Para o desenvolvimento deste projeto foram necessários os equipamentos descritos

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1 DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA UTILIZANDO BICICLETAS PROPOSTA DE PROJETO INTEGRADOR Autores: Felipe JUNG¹, Marina PADILHA¹, Otávio R. SOUZA¹, Renan Jr. BALAN¹, Jessé de PELEGRIN², Marcos FIORIN², Tiago DEQUIGIOVANI², Antônio RIBAS NETO², Rafael G. de OLIVEIRA². Identificação autores: ¹Graduandos de Engenharia de Controle e Automação, ²Orientadores IFC Campus Luzerna. Introdução O curso de Engenharia de Controle e Automação do IFC tem em sua grade curricular duas disciplinas de Projeto Integrador, cujo objetivo é desenvolver atividades práticas em laboratório que integrem os conhecimentos obtidos ao longo das disciplinas. O projeto descrito neste trabalho foi desenvolvido durante a disciplina de Projeto Integrador II, sendo chamado Ecobikes, pois se trata de um sistema de obtenção de energia elétrica a partir de bicicletas. A ideia do projeto surgiu de uma demanda do evento denominado GERA 2015 Feira de Ciência, Tecnologia e Inovação com o propósito de expor na feira um ambiente de interação do público visitante com a tecnologia. Diante desta demanda, o IFC Campus Luzerna assumiu a ideia do desenvolvimento deste projeto como forma de colaborar com a feira e, ao mesmo tempo, contribuir para a aplicação dos conhecimentos dos alunos de Engenharia de Controle e Automação. Neste trabalho será descrito o desenvolvimento deste projeto e em seguida são apresentados alguns resultados obtidos durante a participação na feira GERA, realizada de 17 a 20 de setembro de 2015 na cidade de JOAÇABA-SC. Material e Métodos Inicialmente foram montados os suportes mecânicos e instaladas as bicicletas com acoplamento ao alternador. Em seguida, foram estudados os sensores a serem instalados, sendo desenvolvidos circuitos próprios para o condicionamento do sinal de corrente e tensão. Após a instalação dos sensores, foi desenvolvido o programa em CLP para obter a medição destes sensores e calcular a potência e energia gerada, bem como a rotação do alternador. Finalmente, foi desenvolvido o sistema supervisório para exibir as informações do CLP em uma tela disponível para os usuários. na Tabela 1: Para o desenvolvimento deste projeto foram necessários os equipamentos descritos

2 Tabela 1 - Equipamentos utilizados para o desenvolvimento do projeto Equipamento Quantidade CLP Controlador Lógico Programável 1 Módulo de Expansão com 8 Entradas Analógicas 1 Bicicletas 4 Suportes Mecânicos 4 Alternadores 4 Sensores Indutivos 4 Circuito de medição de tensão e corrente 1 Circuito de Excitação do Alternador 1 Computador 1 Baterias 1 Lâmpadas 12 V 25W 9 Lâmpadas 12 V 40W 3 Quadro de comando 1 Borne Relé 12 Fonte 24V 1 Conector para carregamento de celular 1 Cabo de comunicação 1 Resultados e discussão O diagrama de blocos do sistema desenvolvido pode ser observado na Figura 1. A seguir são descritas as funções de cada componente. Figura 1 - Diagrama de Blocos do Sistema desenvolvido Circuito de excitação: A excitação é a polarização da bobina de campo, ou bobina de excitação, que formará um campo eletromagnético e será mantido pelos polos magnéticos do alternador. Desta forma, é necessário apenas um pulso de tensão nos terminais da bobina para

3 o alternador fornecer corrente para carregar a bateria e alimentar os circuitos elétricos. Caso contrário, o alternador rotacionará sem gerar energia. O circuito desenvolvido pode ser observado na Figura 2(a). Medições de corrente, tensão e rotação A corrente foi medida a partir do sensor de corrente LEM LA55P, que mede corrente de até 50 A e seu sinal de saída é de corrente de 0-50 ma (LEM, 20--). Este sinal de saída foi condicionado para um sinal padrão de 0-10V através de um circuito desenvolvido com amplificadores operacionais e potenciômetros, tornando o sinal de medição compatível com as entradas analógicas do módulo de expansão do CLP. A medição de tensão não exigiu sensores especiais, sendo desenvolvido um circuito com amplificadores operacionais e potenciômetros para ajustar os valores de tensão àqueles suportados pelas entradas analógicas do CLP. O circuito para medição de tensão e corrente também pode ser observado na Figura 2(a). A medição de rotação foi realizada a partir de um sensor indutivo, próximo ao alternador que produzia um pulso ao detectar a passagem de um dispositivo metálico, inserido no eixo do alternador. A medição de rotação não necessitou de circuitos adicionais, pois os pulsos dos sensores indutivos eram lidos diretamente nas entradas digitais do CLP. Alternador: O alternador automotivo utilizado tem tensão de 14V com corrente máxima de 51 A (ZM, 2014). Ele começa a gerar energia a partir da rotação do seu eixo e da polarização em seus terminais, sendo esta provida pela bateria através do circuito de excitação. Cargas: São os equipamentos energizados a partir da energia gerada pelo alternador. Basicamente são as lâmpadas, a bateria e o celular. A bateria é a mesma utilizada para excitar o alternador e será carregada juntamente com o celular. As lâmpadas irão acender proporcionalmente ao valor de energia que está sendo gerada. CLP: A partir do seu módulo de expansão com 8 entradas analógicas, o CLP recebe a medição de corrente e tensão com sinal padronizado de 0-10V. Além disso, faz a contagem da rotação do alternador a partir de 4 contadores rápidos nas entradas digitais do próprio CLP (WEG, 20--). A partir destas medições, o CLP faz o gerenciamento das lâmpadas, acionandoas por meio de bornes relés externos, de acordo com a rotação e energia gerada por cada alternador. O CLP e seu módulo de expansão analógico podem ser observados na Figura 2(a).

4 Supervisório: É a interface do operador com o sistema, exibindo informações coletadas do CLP, como rotação, tensão, corrente, potência e energia de cada bicicleta. Exibe também informação da potência e energia total do sistema e quanto de economia a energia gerada proporcionou. Este supervisório foi desenvolvido no software E3 da Elipse e se comunica com o CLP a partir de um cabo de comunicação com protocolo Modbus. O sistema desenvolvido pode ser observado na Figura 2. (a) Figura 2 (a) Quadro de comando montado; Sistema supervisório desenvolvido para o projeto Após o desenvolvimento do projeto, este foi montado no ambiente GERA Energia, estando acessível para os visitantes da feira, com livre acesso para pedalar e possibilidade de recarregar o próprio celular. Na Figura 3 podem ser observados alguns detalhes da instalação e na Figura 4 podem ser vistos os participantes da feira utilizando as bicicletas. (a) Figura 3 Sistema instalado na Feira GERA: (a) Detalhe do supervisório e Detalhe das lâmpadas

5 (a) Figura 4 - Participantes da feira GERA Conclusão O desenvolvimento deste projeto, além de proporcionar a integração entre as disciplinas estudas, permitiu à sociedade o conhecimento das atividades desenvolvidas no IFC- Campus. Luzerna. Mesmo não possuindo um critério de avaliação, pode-se afirmar que o projeto teve uma aceitação bastante positiva durante a realização da feira, chamando a atenção dos visitantes, que questionavam sobre o funcionamento e aproveitavam para testar o sistema e gerar energia. Apesar de ter sido desenvolvido especialmente para interação com o público, este sistema poderia ser implantado em residências e academias, por exemplo. Entretanto, para se tornar viável, algumas modificações deveriam ser feitas, tornando a transformação da energia mais eficiente. Pode-se citar a retirada do supervisório e do CLP, bem como a modificação do acoplamento mecânico, que poderia relacionar diretamente a roda ao alternador. Referências LEM,.Current Transducer LA 55-P. ( p%20e.pdf). Acesso: 24/09/2015. WEG, TPW03: manual de programação. ( controlador-programavel-programacao-manual-portugues-br.pdf). Acesso em: 24/09/2015. ZM, Catálogo: Starter motors, alternators and spare parts. ( df). Acesso: 24/09/2015.