Projeto gerador eólico

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1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA CAMPUS JOINVILLE CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL Projeto gerador eólico JOINVILLE, dezembro de 2014.

2 2 Altair Suffi Michel Guimarães Rafael Crispim Gerador Eólico Trabalho apresentado como requisito parcial para aprovação na disciplina de Metrologia e Instrumentação do curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, IFSC Campus Joinville.

3 RESUMO Toda atividade humana precisa de Energia para que possa ser realizada. Qualquer movimento só é possível se existir energia mecânica disponível. Em função desta necessidade, muito cedo na história do desenvolvimento humano a conversão de formas de energia primária em energia Mecânica para a realização de trabalhos motivou o ser humano a estudar e desenvolver técnicas de conversão de energia. Uma das formas de energia primária abundante na natureza é a Energia dos Ventos, denominada energia Eólica. O gerador eólico é um equipamento capaz de transformar a energia cinética do vento em energia elétrica. Por meio das turbinas eólicas do gerador a energia recebida dos ventos se converte em energia mecânica rotacional. Em seguida o gerador converte a energia mecânica recebida pela caixa de engrenagens ou diretamente, em eletromecânica que produz a energia elétrica. (Indústria hoje). Palavras-chave: Gerador, motor de passo, labview.

4 4 SUMÁRIO SUMÁRIO 4 INTRODUÇÃO 5 1 DESENVOLVIMENTO 6 2 DIFICULDADES ENCONTRADAS: 15 3 SUGESTÕES: 16 4 CONCLUSÃO 17 5 BIBLIOGRAFIA 18

5 5 INTRODUÇÃO Objetiva-se com o projeto simular o funcionamento de um mini gerador eólico, acionado por um motor de passo. Além de toda a estrutura física que está detalhada no desenvolvimento deste relatório, o gerador ainda é controlado pelo software labview junto com a placa de aquisição de dados NI USB Também, de forma simples podem-se analisar os erros na medição, que foram conhecimentos adquiridos nas aulas teóricas de metrologia e instrumentação.

6 6 1 DESENVOLVIMENTO Funcionamento básico: Ao executar o programa, o eixo do motor de passo rotaciona buscando o ponto zero, indicado por um sensor óptico constituído de led infravermelho direcionado para a base de um foto-transistor, o conjunto é acionado por bandeirola que obstrui o fluxo de luz do led para o transistor. Este dispositivo está acoplado na base do eixo do motor. Quando a bandeirola atinge o sensor óptico obstruindo o feixe, o transistor NPN que estava em regime de saturação entra em corte, interrompendo a alimentação da bobina do relé, levando a porta de aquisição digital do DAQ para nível baixo, esta resposta inverte a rotação e inicia a parametrização. A partir daí o eixo faz uma volta completa (360º) fazendo o número de leituras que foram previamente configuradas através de comando na tela do programa. Após o processo de aquisição e armazenamento das tensões obtidas do gerador, o software direciona a hélice para a posição onde foi encontrada a maior tensão durante a leitura. Enquanto houver a mesma tensão naquele ponto o programa mantém uma rotina, verificando se ocorreram variações na tensão gerada que não atendam ao range especificado na tela inicial do programa ou se a chave de nova parametrização foi acionada, caso haja mudança de estado num destes dois controles o motor busca novamente o ponto zero e faz uma nova parametrização. Além deste controle o programa mantém sempre a medição de tensões entregues pelo dispositivo ativa e mostrada através de indicador na tela. Figura 1 (Estrutura física do gerador).

7 7 (Fluxograma do funcionamento do projeto). Componentes do projeto: Para dar funcionamento ao gerador, além da programação utilizando o software Labview 2010, foram utilizados alguns componentes eletroeletrônicos e mecânicos. Abaixo estão citados os componentes e algumas funções operacionais. Motor de passo: Um motor de passo é um tipo de motor elétrico usado quando algo tem que ser posicionado muito precisamente ou rotacionado em um ângulo muito exato. A rotação do balancete é controlada por uma série de campos eletromagnéticos que são ativados e desativados eletronicamente.

8 8 Nesses tipos de motores não se usam escovas ou comutadores, possuem um número fixo de pólos magnéticos que determinam o número de passos por revolução. Os controladores avançados podem utilizar modulação por largura de pulso para realizarem micropassos, obtendo uma maior resolução de posição e operação mais macia. O controle computadorizado utilizado nesse projeto é uma das formas mais versáteis de sistemas de posicionamento, principalmente quando é digitalmente controlado como parte de um servo sistema. Segue abaixo algumas especificações do motor utilizado no gerador. Tabela 1 (Especificações do motor de passo). Figura 2 (Motor de passo). Driver Motor de passo: O driver possui um circuito desenvolvido para obter melhor desempenho em alta velocidade. É um driver de corrente que utiliza o sistema PWM (modulação por largura de pulso) produzindo um maior torque e estabilidade do motor além de possibilitar a utilização do sinal PNP ou NPN para realizar o controle de pulso e direção ou pulso e pulso. Possui entrada digital opto isolada, garantindo a proteção do circuito eletrônico interno, proporcionando imunidade a ruídos.

9 9 Figura 3 (Driver Motor de passo). Características principais: º A corrente máxima do driver é de 7.2A (PICO); º Sinal de controle PNP ou NPN; º Opera com sinal de passo e direção ou pulso/pulso; º Divisão de micropasso ajustável em 16 modos; º Redução automática de corrente para velocidade zero; º Seleção de 16 níveis de corrente; º Entradas digitais com isolamento óptico; º Sinal senoidal de corrente de fase do motor; º Filtro antirruído.

10 10 Figura 4 (Diagrama do driver). NI USB-6008: A placa de aquisição de dados produzida pela National Instruments denominada NI USB 6008 é um dispositivo simples e de baixo custo para interfaceamento Entrada/Saída de sinais em relação a alguns softwares computadorizados. No caso desse projeto em particular, foi utilizado o NI Labview Figura 5 (NI USB-6008).

11 11 Hélice: Para gerar tensão foi necessário utilizar algo que fosse semelhante a uma hélice de gerador. Portanto foi adaptado um ventilador de fonte de computador. Figura 6 (ventilador de fonte). Eixo prolongador: Como o eixo do motor de passo é muito pequeno, não foi possível fixar diretamente a hélice nele, então foi torneada uma peça que pudesse fixá-la no eixo do motor e acoplar a hélice na ponta de forma que pudesse elevar a altura e melhorar a capacidade de captação do ar. Figura 7 (hélice acoplada no eixo).

12 12 Fonte simétrica com seguidor de tensão: Para executar o acoplamento dos sinais oriundos das saídas digitais do DAQ NI foi necessário implementar um circuito que fornecesse uma corrente necessária para o acionamento das entradas do controle do motor de passo, para isso foi projetado um seguidor de tensão com amplificadores operacionais os quais poderiam fornecer os sinais do DAQ sem que pudessem ocorrer danos por sobrecarga no dispositivo. Para a alimentação dos três CI 4N25 AMPOP (um por saída) foi projetada uma fonte simétrica de +12/-12V. Abaixo segue o diagrama e foto ilustrando a PCI após a montagem. (Diagrama da fonte simétrica).

13 13 Figura 8 (fonte simétrica). Figura 9 (Seguidor de tensão).

14 Figura 10 (tela de execução do programa). 14

15 15 2 DIFICULDADES ENCONTRADAS: As principais dificuldades encontradas foram relacionadas com o software Labview, devido a uma série de incompatibilidades de versões, drivers e limitações encontradas para implementar o código necessário para a execução das tarefas propostas. Sempre que for utilizado o Labview deve-se atentar para as versões utilizadas para a montagem dos blocos, as interfaces e a atualização de drivers no computador utilizado, dando preferência sempre para as versões mais atuais. A lógica de programação foi feita com certa facilidade, mas ao tentar implementa-la no Labview, devido a limitações no domínio da linguagem, se mostrou muito complicada comparando com outras linguagens como o C++ e até mesmo o Assembler. Figura 11 (erro gerado na execução do programa).

16 16 3 SUGESTÕES: Como a hélice utilizada no projeto é um ventilador de fonte, gera no máximo cinco volts. Então uma grande sugestão seria utilizar uma hélice maior com um acoplamento mais justo e reforçado para redução de ruídos. Figura 12 (Modelo de hélice aconselhável). Todos os componentes somados geram uma massa que ultrapassa dez quilos, por isso o ideal seria que fossem colocados no projeto, suportes mais reforçados. Figura 13 (Modelo de suporte aconselhável).

17 17 4 CONCLUSÃO Concluiu-se com a pesquisa e o desenvolvimento que tornou esse projeto possível, que por mais simples que seja a aplicação ou o funcionamento de qualquer trabalho, requer muita dedicação e cuidado com os procedimentos. Todo projeto requer análise e muito estudo antes de sua produção, qualquer passo do processo que seja desprezado pode gerar no fracasso do projeto. Também se pode afirmar que os conhecimentos teóricos não devem ser deixados de lado, pois eles facilitam muito no dimensionamento, e na resolução de problemas.

18 18 5 BIBLIOGRAFIA &bih=643&q=suporte+para+madeira&oq=suporte+para+madeira Data sheet_ni-usb6008 Data sheet_ manualakdmp1672av01r06 Data sheet_ AK86H Data sheet_ 4N25