Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia




Conversão de uma Girândola num Aerogerador de
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                                   Agradecimentos


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Índice


1.     Introdução ....................................
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1. Introdução

  1.1 Contextualização

    Desde a antiguida...
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eficácia pela sua menor resistência ao ar, contribuindo para...
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      1.3 Máquinas Eléctricas

      As máquinas eléctricas ...
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polaridade do íman, sendo por isso necessários pólos aos par...
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Relativamente à corrente em função do numero de espiras, pod...
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ímanes para a qual a f.e.m. é máxima. O resultado desta oper...
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4. Discussão dos Resultados e Trabalho Futuro

        Neste...
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5. Referências

   Alves, Mário, 2003, ABC das máquinas eléc...
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                     Anexos




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                Anexo I – Esquemas do desenho inicial


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               Figura I-4. Desenhos e medidas do estator e b...
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                           Figura I-6. Desenhos do Veio Metá...
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                            Figura I-11. Desenho do gerado...
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                               Anexo II – Bobines




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                        Anexo III - Medições da turbina inic...
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                     Anexo IV - Simulações em Vizimag


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Figura IV-2 Simulação em Vizimag® com ímanes sobrepostos a...
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Ao colocar outro set de ímanes ao lado podemos observar que ...
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Este aumento deve-se ao maior número de linhas de campo fech...
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Baseados nestes resultados, resolvemos implementar um novo d...
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     Anexo VI – Implementação do novo desenho, montagem
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             Anexo VIII – Fotografias do protótipo final



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Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical (VAWT)

  1. 1. Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical (VAWT) Trabalho realizado no âmbito da disciplina de Projecto, Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e Ambiente André Miguel Ventura dos Reis José Mário da Costa Pó Ricardo Miguel Louro Saiote Trabalho realizado sob a supervisão de Prof. Dr. Jorge de Maia Alves (FCUL) 2010
  2. 2. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Abstract In this work, an electromechanical converter, based on the Faraday’s law of electromagnetic induction, was built and planned in order to adapt it to an air extractor. It has been concluded that the mode of operation of the turbine is intended to be at low wind speed. The experimental measurements showed that the electric machine developed enables the conversion of energy, reaching the 4 W to 460 RPM. Yet the potential of this system have not been fully achieved, with some improvements to be implemented in the future. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote -1-
  3. 3. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Resumo Neste trabalho, planeou-se e construiu-se um conversor electromecânico, baseado na lei de indução electromagnética de Faraday, com o fim de o adaptar a uma girândola. Verificou-se que o modo de operação da turbina se destina a regimes de baixas rotações. As medições experimentais apuram que a máquina eléctrica desenvolvida possibilita a conversão de energia, atingindo-se os 4 W para 460 RPM. Mesmo assim as potencialidades deste sistema não foram totalmente atingidas, havendo algumas melhorias a implementar futuramente. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote -2-
  4. 4. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Agradecimentos O trabalho que se apresenta neste relatório foi realizado, pelos alunos André Reis, José Mário Pó e Ricardo Saiote do Mestrado Integrado em Engenharia de Energia e Ambiente da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, no âmbito da cadeira de Projecto. O projecto desenvolvido teve algumas ambiguidades, quer no que respeita à sua definição, quer na sua concretização. Grande parte das variáveis e os critérios subjacentes à construção deste trabalho foram descortinados durante a sua evolução, sendo que para a sua execução, contámos com a disponibilidade e a colaboração de várias pessoas, às quais queremos, muito reconhecidamente, agradecer. Começamos por agradecer ao Professor Doutor Jorge Maia Alves, coordenador do Projecto e actual coordenador do curso que frequentamos, que nos prestou toda a colaboração e entusiasmo no desenvolvimento do mesmo. Um agradecimento, muito especial, é dirigido ao Sr. Ricardo, funcionário das oficinas da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, que realizou a construção das peças utilizadas, bem como a sugestão de ideias na concepção das mesmas. Agradecemos, ainda, ao Professor Doutor José Dores da Costa, pelo conhecimento partilhado sobre o assunto. Por último, queremos agradecer à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa pelos meios e recursos indispensáveis na realização deste trabalho que nos disponibilizou. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote -3-
  5. 5. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Índice 1. Introdução .........................................................................................................................- 5 - 1.1 Contextualização ..........................................................................................................- 5 - 1.2 Indução Electromagnética ............................................................................................- 6 - 1.3 Máquinas Eléctricas .....................................................................................................- 7 - 1.4 Drag e Lift ....................................................................................................................- 7 - 2. Desenho, Construção e Montagem da Turbina .................................................................- 8 - 2.1 Planeamento da turbina ................................................................................................- 8 - 2.1.1 Gerador ..............................................................................................................- 9 - 2.1.2 Bobinas e o seu número de espiras ..................................................................- 10 - 2.2 Nova configuração da máquina eléctrica ...................................................................- 14 - 3. Caracterização da Máquina Eléctrica ..............................................................................- 16 - 4. Discussão dos Resultados e Trabalho Futuro ..................................................................- 19 - 5. Referências ......................................................................................................................- 20 - Anexos.....................................................................................................................................- 21 - Anexo I – Esquemas do desenho inicial ............................................................................- 22 - Anexo II – Bobines ............................................................................................................- 28 - Anexo III - Medições da turbina inicial .............................................................................- 29 - Anexo IV - Simulações em Vizimag .................................................................................- 30 - Anexo V – Desenhos da nova estrutura .............................................................................- 35 - Anexo VI – Implementação do novo desenho, montagem experimental e resultados .......- 38 - Anexo VII - Extrapolações.................................................................................................- 41 - Anexo VIII – Fotografias do produto final ........................................................................- 45 - André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote -4-
  6. 6. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical 1. Introdução 1.1 Contextualização Desde a antiguidade que o ser humano inventou formas para utilizar a energia do vento para realizar trabalho mecânico. É o caso dos barcos à vela, dos moinhos usados para triturar os cereais ou para bombear água de poços. No século XX começou-se a utilizar a energia eólica para produzir electricidade através de aerogeradores. Os aerogeradores podem ter várias dimensões e podem ser instalados individualmente ou em parques eólicos para produção de energia em grande escala. A energia eólica tem a vantagem de, virtualmente, não se esgotar (energia renovável), de permitir o uso descentralizado e de ser pouco poluente. Uma turbina eólica é uma máquina que converte a energia cinética provocada pelo vento em energia mecânica. Se a energia mecânica é usada directamente pela máquina, para moer cereais ou para bombear água, esta é normalmente denominada de Moinho. Se a energia mecânica é convertida em electricidade então é usualmente conhecida por Aerogerador. As turbinas eólicas podem ser separadas em dois tipos gerais, com base no eixo central sobre o qual a turbina gira, vertical ou horizontal, sendo as de eixo horizontal mais comuns que as de eixo vertical. É possível também classificá-las pela sua localização, onshore ou offshore (em terra ou no mar). Os aerogeradores são usualmente formados por uma torre e uma gôndola composta por um “rotor” e aparelhos de medição (um anemómetro para medir a velocidade do vento, uma veleta ou “cata-vento” para conhecer a sua direcção e um pára-raios). O “rotor” é constituído pelas pás e por um eixo, unidos através de um rolamento. São as pás que captam a energia do vento e transmitem a sua potência ao rolamento, ligado a um multiplicador que aumenta a velocidade do eixo. Do multiplicador, a energia mecânica é transmitida a um gerador eléctrico, que a transforma em energia eléctrica para posterior injecção na rede eléctrica, ou outras inúmeras aplicações. A quantidade de energia transferida ao rotor pelo vento depende da densidade do ar, da área de varrimento do rotor e da velocidade do vento. A Lei de Betz diz que só se pode converter 59% da energia cinética em energia mecânica ao utilizar um aerogerador. A potência mecânica que se consegue extrair por uma turbina depende do factor cúbico da velocidade do caudal de ar que passa por esta, fazendo com que o aproveitamento deste recurso varie com a intensidade e a direcção do mesmo. Tendo em conta os dois géneros referidos acima, são os aerogeradores de eixo horizontal (Horizontal Axis Wind Turbine – HAWT) que se encontram mais desenvolvidos, tanto a nível técnico como comercial, sendo os mais adequados à produção de energia eléctrica em larga escala. Quanto ao número de pás, os mais utilizados são os de três pás, já que apresentam maior André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote -5-
  7. 7. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical eficácia pela sua menor resistência ao ar, contribuindo para a estabilidade da turbina. A gama de potências dos aerogeradores estende-se desde os 100 W (diâmetro das pás da ordem de 1 metro) até cerca de 5 MW (diâmetro das pás e altura da torre superiores a 100 metros). Relativamente aos de eixo vertical (Vertical Axis Wind Turbine – VAWT), estes baseiam- se no mesmo princípio das clássicas noras de água, onde a água chega perpendicularmente ao eixo de rotação das mesmas. Assim, o vento ao chegar perpendicularmente ao eixo da turbina, faz com que a mesma seja independente da direcção, com a agravante de o esforço nas pás exercido pela força centrífuga limitar a velocidade de rotação. Esta tipologia de turbina consegue maior rendimento que as HAWT´s, sendo que o gerador não precisa de estar numa torre, podendo ficar no solo. As desvantagens deste tipo de tecnologia têm que ver com o facto da velocidade do vento ser baixa junto ao solo, onde está a parte inferior do rotor, sendo por isso necessário realizar um arranque “forçado” para a máquina começar a trabalhar. Esta tipologia tem sido um pouco esquecida, tendo a última grande máquina deste género (Canadá) deixado de funcionar devido a problemas de manutenção. Ainda assim, para aplicações de pequena escala, as VAWT´s podem ser alternativas às HAWT´s. 1.2 Indução Electromagnética A Indução electromagnética é o princípio fundamental sobre o qual operam os transformadores, geradores e motores eléctricos. Este fenómeno origina a produção de uma força electromotriz (f.e.m. ou tensão), num meio ou corpo estacionário exposto a um campo magnético variável, ou num meio móvel exposto a um campo magnético estático. Segundo Faraday, a magnitude da tensão induzida é proporcional à variação do fluxo magnético. O enunciado da mesma declara que se um circuito contém enrolamentos justos e o fluxo magnético que atravessa cada enrolamento varia pelo valor ∆ durante o intervalo de tempo , a f.e.m. média induzida no circuito durante este período de tempo será dada pela expressão, ∆ = − (1) O sinal menos na equação (1) é incluído na mesma para dar conhecimento da polaridade da f.e.m. induzida. Esta polaridade indica as duas diferentes direcções para as quais a corrente nos enrolamentos irá fluir, tendo por base a lei de Lenz. Esta enuncia que a corrente causada pela f.e.m. induzida circula no sentido oposto ao fluxo do campo magnético presente. Neste sentido para que se mantenha uma corrente ao longo do tempo no circuito, tem que se inverter a polaridade do campo magnético criado. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote -6-
  8. 8. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical 1.3 Máquinas Eléctricas As máquinas eléctricas proporcionam a conversão entre energia electromagnética e mecânica e vice-versa. Geralmente, este tipo de conversor é constituído por uma massa fixa, designada por estator, no qual está bobinado o enrolamento induzido, e por uma massa rotativa, denominada por rotor, no qual está instalada uma fonte magnética que origina um fluxo magnético. Este fluxo tanto pode ser causado por ímanes, como por um enrolamento de excitação. Devido ao formato da construção da máquina, a distribuição espacial da indução magnética é aproximadamente sinusoidal. Estas máquinas são caracterizadas por existir uma relação constante entre a velocidade de rotação do rotor, N, e a frequência, f, da tensão induzida: = . (2) onde, é a frequência das tensões em Hz, é o número de pares de pólos do indutor e a velocidade de rotação em rotações por segundo (r.p.s.). Estas máquinas são reversíveis, podendo funcionar como motores ou geradores. No funcionamento como gerador (o utilizado neste projecto), o rotor, quando recebe energia cinética, é accionado e roda com uma dada velocidade, originando uma interacção electromagnética com os enrolamentos do estator, que resulta na conversão de energia mecânica em energia eléctrica. 1.4 Drag e Lift Numa turbina eólica, as pás, são a componente responsável pela captação da energia cinética do vento e da sua conversão para energia mecânica no veio. Para esta conversão, em sistemas eólicos, são utilizados dois efeitos – Lift (Sustentação) e Drag (Arrastamento) (fig.1.4- 1). André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote -7-
  9. 9. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura 1.4-1. Efeito Lift e Drag, em que W é a força do vento, FL a força de Lift e FD a força de Drag; O efeito de sustentação, é causado pela diferença de pressão entre, a parte inferior da pá e a parte superior. Esta diferença de pressão faz com que a força resultante seja para cima, sendo também auxiliada pela reacção do ar (Terceira Lei de Newton) na parte inferior da pá, promovendo-se assim o deslocamento da mesma. No caso do efeito de arrasto, como o nome indica, a pá é simplesmente arrastada pela massa de ar. 2. Desenho, Construção e Montagem da Turbina 2.1 Planeamento da turbina Antes de procedermos à construção da turbina eólica tivemos que pesquisar quais as vantagens e desvantagens de cada tipo de turbina. Considerando os dois tipos básicos de rotores eólicos, eixo vertical e eixo horizontal, os rotores diferem no seu custo de produção, eficiência, e na velocidade do vento em que têm a sua maior eficiência. A nossa ideia estava mais vocacionada para aproveitar os ventos de baixa altitude e velocidade, com vista à aplicação em edifícios. Dado que este tipo de ventos pode ser por vezes bastante turbulento, uma turbina de eixo horizontal teria que integrar um mecanismo de redireccionamento das pás, para que se pudesse aproveitar a máxima energia cinética do vento que a turbina permitisse captar. Nas turbinas de eixo vertical não se coloca essa questão, dado que esta tipologia consegue captar sempre a máxima energia cinética do vento que o aerogerador permite, mesmo que este esteja constantemente a mudar de direcção. Deste modo, concluímos que a tipologia de rotor de eixo vertical se adapta perfeitamente ao nosso propósito. Este tipo de turbina também foi escolhido porque pretendíamos um sistema que implicasse relativa simplicidade de projecção e baixos custos de construção. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote -8-
  10. 10. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Com base em todas estas opções resolvemos testar a ideia de adaptar uma máquina eléctrica a um extractor de ar, similar àqueles que muitas vezes podemos encontrar no topo dos edifícios. Estes extractores são conhecidos como girândolas. Na nossa óptica, as girândolas podem contribuir para uma maior eficiência energética dos edifícios, gerando energia ao mesmo tempo que extraem o ar do interior das condutas a que estão ligadas, sem que isso comprometa o seu desempenho na função de sistema extractor de ar. Ao contrário do formato habitual das pás das turbinas eólicas de eixo horizontal, estas pás, recorrem apenas ao efeito de drag, não havendo a componente de lift. Foi então planeado um gerador eléctrico baseado nas dimensões de uma girândola, cujo veio pôde ser encaixado na mesma. 2.1.1 Gerador Inicialmente, o plano do gerador ia de encontro com uma estrutura em que, o disco do rotor teria os ímanes à superfície, de modo a que fosse possível encaixar dois estatores, um em cima e outro em baixo, sendo assim possível aproveitar as linhas do campo magnético provenientes de ambos os pólos dos imanes do rotor. Também, para evitar possíveis distorções do sinal de saída do gerador, pretendia-se que os ímanes estivessem todos sincronizados com as bobines, isto é, a distância entre os centros dos ímanes seria a mesma que o espaçamento entre os centros das bobinas. Desta forma decidiu-se que haveria o mesmo número de ímanes e bobines (por estator). Assim sendo, com o recurso à relação empírica de que, a abertura das bobinas teria que ser duas vezes o diâmetro dos ímanes, foram estabelecidos os princípios que os componentes teriam que seguir. Ao seleccionarmos os ímanes de neodímio 1.2T de 10 mm de diâmetro e 5 mm de espessura, e ao definirmos também a margem de 5 mm, a acrescer ao raio da bobine, para o enrolamento, foi possível chegar a uma expressão que nos permitiria calcular o número de ímanes consoante o raio e vice-versa: × = × (3) Onde, R é a distancia do centro do disco ao centro dos ímanes, n o número de ímanes, e 30 a distância entre ímanes em milímetros (ou diâmetro das bobines). Para a definição do número de pólos, tivemos que ter, essencialmente, duas condicionantes em consideração. Em primeiro lugar, o número de pólos tem, obrigatoriamente, de ser par. Quando expomos um enrolamento a um campo magnético, cria-se um diferencial de carga e, para que haja geração de corrente, tem que se inverter o diferencial. Para esse efeito expõe-se o enrolamento a um campo magnético no sentido inverso, isto é, inverte-se a André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote -9-
  11. 11. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical polaridade do íman, sendo por isso necessários pólos aos pares. Relativamente à segunda condicionante, pela equação (2), podemos concluir que, a frequência magnética é directamente proporcional à frequência mecânica num factor p. Sendo p o número de pares de pólos, para compensar a operação da turbina num regime de baixa rotação, tivemos que considerar um número elevado de pólos. Assim sendo, definiu-se o número de pólos como 18, obtendo-se uma relação de 9 voltas magnéticas por cada volta mecânica. Sabendo-se o número de pólos, com a expressão (3), obtém-se um R de aproximadamente 85 mm o que implicou a redução de 1 mm nas bobinas para que estas pudessem ser colocadas correctamente. Para o raio total do disco considerou-se uma margem de 15 mm a adicionar à distância do centro do disco ao centro dos ímanes. Na definição da altura das bobines, teve-se em consideração a espessura dos ímanes e atribui-se-lhes a mesma medida para a altura (5 mm), ficando 1 mm por parede e 3 mm para o enrolamento. As bobines seriam então colocadas no estator de modo a que estas estivessem o mais próximo possível dos ímanes do rotor para interceptarem o maior número de linhas de campo magnético transversais possível, e por essa razão não seria rentável ter bobines de uma altura maior do que a dos imanes. Obtivemos assim, as medidas fundamentais para o desenho do rotor e estator. O desenho destes foi elaborado com a ferramenta CAD SolidWorks®, podendo os esquemas ser consultados no Anexo I. Após a conclusão dos desenhos das componentes do gerador, estes foram entregues à oficina, na qual foram construídos em acrílico, por ser o material disponível que melhor se adequava ao efeito. Os ímanes foram encaixados nos espaços abertos no rotor e colados com Araldite®. Relativamente aos estatores, antes da sua concepção e colocação das bobinas, foi necessário determinar qual o número de espiras por bobina a implementar. 2.1.2 Bobinas e o seu número de espiras Para determinar o número de espiras por bobine a implementar, foi necessário realizar um estudo com uma bobina, no qual se tentou apurar qual o número de espiras em que esta mostrava o melhor desempenho. Nesse estudo, foram efectuadas medições com a bobine sempre à mesma distância do rotor (estando o mais próxima possível do mesmo), em função do número de espiras da bobina. As velocidades de rotação implementadas foram as mais baixas que se conseguiram obter utilizando um berbequim encaixado no veio do rotor. Os resultados podem ser consultados nas seguintes figuras. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 10 -
  12. 12. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical y = 4,132x + 7,618 450 R² = 0,997 400 350 300 V(espir) 0,080 kHz Tensao(mV) 250 V(espir) 0,040 kHz 200 Linear (V(espir) 0,080 kHz) 150 Linear (V(espir) 0,040 kHz) 100 50 y = 2,027x + 1,348 0 R² = 0,995 0 20 40 60 80 100 120 Espiras Figura 2.1.2-1. Tensão de circuito aberto da bobine em função do numero de espiras Como seria de esperar, a tensão de circuito aberto descreve um comportamento linear em função do numero de espiras. y = 31,36ln(x) - 40,14 120 R² = 0,971 100 I(espiras) 0,080 kHz Corrente (mA) 80 I(espiras) 0,040 kHz 60 Logarítmica (I(espiras) 40 0,080 kHz) Logarítmica (I(espiras) 20 0,040 kHz) 0 y = 14,72ln(x) - 16,92 0 20 40 60 80 100 120 R² = 0,979 Espiras Figura 2.1.2-2. Corrente de curto circuito da bobine em função do número de espiras André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 11 -
  13. 13. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Relativamente à corrente em função do numero de espiras, pode-se verificar que esta segue um comportamento logaritmico. P-espiras 25000 Potencia microW 20000 P-espiras 0,08 kHz 15000 P-espiras 0,04 10000 kHz 5000 0 0 20 40 60 80 100 120 Espiras Figura 2.1.2-3. Potência máxima da bobine em função do número de espiras Figura 2.1.2-4. Curva teórica da potência em função do número de espiras Confrontando a forma do gráfico da figura 2.1.2-3 com o da figura 2.1.2-4, concluiu-se que a potência tirada da bobine ainda não tinha atingido o seu máximo. Assim sendo, para as dimensões da bobina concebida, não haveria espaço para se atingir o ponto ideal de número espiras, isto é, o ponto em que a corrente de curto-circuito é máxima em função do número de espiras. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 12 -
  14. 14. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Decidiu-se então optar pelo número máximo de espiras que fosse possível encaixar na bobina, conseguindo-se aproximadamente 100 espiras. Procedeu-se então à bobinagem das 18 bobines de um dos estatores. No processo de bobinagem, colocaram-se todas as bobinas num veio encaixado no torno mecânico (fig. 2.1.2-5), e, com a rotação do torno, enrolou-se e preencheu-se, cada bobina, com fio de cobre de 0.25 mm de espessura, passando para a vizinha quando a actual estava cheia, de modo a que o mesmo fio, sem quebras, percorre-se todas as bobinas. Assim sendo, no final, tínhamos as bobinas todas preenchidas, com espiras no mesmo sentido. Ao termos as espiras todas no mesmo sentido, teríamos um problema quando as colássemos na base do estator, pois significaria que, quando o rotor estivesse a rodar, devido à inversão da polaridade dos imanes, uma bobine estaria a ter a corrente induzida num sentido e a vizinha teria a corrente induzida no sentido oposto, isto é, em vez de somarmos as correntes induzidas nas bobines estaríamos a subtraí-las, o que, de maneira nenhuma, era o efeito pretendido. Para resolver este problema, no processo de colagem das bobines, inverteu-se o sentido das espiras alternadamente, enquanto iam sendo coladas. A colagem das bobines no estator foi feita com clorofórmio. Sendo a base do estator e as bobines de acrílico, ao colocarmos clorofórmio, estas fundem-se, não sendo necessário qualquer tipo de cola. Deste modo, obtivemos um estator operacional com 18 bobines, com uma resistência interna de, aproximadamente, 52Ω. Figura 2.1.2-5. Bobinagem Após a conclusão do estator, foi-lhe associado o rotor, e, com o fim de determinar qual a potência tirada com apenas um estator, foram efectuadas medições de tensão e corrente para André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 13 -
  15. 15. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical diferentes velocidades de rotação. Os resultados obtidos demonstraram que esta apresentava um rendimento extremamente baixo, para a gama de rotações por minuto a que operava (ver anexo III). 2.2 Nova configuração da máquina eléctrica Este evento levou-nos à problemática da perpendicularidade das linhas de campo em relação às bobines. Houve então que estudar como se distribuía no espaço o campo magnético segundo a configuração da nossa máquina eléctrica. Após vários estudos e simulações, concluímos que as linhas de campo magnético não estavam a atravessar perpendicularmente as bobines. Estas apresentavam, maioritariamente, um paralelismo em relação às mesmas, o que se traduz numa baixa indução. Como se sabe, para haver indução magnética sobre uma espira é preciso que exista um campo magnético não estacionário, e que o pico de indução magnética acontece quando as linhas de campo são perpendiculares à espira. Este facto levou-nos a repensar a forma que a nossa máquina eléctrica iria assumir, pelo que inicialmente tentámos direccionar as linhas de campo magnético através de núcleos de ferrite colocados no centro das bobines. Este método mostrou-se bastante ineficaz dada a resistência que oferecia ao movimento do rotor. Essa resistência era provocada pela atracção magnética que os ímanes exerciam sobre as ferrites e que impossibilitava qualquer tipo de movimentação da turbina em ventos de baixas velocidades. Visto isto, optámos por implementar apenas um estator entre os dois rotores sem recorrer ao uso de núcleos de ferrite. Deste modo conseguimos obter uma maior perpendicularidade das linhas de campo magnético em relação às bobines, e com isso, uma muito maior eficiência da máquina eléctrica. A diferença entre estas duas configurações pode ser facilmente observada pela figura 2.2-1 e pelos gráficos no anexo IV. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 14 -
  16. 16. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura 2.2-1. Linhas de campo e densidades de fluxo magnético das diferentes duas configurações. Uma outra melhoria significativa no desenho da máquina eléctrica foi a implementação de discos de ferro de baixa espessura nos rotores. Tal como o cobre está para a electricidade, o ferro está para o magnetismo. Ambos são condutores, mas de diferentes tipos de energias. Enquanto o cobre é um excelente condutor de fluxo eléctrico, o ferro é um excelente condutor de fluxo magnético, e deste modo permitiu que conseguíssemos aumentar bastante a intensidade do campo magnético que atravessa as bobines, ao canalizar as linhas de campo. As diferenças entre a máquina eléctrica com e sem os discos de ferro pode ser observada na figura 2.2-2 e nos gráficos do anexo IV. Figura 2.2-2. Linhas de campo e densidades de fluxo magnético sem e com as placas de ferro Tendo em conta a nova configuração usada, realizámos um estudo com o programa de simulação de interacções electromagnéticas Vizimag® de maneira a determinar a distância entre André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 15 -
  17. 17. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical ímanes para a qual a f.e.m. é máxima. O resultado desta operação permitiu que verificássemos a altura máxima que as bobines deveriam ter, isto é, consoante a distância entre rotores, tendo-se optado pela altura de 8 mm. Com o aumento na altura da bobine, foi possível também optar por um fio de maior espessura. Ao aumentar a espessura de fio, perde-se em número de espiras ou seja em tensão induzida, mas ganha-se corrente pois baixa-se a resistência. De maneira a conhecer-se o diâmetro do fio para o qual a bobine apresenta melhor performance electromagnética, voltou-se a estudar o desempenho das mesmas, com o novo rotor, variando o diâmetro do fio e o número de espiras por bobina. Nas medições efectuadas, verificou-se que os fios de espessura de 0.5 e 0.75mm, tinham um efeito negativo na operação da máquina, isto é, ao medir-se a corrente de curto-circuito, o rotor abrandava por acção do campo magnético inverso gerado pela mesma, pelo que optámos por uma espessura de 0.35 mm. O facto de se verificar este efeito, que não era observável na versão anterior, é a prova de que as alterações aplicadas tiveram o resultado pretendido, existe agora um maior número de linhas de campo magnético fechadas e perpendiculares à bobine. Inclusive, é comum, nas centrais eólicas, utilizar-se este efeito para travar os aerogeradores. Para a espessura escolhida, também não era atingido o ponto de potência máxima, pelo que se optou, mais uma vez, por preencher as bobines com o máximo de espiras possível, compreendendo-se aproximadamente 150 espiras por bobine. Foram elaborados novos desenhos (Anexo V) e entregues à oficina, para a construção das peças. O processo de bobinagem e colagem realizado foi idêntico ao primeiro, com a excepção da implementação de uns pinos de encaixe nas bobines e uma furação na base do estator, para que estas ficassem perfeitamente centradas com o rotor. Obteve-se assim um estator operacional, com uma resistência de, aproximadamente 46Ω. 3. Caracterização da Máquina Eléctrica Para identificar o regime natural de funcionamento de um aerogerador, é necessário caracterizar o seu funcionamento para diferentes regimes de vento, bem como para diferentes velocidades de rotação. Não havendo um túnel de vento disponível, não foi possível caracterizar a turbina para diferentes regimes de vento, sendo esta apenas caracterizada para diferentes velocidades de rotação. Na caracterização para diferentes velocidades de rotação, pretende-se saber qual o seu desempenho em função da velocidade de rotação, determinando a potência que é possível extrair para uma dada velocidade. Para tal foi necessário efectuar uma montagem experimental, André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 16 -
  18. 18. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical onde fosse possível encaixar o veio do rotor e fazê-lo rodar à velocidade desejada. Para este efeito recorreu-se a um torno mecânico, encaixando o veio do gerador (sem as pás) no mesmo (figura 3-1). Aos terminais do gerador colocou-se um regulador de carga, com um voltímetro em paralelo e amperímetro em série, para variar a carga pedida ao gerador e tirar valores eficazes de tensão e corrente, de modo a obter as curvas de I-V e P-V do gerador. A B Figura 3-1. Montagem experimental, A) Torno mecânico e gerador; B) Circuito eléctrico implementado. Pela montagem acima referida, alcançou-se os seguintes resultados: I-V 700 600 I-V 115 rpm y = -24,03x + 144,2 500 I-V 190 rpm y = -23,93x + 245,9 400 I (mA) I-V 300 rpm y = -23,75x + 391,8 300 I-V 460 rpm y = -23,78x + 606,3 200 I-V 70 rpm y = -23,80x + 91,21 100 0 0 10 20 30 V (V) Figura 3-2. Curvas I-V consoante as rpm estudadas; André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 17 -
  19. 19. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical P-V 4,5 4 3,5 3 2,5 P (W) P-V 115 rpm 2 P-V 190 rpm 1,5 P-V 300 rpm 1 0,5 P-V 460 rpm 0 0 5 10 15 20 25 30 V(V) Figura 3-3. Curvas P-V consoante as rpm estudadas; 4 P-R 3,5 3 2,5 P-R 115 rpm P(W) 2 P-R 190 rpm 1,5 P-R 300 rpm 1 P-R 460 rpm 0,5 P-R 70 rpm 0 -100 0 100 200 300 400 R(ohm) Figura 3-4. Curvas P-R consoante as rpm estudadas; André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 18 -
  20. 20. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical 4. Discussão dos Resultados e Trabalho Futuro Neste trabalho projectou-se e concebeu-se, com sucesso, um conversor electromecânico baseado na lei de indução de Faraday, com o fim de adaptá-lo a uma girândola. As medições experimentais da sua caracterização, indicam que a máquina projectada é operacional, mas existem algumas variáveis por apurar, bem como alguns aperfeiçoamentos a estudar e, se viáveis, a implementar. Os valores obtidos na caracterização indicam que para uma gama de rotações entre 70 a 460 RPM a potência máxima poderá variar entre 0.1 a 4 W, o que de facto, significa que se está realmente a produzir alguma energia disponível para trabalho. Confrontando as medições para as 115 e 190 RPM da turbina com duplo rotor com as medições para as 113 a 171 RPM da turbina inicial (tabela III-1 do Anexo III), nota-se um aumento de potência de aproximadamente 20 vezes, o que, leva à conclusão que esta alteração foi bastante eficaz, resultando num aumento do rendimento da turbina. É de notar que com esta melhoria, passou a haver um efeito antes não verificado, que consiste no abrandamento da turbina ao se tentar extrair corrente da mesma. Considerando este efeito, é questionável o desempenho da turbina para velocidades de vento muito reduzidas. Esta incerteza não nos foi possível determinar. Devido à falta de equipamento, a caracterização da turbina para diferentes velocidades de vento não foi realizada. Esta informação é crucial para o cálculo do rendimento da turbina, sendo uma das principais tarefas a realizar posteriormente neste projecto. Em detrimento destas medidas, seria também interessante apurar quais são, e onde se situam, as principais perdas associadas à conversão por parte da turbina, com o fim de melhorar o seu desempenho. Os resultados de extrapolações efectuadas levam à conclusão de que as potencialidades da turbina ainda não foram totalmente exploradas. Os resultados das extrapolações, no anexo VII, indicam que para rotações mais elevadas, o gerador poderá atingir os 16 W ou mais. Futuramente para se conseguir um aumento das rotações que o veio realiza por rotação das pás poder-se-á considerar uma possível implementação de um sistema de multiplicação entre as pás e o veio. Um outro aspecto a desenvolver, dado que a ideia inicial era aproveitar o movimento de rotação das girândolas para geração de energia eléctrica, será adaptar o protótipo construído da máquina eléctrica de modo a que o ar circule livremente até ao exterior. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 19 -
  21. 21. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical 5. Referências Alves, Mário, 2003, ABC das máquinas eléctricas, Instituto Superior de Engenharia do Porto; Chapman, Stephen J., 2004, Electric Machinery Fundamentals, fourth edition; Costa, J. Dores, 2005, Sistemas de Energia Eléctrica em Navios; Efeito de Arrasto, http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_(physics) Efeito de Sustentação, http://pt.wikipedia.org/wiki/Sustenta%C3%A7%C3%A3o_(aerodin%C3%A2mica) Energia Eólica, http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_e%C3%B3lica Faughn, Serway, 2005, Serway´s College Physics, sétima edição; Fitzgerald, A. E., 2003, Electric Machinery, sixth edition; Paiva, J. P. Sucena, 2007, Redes de Energia Eléctrica uma Análise Sistémica, segunda edição; Portal das energias renováveis, www.energiasrenovaveis.com; Vizimag, http://www.vizimag.com/ André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 20 -
  22. 22. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Anexos André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 21 -
  23. 23. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Anexo I – Esquemas do desenho inicial Desenhos primordiais da turbina em SolidWorks®. Figura I-1. Ímanes de neodímio. Figura I-2. Desenhos e medidas de uma bobine. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 22 -
  24. 24. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura I-3. Desenhos e medidas do rotor. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 23 -
  25. 25. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura I-4. Desenhos e medidas do estator e bobine em Acrílico Figura I-5. Desenhos do Estator com Bobines em Acrílico André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 24 -
  26. 26. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura I-6. Desenhos do Veio Metálico Figura I-7. Apoio de Rolamentos em PVC Figura I-8. Suporte Superior metálico André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 25 -
  27. 27. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura I-9. Suporte Inferior metálico Figura I-10. Base de Acrílico André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 26 -
  28. 28. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura I-11. Desenho do gerador projectado André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 27 -
  29. 29. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Anexo II – Bobines Figura II-1. Montagem experimental para as medições numa bobine com diferente numero de espiras. Tabela II-1. Medições efectuadas numa bobine para diferente número de espiras nº Espiras 5 15 25 50 75 100 R(ohm) 0,2 0,4 0,7 1,4 2,3 2,9 Voc (mV) 26,2 68,8 113,5 222 305 426 Isc (mA) 16 40,1 52,2 89 93,3 107,5 F(kHz) 0,082 0,082 0,082 0,082 0,081 0,086 Voc (mV) 11,7 30,3 52,9 107,8 144,8 208 Isc (mA) 9,1 19,1 30 42,8 45,3 52,2 F(kHz) 0,041 0,04 0,042 0,04 0,04 0,041 Pmax (µW) a 82Hz 209,6 1379,44 2962,35 9879 14228,25 22897,5 Pmax (µW) a 41 Hz 53,235 289,365 793,5 2306,92 3279,72 5428,8 Nota: Pmax = ½*Voc*Isc André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 28 -
  30. 30. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Anexo III - Medições da turbina inicial Tabela III-1. Medidas experimentais da turbina com apenas um estator, sobre efeito do vento de uma ventoinha. Velocidade da Ventoinha Tensao (V) Corrente (mA) Freq. Mag. (Hz) Vel. (RPM) Pmax(W) Mínima 1,8 17,6 17,7 118 0,01584 Médio 2,42 25,4 22,3 148,6667 0,030734 Máximo 2,88 28,8 25,74 171,6 0,041472 Máximo c ferrites 2,5 44,5 25 166,6667 0,055625 Nota: As ferrites foram colocadas no centro das bobines alternadamente, isto é, bobine sim bobine não, compreendendo-se um total de 9 ferrites. Para as medições com ferrites o arranque do rotor teve que ser forçado. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 29 -
  31. 31. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Anexo IV - Simulações em Vizimag Com o fim de perceber qual a razão da baixa geração de electricidade foram efectuadas simulações recorrendo à aplicação de modelação electromagnética Vizimag®. Este software permite fazer análises e simulações, das linhas de campo e densidade de fluxo magnético. Colocando na grelha de simulação, dois ímanes, com as características dos utilizados no gerador, à distância que eles estão um do outro no estator, observa-se uma distribuição das linhas de campo, bastante curvilínea, sendo poucas as perpendiculares às bobines e ainda menos as que se fecham através delas. Sendo esta a disposição dos ímanes na altura, foi interessante traçar um gráfico do módulo da magnitude da densidade de fluxo em função da distância do centro do íman e observar que o fluxo decaia muito rapidamente com a distância (Fig. IV-1). Figura IV-1 Simulação em Vizimag® e gráfico de módulo da densidade de fluxo vs distância, desde o centro do íman até 1,4 cm de distância na vertical. Colocando, na mesma grelha, ímanes na mesma disposição mas com pólos opostos e, paralelamente, distanciados de 1,5 cm, observa-se, no meio destes, um maior número de linhas de campo perpendiculares. Traçando o mesmo gráfico, para esta situação observa-se que a densidade de fluxo magnético descreve uma catenária, decrescendo até atingir um mínimo e crescendo a partir daí (Fig.IV-2). André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 30 -
  32. 32. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura IV-2 Simulação em Vizimag® com ímanes sobrepostos a 1,5 cm de distância; gráfico de módulo da densidade de fluxo vs distância entre ímanes. Diminuindo a distância entre os ímanes sobrepostos, observam-se mais linhas perpendiculares, bem como um aumento do módulo da magnitude da densidade de fluxo e do mínimo que esta atinge (Fig. IV-3). Figura IV-3 Simulação em Vizimag® com ímanes sobrepostos a 1,0 cm de distância; gráfico de módulo da densidade de fluxo vs distância entre ímanes. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 31 -
  33. 33. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Ao colocar outro set de ímanes ao lado podemos observar que também existe um efeito lateral entre os ímanes que por sua vez também aumenta a densidade do fluxo, podendo este ser observado na figura IV-4 e detectado com evidência na figura IV-5. Figura IV-4Simulação em Vizimag® com ímanes sobrepostos a 1,0 cm de distância; gráfico de módulo da densidade de fluxo vs distância entre ímanes. Figura IV-5 Simulação em Vizimag® com ímanes sobrepostos a 1,0 cm de distância; gráfico de módulo da densidade de fluxo para uma linha paralela aos ímanes no meio destes. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 32 -
  34. 34. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Este aumento deve-se ao maior número de linhas de campo fechadas pelo lado exterior do íman, assim sendo, colocou-se na grelha de simulação, um condutor magnético com o fim de fechar a totalidade das linhas de campo do lado exterior dos ímanes (Fig IV-6). Os resultados falam por si só, havendo quase o dobro da densidade de fluxo magnético. Figura IV-6 Simulação em Vizimag® com ímanes sobrepostos a 1,0 cm de distância com uma barra metálica; gráfico de módulo da densidade de fluxo vs distância entre ímanes. Figura IV-7 Simulação em Vizimag® com ímanes sobrepostos a 1,0 cm de distância com barra metálica; Gráfico do módulo da densidade de fluxo para uma linha paralela aos ímanes, no meio destes. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 33 -
  35. 35. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Baseados nestes resultados, resolvemos implementar um novo desenho, que compreendia um duplo rotor com um toro metálico a percorrer a parte exterior dos ímanes de cada rotor. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 34 -
  36. 36. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Anexo V – Desenhos da nova estrutura Novos desenhos em SolidWorks® Figura V-1. Desenho do novo rotor André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 35 -
  37. 37. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura V-2. Desenho da nova base do estator Figura V-3. Desenho da nova bobine. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 36 -
  38. 38. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura V-4. Desenho da nova máquina eléctrica. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 37 -
  39. 39. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Anexo VI – Implementação do novo desenho, montagem experimental e resultados Figura VI-1. Montagem experimental do duplo rotor da nova turbina para o teste das novas bobines Figura VI-2. Colagem das bobines do novo estator. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 38 -
  40. 40. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura VI-3. Montagem experimental para caracterização do gerador. Tabela VI-1. Valores medidos experimentalmente, do gerador a 70 rpm Vel Torno Freq (RPM) (Hz) 70 11,15 VALOR EFICAZ V(V) I(mA) R P(W) R carga Voc 3,88 0 inf 0 inf 3,45 9,85 318 0,033983 350,2538 3,4 10,4 300 0,03536 326,9231 3,38 11 280 0,03718 307,2727 3,34 12,13 250 0,040514 275,3504 3,24 14,65 200 0,047466 221,1604 3,05 18,3 150 0,055815 166,6667 2,75 24,22 100 0,066605 113,5425 2,12 36,33 50 0,07702 58,35398 Vmp Imp Pmax 1,92 46,5 40 0,08928 41,29032 1,63 53,2 30 0,086716 30,6391 1,25 61,4 20 0,07675 20,35831 0,75 72,8 10 0,0546 10,3022 0,36 82,3 5 0,029628 4,374241 0,19 87,1 2,5 0,016549 2,181401 Isc 0 92,9 0 0 0 André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 39 -
  41. 41. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Tabela VI-2. Valores eficazes das Tensões e Correntes medidas experimentalmente, para as velocidades 115, 190 300 e 460 rpm. V (V) I(mA) R (ohm) Vel. torno(RPM) 115 190 300 460 115 190 300 460 Voc 6,36 10,5 16,5 25,6 0 0 0 0 ∞ 5,2 9 14,5 22,5 16,36 27,12 45,5 70,1 318 5,2 9 14,5 22,3 17,18 28,46 47,8 73,6 300 5,1 8,8 14,1 21,8 20,1 33,3 56,2 86,6 250 4,6 8 12,9 19,9 29,98 53,8 85,2 131,1 150 Vmp Imp 3,1 5,6 9 14 69,7 115,7 183 281,1 50 2,3 4,2 6,8 10,7 87,2 144,6 228,6 350,6 30 0,3 0,9 1,7 2,7 135 223,2 352,5 542 5 Isc 0 0 0 0 149,5 247 390,1 605 0 Tabela VI-3. Potência e Resistência de Carga cálculos a partir das Tensões e Correntes medidas experimentalmente, para as velocidades 115, 190 300 e 460 rpm, valores apresentados na mesma ordem. P (W) Rcarga (Ω) Vel. torno(RPM) 115 190 300 460 115 190 300 460 0 0 0 0 ∞ ∞ ∞ ∞ 0,085072 0,24408 0,65975 1,57725 317,8484 331,8584 318,6813 320,97 0,089336 0,25614 0,6931 1,64128 302,6775 316,2333 303,3473 302,9891 0,10251 0,29304 0,79242 1,88788 253,7313 264,2643 250,8897 251,7321 0,137908 0,4304 1,09908 2,60889 153,4356 148,6989 151,4085 151,7925 Pmax 0,21607 0,64792 1,647 3,9354 44,47633 48,40104 49,18033 49,80434 0,20056 0,60732 1,55448 3,75142 26,37615 29,04564 29,74628 30,51911 0,0405 0,20088 0,59925 1,4634 2,222222 4,032258 4,822695 4,98155 0 0 0 0 0 0 0 0 Nota: Resultados apresentados na mesma ordem de aparição dos valores utilizados nos cálculos da tabela_VI-4. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 40 -
  42. 42. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Anexo VII - Extrapolações Representando a tensão em vazio e a corrente em curto-circuito em função da velocidade de rotação, observa-se um comportamento linear: Corrente de CC vs. Vel_Rotaçao 800 y = 1,309x 600 R² = 0,999 400 Corrente de CC vs. 200 Vel_Rotaçao Linear (Corrente de CC 0 vs. Vel_Rotaçao) 0 100 200 300 400 500 Tensão em Vazio Vs. Vel_Rotacao 30 y = 0,055x 20 R² = 0,999 Tensão em Vazio 10 Linear (Tensão em 0 Vazio) 0 100 200 300 400 500 Figura VII-1. Corrente de Curto-circuito e Tensão de vazio em função da Velocidade de Rotação. Corrente CC = 1,309 * Velocidade de Rotação (Eq. VII-1) Tensão vazio = 0,055 * Velocidade de Rotação (Eq. VII-2) Utilizando estas tendências lineares é possível calcular valores teóricos de corrente CC e tensão de vazio para qualquer velocidade de rotação. Do mesmo modo, observando as rectas I-V experimentais (fig. 3-2.), verifica-se que estas têm um declive bastante próximo. Sendo a média dos declives -23.8, e considerando as tendências em cima referidas é possível traçar curvas I-V e teóricas para diferentes rotações: André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 41 -
  43. 43. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical I-V 1200 1000 800 Corrente (mA) 600 400 200 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tensão (V) Figura VII-2. Corrente vs Tensão para diferentes velocidades de Rotação E ainda: P-V 16 14 12 10 Potencia (W) 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tensão (V) Figura VII-3. Potência vs Tensão para diferentes velocidades de Rotação. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 42 -
  44. 44. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical P-R 16 14 12 10 Potencia (W) 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Resistencia de Carga (Ohm) Figura VII-4. Potência vs Resistência de Carga para diferentes velocidades de Rotação. Calculando o máximo de potencia para cada curva é então possível traçar a Potencia máxima em função da velocidade de rotação: André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 43 -
  45. 45. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Potencia maxima VS Vel Rotação 18 16 14 Potencia maxima (W) 12 10 8 6 4 2 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Velocidade de Rotacao (RPM) Figura VII-5. Potência Máxima vs Velocidades de Rotação. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 44 -
  46. 46. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Anexo VIII – Fotografias do protótipo final Figura VIII-1. Fotografia da girândola com o a máquina eléctrica concebida. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 45 -
  47. 47. Conversão de uma Girândola num Aerogerador de Eixo Vertical Figura VIII-2. Fotografia do gerador com “close-up” no estator e rotor. Figura VIII-3. Fotografias do gerador. André Reis – José Mário Pó – Ricardo Saiote - 46 -

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