Curso Tecnólogo em Mecatrônica Industrial GUILHERME K. POGAN HELENA F. DITTERT. Gerador Eólico

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1 Curso Tecnólogo em Mecatrônica Industrial GUILHERME K. POGAN HELENA F. DITTERT Gerador Eólico Joinville SC Junho de 2016

2 1 Introdução Este projeto tem por objetivo simular o funcionamento de um gerador eólico. Por meio de uma programação em Labview, é possível fazer o controle do posicionamento angular de um motor DC para adquirir a tensão desejada na saída. Etapas da construção e detalhes do compensamento de erros de medições estão intrísecos na programação e os detalhes serão apresentados ao longo do desenvolvimento.

3 2 Funcionamento e Desenvolvimento Primeiramente, o protótipo deverá ter alimentação de 5V para funcionamento dos circuitos integrados e uma ligação em 2,8V para servir de origem para o sinal dente de serra. Ao iniciar o programa do aerogerador, uma tensão de saída ou ângulo deverá ser escolhida pelo usuário. Tendo um valor como base, o protótipo irá girar sua estrutura até encontrar o ângulo que proporciona o fluxo de vento necessário para gerar a tensão desejada ou, no segundo caso, irá ao ângulo escolhido, mostrando uma tensão final. Durante o funcionamento do programa o usuário poderá mudar tanto o valor da tensão de saída quanto o do ângulo, ao escolher o novo valor, a estrutura irá girar com sentido horário ou antihorário, dependendo do sinal recebido pelo comparador do PID. 2.1 Montagem do protótipo Primeiramente foram confeccionadas as hélices do aerogerador, a partir de um cano PVC, como pode ser visto na Figura 01. Cada pá possui 11,5cm de largura por 3cm de comprimento. O suporte para as pás tem 1,5cm de raio. Com o auxílio de fogo foi possível dobrar um pouco a base de cada pá para criar uma angulação típica que ajuda na captação do vento, proporcionando mais torque para o conjunto. Para prender as peças foram usados parafusos pequenos e cola Araldite para reforçar a estrutura. Figura 01 Hélices e suporte sem pintura.

4 A estrutura do aerogerador foi feita com um cano de PVC de 32mm de diâmetro com aproximadamente 23cm de altura. Este é dividido em duas partes, uma com 8cm e outra com 15cm. Para a proteção do gerador DC foram impressas duas peças (Figura 02). Figura 02 Peça impressa para proteção do gerador DC. Figura 03 Gerador protegido O acoplamento de uma parte a outra do cano foi feita por três peças também impressas em 3D. A primeira (Figura 04 e Figura 05) fica presa ao motor DC com redução através de parafusos. Possui uma folga de mais ou menos 2mm entre a carcaça do motor e a parede interna da peça para que o cano fique preso neste espaço. Figura 04 Peça vista por fora. Figura 05 Peça vista por dentro.

5 A segunda peça (Figura 06 e Figura 07) é fixada ao eixo do motor DC com redução. Esta possui uma cavidade de 7mm para acoplar um imã esférico de Neodímio, que será utilizado para mensurar a angulação atual do aerogerador. Figura 06 Vista inferior. Figura 07 Vista superior. A terceira parte (Figura 07) é presa a segunda atraves de um encaixe já definido. Essa ultima parte tem por objetivo a fixação com a parte superior do corpo do projeto. Possui 32mm de diâmetro para que fique justa no interior do cano. Figura 07 Peça de fixação. Para finalizar a parte mecânica do projeto, foi utilizado tinta branca em spray para uniformizar a cor do aerogerador e esconder marcas de trabalho que ocorreram durante o processo de construção do protótipo. Um peça foi impressa

6 (Cubo do rotor) para ser presa na frente do eixo da hélice, esta serve para um maior aproveitamento do vento e melhorar a estética. Figura 08 Hélice com eixo pintados e cubo do rotor Figura 09 Parte mecânica concluida.

7 2.2 Eletrônica A placa eletrônica desenvolvida serve para permitir o giro do motor DC da base, para o lado indicado pela programação. Para isso, é necessário um circuito oscilador (Figura 10) para gerar uma onda quadrada e posteriormente transformada em uma onda dente de serra. Figura 10 Circuito para onda em forma dente de serra Essa onda em forma dente de serra, comparada (Na Figura 11) com o sinal digital que vem da placa de aquisição da NI geram um segundo sinal, C1 ou C2, que enfim será transmitido para um terceiro estágio que fará a rotação do motor. Figura 11 Comparador

8 A terceira parte (Figura 12) tem o objetivo de fazer a rotação e inversão de giro do motor por meio de uma ponte H. O sinal vem do comparador, C1 fara a rotação no sentido horário e C2 para o sentido antihorário. Figura 12 Ponte H Utilizando o software Traxmaker, o desenho das trilhas foi feito (Figura 13) e logo após impressos em papel fotográfico. Ao término do processo de impressão, de transferir o desenho para a placa de circuito impresso, da corrosão e da perfuração da placa, foram soldados todos os componentes (Figura 14). Figura 13 Desenho feito no Traxmaker Figura 14 Placa pronta Para adquirir o ângulo percorrido do motor, foi utilizado um circuito integrado (TLE 5009). Este CI faz a aquisição de um sinal seno e um cosseno de acordo com

9 a rotação da polaridade do imã sobre o mesmo. A partir da leitura do seno e do cosseno, por função trigonométrica, calculamos a tangente, com esse cálculo é possível determinar o ângulo como resultado. Figura 15 Aquisição de onda do CI. 2.3 Programação O controle do projeto é todo feito pela plataforma de programação gráfica Labview. Através da programação foi possível compensar um erro eletrônico que foi obtido anteriormente. Primeiramente ligamos a placa de circuito impresso à uma fonte DC com 5V, sem nenhuma conexão com a programação. Foi então criado o gráfico com um osciloscópio, onde pode ser determinado o offset dos sinais de seno e cosseno. Com o software, o offset pôde ser removido e as ondas ficaram com seus picos e vales alternando entre +/ 2V. Com os valores de seno e cosseno, foi utilizado um bloco para calcular o valor do ângulo. É então adquirido o valor da tensão gerada pelas hélices. Com essa tensão é possível descobrir a corrente, dividindo a tensão pela resistência já conhecida; e a potência gerada, multiplicando a tensão pela corrente. Para girar o motor, o programa faz uma comparação entre a tensão desejada e a tensão gerada através de um PID, se for verdadeiro é feita a rotação no sentido horário, se for falso, antihorário. O controle é feito de forma proporcional, ou seja, conforme a diferença entre as entradas for diminuindo, a saída também diminui seu valor. No caso do

10 ângulo, é feito um PID com os parâmetros de entrada que será o ângulo desejado pelo ângulo atual. Figura 16 Área de trabalho do programa. Figura 17 Programação (Parte 1).

11 Figura 18 Programação (Parte 2).

12 3 Conclusão Com o desenvolvimento desse projeto, podemos aplicar todos os conhecimentos adquiridos nas aulas de metrologia, além de outros conhecimentos anteriores como programação, eletrônica analógica e digital. Além de ter proporcionado um maior conhecimento sobre as fontes de energia eólica. Para a realização do projeto foi necessário um grande investimento de tempo e estudo. Sem dedicação o projeto não passaria de apenas uma ideia.

13 Referencias TLE5009_FDS DS v01_01 en.pdf?fileid=db3a f d8ddd56b0