BICICLETA SUSTENTÁVEL

Transcrição

1 Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO ETEC JORGE STREET TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA BICICLETA SUSTENTÁVEL Arie Nunes Possani Caio Antonio Zuidarxis Erick Lucena Diniz Felipe Augusto Leal Silva Gustavo da Silva Valente São Caetano do Sul / SP 2012

2 RESUMO Tendo em vista a situação do trânsito nas grandes cidades, um meio de transporte eficiente, que seja sustentável e ao mesmo tempo viável, é um grande dilema. Em meio às grandes cidades locomover-se de uma forma mais sadia também é uma necessidade. Sabendo disso foi desenvolvido algo que solucione esta questão e que ao mesmo tempo forneça as pessoas uma maior qualidade de vida. Talvez o grande obstáculo em se utilizar deste tipo de meio de transporte é que o próprio usuário deve fornecer energia o tempo todo para se manter em movimento. O projeto em questão é uma bicicleta com um circuito capaz de armazenar a energia gerada pelo usuário e esta energia pode ser usada por ele para garantir sua segurança e lhe proporcionar maior comodidade. Em suma, a energia que ele gera enquanto pedala serve para fazer com que ele se locomova melhor. Outra vantagem é o fato de não poluir, ao contrário da maioria dos veículos utilizados atualmente, a bicicleta desenvolvida utiliza puramente a energia que o usuário gera, sem o uso de qualquer combustível fóssil. Outra problemática mais simples que será abrangida pelo projeto é o lado financeiro. É claro que problemas dessa natureza possuem raízes muito mais profundas; o objetivo não é solucioná-los, mas sim fornecer uma pequena contribuição para atitudes que podem fazer a diferença. Palavras-chave: Bicicleta. Sustentabilidade. Segurança. Energia. Circuito.

3 SUMÁRIO INTRODUÇÃO... 6 DESENVOLVIMENTO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Alternadores e Dínamos PRECAUÇÕES COM O CIRCUITO CIRCUITO INTEGRADO LIMITADOR DE TENSÃO DIAGRAMA EM BLOCOS CIRCUITO...15 CONCLUSÃO...16 REFÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS....17

4 Introdução O projeto é composto por uma ideia sustentável em divulgar o uso da bicicleta em nossa cidade, que possui um relevo acidentado e pouco atrativo aos ciclistas. Para criar um atrativo foi desenvolvida uma bicicleta que armazena a energia cinética gerada pelo ciclista durante o uso da mesma e usa essa energia para carregar uma bateria responsável por alimentar um circuito de sinalização e um carregador de aparelhos eletrônicos USB. A princípio seria utilizada uma bicicleta comum, onde o dínamo seria instalado juntamente com os demais circuitos. O circuito tem como objetivo ajudar o ciclista durante seu trajeto, e não polpa quem usa a bicicleta de todo o esforço no deslocamento. Quando aplicado, o projeto poderia ter fins de lazer, como estímulo à prática de atividades físicas ou ser usado como meio de transporte alternativo, que é o principal objetivo. Como já existem iniciativas e projetos similares ao nosso, buscamos em alguns modelos existentes a base para a montagem do projeto e o suporte para suprir eventuais dúvidas sobre os circuitos presentes na montagem da bicicleta.

5 7 Desenvolvimento No que diz respeito à geração de energia elétrica, existe um conceito em comum entre as várias maneiras de se consegui-la. Tanto nas usinas hidrelétricas, como nas nucleares ou termelétricas é feito um processo onde a energia de algo, ou de alguma matéria é convertida para girar um rotor que cria campo magnético e por fim energia elétrica. Nas hidrelétricas a energia potencial da água é aproveitada de maneira tal que ela gira um rotor, que por sua vez gera um campo magnético e por sua vez eletricidade, nas termelétricas esse processo é feito através da queima de algum combustível e nas nucleares elementos específicos são utilizados para que a energia atômica forneça o calor necessário para o vapor d água girar o rotor e criar o campo. Em todos os processos existe a presença do rotor, responsável por converter no processo a energia de movimento em campo magnético. Pensando nisso, em escala infinitamente menor, o projeto desenvolvido visa aproveitar a energia cinética (de movimento) presente nas rodas de uma bicicleta em movimento para também girar um rotor gerar uma corrente, que através de um circuito pudesse ajudar de alguma forma na segurança e conforto do ciclista durante seu percurso. Para tal aplicação, porém, foi necessário levar em conta alguns conceitos sobre geração de energia, para poder dimensionar o circuito de acordo com a energia que seria gerada. Como sugestão do orientador, também foi pensado em usar essa energia para ajudar a carregar uma bateria que irá alimentar os circuitos utilizados na bicicleta. Seguem os conceitos que foram uteis para o desenvolvimento do projeto.

6 8 1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Essencial é tudo o que diz respeito a sua segurança ou sobrevivência, seja no trânsito, na trilha, na estrada ou em qualquer condição especial. Acessórios e equipamentos opcionais são incrementos e depende do gosto ou necessidade pessoal. Há ainda os acessórios e equipamentos que são para uso pessoal do ciclista. 1.1 Alternadores e Dínamos A obtenção de energia elétrica a partir de energia mecânica como a que se dispõe de um motor em movimento é relativamente simples. Os primeiros veículos com motor à explosão já utilizavam os dínamos com a finalidade de obter energia elétrica para a carga da bateria e consequentemente para a faísca das velas, indispensável ao sistema de ignição. Era um sistema simples em que um dínamo era acionado pelo motor, gerando uma baixa tensão contínua e que passando por um sistema regulador de tensão alimentava tanto os dispositivos elétricos do carro que além do sistema de ignição incluíam os faróis, como também carregava com o excedente da energia, a bateria. Assim, conforme mostra o diagrama simples da figura 1, a finalidade do dínamo seria a de fornecer energia para o sistema elétrico com o carro em movimento. Para a partida e eventualmente para acender um farol com o carro parado, deveria entrar em ação a bateria. A grande desvantagem do dínamo é que se exige uma velocidade mínima de rotação do motor para que ele produza tensão suficiente para alimentar os circuitos, daí a necessidade de um sistema regulador de tensão que entra em ação quando a tensão atinge o mínimo exigido. Para veículos que trafegam na cidade e que portanto estão sujeitos a consequentes paradas ou baixas velocidades com a redução da rotação do motor, o uso do dínamo tem sérios inconvenientes pois existe o perigo dele não fornecer pelo tempo necessário a energia para a carga da bateria. Gerando tensões alternadas e com o uso de diodos semicondutores e mesmo circuitos eletrônicos é possível obter um desempenho muito melhor para o sistema elétrico dos veículos e é isso o que ocorre nos veículos modernos que usam apenas

7 9 a solução do alternador como fonte de energia a partir do motor. Apenas nos sistemas elétricos de veículos mais simples encontramos a mesma configuração que faz uso do dínamo, como por exemplo, em bicicletas para acender um farol ou luzes de sinalização. O princípio de funcionamento de um dínamo é muito simples: se tivermos uma bobina que gire dentro do campo magnético criado por um conjunto de imãs ou ainda por outras bobinas, cada vez que as espiras dessa bobina cortarem as linhas de força do campo magnético aparece nos extremos da bobina uma tensão elétrica. Ligando uma lâmpada ou outro dispositivo capaz de converter energia elétrica em outra forma de energia, ele funcionará: no caso da lâmpada ela acenderá. Isso indica que, para cortar as linhas de força do campo magnético é preciso fazer um esforço mecânico na bobina, e a energia mecânica necessária a isso se converte em energia elétrica. O problema do dispositivo que vimos é que a cada meia volta que a bobina dá dentro do campo magnético ela corta duas vezes as suas linhas de força e isso em sentidos opostos. Isso significa que e cada volta, cortando as linhas duas vezes em direção oposta, a bobina gera uma tensão ora com o pólo positivo de um lado, ora do outro. Em outras palavras, girando nestas condições, temos a produção de uma corrente alternada. De modo a corrigir este problema, na saída da bobina liga-se um sistema de escovas, que inverte um dos pólos numa das meias voltas, de modo que tenhamos a corrente circulando sempre no mesmo sentido, ou seja, para que obtenhamos uma corrente contínua. Isso nos leva a dispositivos denominados dínamos. Se eliminarmos o sistema que inverte o sentido da corrente a cada meia volta das espiras, o dispositivo passa a gerar correntes alternadas, ou seja, teremos um alternador. Antigamente não era simples converter a corrente alternada na corrente contínua necessária a muitos dos dispositivos elétricos e eletrônicos de um carro e por isso o uso dos dínamos era obrigatório. No entanto, com a disponibilidade dos diodos de silício, podemos facilmente converter correntes alternadas em contínuas, de modo que tanto faz para um circuito elétrico se ele tenha como fonte de energia tensão contínua como alternada. Tendo em mente então as características dos alternadores e dínamos, que geram um sinal de corrente alternada, ficou claro que para aplicação dessa corrente em

8 10 qualquer circuito que utiliza corrente contínua será necessária a implementação de um circuito retificador que é composto por diodos e capacitores de filtro.

9 11 2- Precauções com o circuito As baterias de íons de lítio são facilmente corrompidas, inflamáveis e podem até explodir em altas temperaturas. Não podem ser expostas diretamente à luz do sol e até mesmo abertura da embalagem também podem fazer com que a bateria se inflame. Essas baterias apresentam resistência ao efeito de memória, mas se outro tipo de bateria for utilizado será necessário levar em conta os ciclos de carga da bateria, para que o circuito não venha a danificá-la e diminuir sua vida útil.

10 12 3- Circuito integrado 555 O 555 é um circuito integrado composto de um Flip-Flop do tipo RS, dois comparadores simples e um transistor de descarga. Projetado para aplicações gerais de temporização, este integrado é de fácil aquisição no mercado especializado de Eletrônica. Ele é tão versátil e possui tantas aplicações que se tornou um padrão industrial, podendo trabalhar em dois modos de operação: monoestável (possui um estado estável) e astável (não possui estado estável). Sua tensão de alimentação situa-se entre 5 e 18V, o que o torna compatível com a família TTL de circuitos integrados e ideal para aplicações em circuitos alimentados por baterias. A saída deste C.I. pode fornecer ou drenar correntes de até 200mA ou 0,2A, podendo assim comandar diretamente relés, lâmpadas e outros tipos de carga relativamente grandes. A configuração astável do CI 555 permite formar um sinal onde o valor dos resistores controla seu tempo em nível alto e em nível baixo através das fórmulas: Talto = 0,69. (R1 + R2). C1 e Tbaixo = 0,69. R2. C1 Utilizando valores usuais de resistores disponíveis em laboratório e seguindo as fórmulas do fabricante chegamos em uma relação de resistores que faziam as setas de sinalização piscarem de maneira visível. Os resistores utilizados foram: R2 3300Ω e R1 1000Ω. O capacitor C1 utilizado foi de 100µF. Segue os cálculos: Tbaixo = 0,69. R2. C1 Tbaixo = 0, µ Tbaixo = 0,23 segundos Talto = 0,69. (R1+R2). C1 Talto = 0, µ Talto = 0,3 segundos

11 13 4 Limitador de tensão Atualmente, ao invés de utilizarmos um diodo zener como regulador de tensão e um transistor como fonte de tensão, podemos utilizar um circuito integrado que efetua a operação de regular e estabilizar a tensão de saída. Os reguladores de tensão na forma de circuitos integrados de três terminais são quase que obrigatórios em projetos de fontes de alimentação para circuitos de pequena e média potência. Os tipos da série 7800 podem fornecer tensões de 5 a 24 volts tipicamente com corrente de 1 A. A série de circuitos integrados 78XX onde o XX é substituído por um número que indica a tensão de saída, consiste em reguladores de tensão positiva com corrente de até 1 A de saída. No projeto ele foi utilizado para estabilizar a tensão de carga da bateria utilizada. Foi utilizado o regulador 7805 (que estabiliza a tensão em 5V, conforme o código sugere). Sua aplicação foi necessária porque o dínamo gera tensão em função da velocidade da bicicleta, podendo chegar a valores que causariam dano à bateria e ao circuito de sinalização. Neste caso o regulador de tensão serviu para proteção e também foi utilizado para estabilizar a tensão de carga da bateria.

12 5-Diagrama em blocos 14

13 6- Circuito 15

14 16 Conclusão O projeto foi planejado visando à segurança e a comodidade dos ciclistas, ajudando as pessoas a se locomoverem de forma eficiente e rápida para o seu local de trabalho ou estudo. O projeto visa também o aumento das atividades físicas nas pessoas das grandes cidades. Em nossa carreira este trabalho é de suma importância, pois nos mostra um momento para colocarmos em pratica nossas habilidades que aprendemos durante o curso. Este projeto também serve como uma experiência profissional já que não tivemos a oportunidade de fazer estágio, e se alguma empresa se interessar pela nossa idéia pode ser um começo de uma pequena indústria ou empresa de bicicletas elétricas, com isso poderíamos tirar nosso sustento financeiro desta idéia. Nossos conhecimentos teóricos foram colocados em prática, melhoramos nosso relacionamento e maneira de trabalhar em grupo. O projeto contribuiu para nossa formação também ao nos expor a situações onde foi necessário defender uma idéia ou ponto de vista e explicar com clareza nosso aprendizado diante de outros.

15 17 Referências JUNIOR, George Vieira. Disponível em 27/05/1012 MARKUS, Otávio. Sistemas Analógicos Circuitos com diodos e transistores. São Paulo 2011 editora Érica. DUKN, manual de instruções EB-007. Projetos eletrônicos com 555, autor: E. A. Parr, ed. Seltron, CAPUANO, Francisco G. & MARINO, Maria A. M. Laboratório de eletricidade e eletrônica. São Paulo, Érica, 1989.