brasil, segundo a Anatel (Agência Nacional de Telecomunicações) informou que atualmente existem mais de 183 milhões de celulares habilitados, o que representa uma densidade de 95,26 terminais por cem habitantes. Diante desse valor a energia gasta por todos os aparelhos pode se tornar significativa para a produção da matriz energética brasileira. Este não é um estudo definitivo, nem tão pouco acabado e explorado nas suas infinitas possibilidades, porém passa a ser um princípio de novas oportunidades de visão e estudo na produção de energia elétrica. Para trabalhos futuros foram elaborados novas linhas de pesquisa a fim de remodelar e avançar nesta proposta de geração, conforme segue: Obtenção de parâmetros para alta tensão; Desenvolvimento de um protótipo com alta capacidade de geração; Mapeamento de regiões de alto índice de fontes sonoras. Chegar ao aproveitamento máximo da geração através das ondas sonoras dependerá de novos estudos e da multi-diversidade de suas aplicações em relação ao universo das disciplinas que examinam o tema. REFERÊNCIAS AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA- ANEEL. Atlas de Energia Elétrica do Brasil. Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL. Brasília, Disponível: download.htm. Acesso em: 12 set AGÊNCIA NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES- ANATEL. Telefonia móvel. Disponível em:< do?acao=carreganoticia&codigo=20654>. Acesso em: 10 jul GONÇALVES FILHO, A.; TOSCANO, C. Física e realidade. São Paulo: Scipione, v p. MAXIMO, A.; ALVARENGA, B. Curso de Física. São Paulo: Scipione, v p.