O “Ladrão de Joule”

          O Ladrão de Joule é um dispositivo que eleva a tensão primária (entrada), fornecendo na saída uma tensão mais alta. Isto se deve pela utilização de um indutor (toróide) acoplado a um transistor, que é responsável pela oscilação da tensão e sua consequente elevação. O circuito funciona através da rápida oscilação no transistor.

Inicialmente a corrente começa a fluir através do resistor, enrolamento secundário do toróide e pela junção base-emissor, fazendo com que o transistor passe a conduzir a corrente de coletor através do enrolamento primário. Uma vez que os dois enrolamentos estão ligados em sentidos opostos, ocorre a indução de uma tensão no enrolamento secundário, que é positiva (devido à polaridade do enrolamento) polarizando o transistor (BC335). Esta polarização satura o transistor, transformando o coletor-emissor em uma espécie de chave fechada, deixando fluir a corrente do secundário do indutor para o LED, e reiniciando o processo. A seguir temos uma ilustração da forma de onda deste processo (Figura 1) e um exemplo de circuito que pode ser utilizado (Figura 2):

Figura 1: Forma de onda do Ladrão de Joule, que mostra um ciclo de trabalho de 30% a 40 kHz.

Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Joule_thief_waveform.jpg (acesso em 10/05/2015).

Figura 2: Exemplo de circuito “Ladrão de Joule”

Fonte:http://www.esd-talk.com/2011/09/joule-thief-o-ladrao-de-energia.html (acesso em 10/05/2015)

Dispositivos a serem desenvolvidos

Conforme já havíamos informado, nosso projeto sofreu alteração devida a sua complexidade de concepção, tanto elétrica como mecânica. Nosso foco ainda continuou na geração doméstica de energia, porém na análise de mercado nacional de fontes alternativas e na elaboração de um dispositivo para trabalhar com baixas tensões e sua medição.

         
     Um dos grandes problemas em se trabalhar com geração de energia é a forma como poderemos armazená-la. Basicamente, a utilização de sistemas ou bancos de baterias tem-se mostrado muito útil. Mas muitas baterias, mesmo não estando totalmente descarregadas, mas com sua carga em nível mais baixo, não são capazes de alimentar equipamentos que necessitam ter um nível de tensão não inferior a um determinado nível. Por exemplo, equipamentos que trabalham com 3v, pelo menos, podem não funcionar com tensões de 2,5v.

         Para estes casos, nossa equipe irá montar um dispositivo que seja capaz de aumentar esta tensão mais baixa a um nível que possa ser utilizado por um equipamento que antes não funcionaria com uma tensão menor. Este é o princípio do “Ladrão de Joule”. Além disso, vamos desenvolver um medidor de tensão com LEDs, onde o mesmo pode ser utilizado para monitorar o nível de carga de uma bateria. Aliado a isto, colocaremos um pequeno dínamo para que possamos verificar a tensão gerada pela transformação da energia mecânica (movimento) em energia elétrica. 

Microgeração distribuída

     Um dos grandes empecilhos para a geração doméstica de energia elétrica está vinculada a legislação do setor elétrico. Mas algumas mudanças foram iniciadas e esta realidade já começa a estar presente hoje:

     "A CPFL Paulista realizou sua primeira conexão de instalação de microgeração distribuída, na cidade de Ribeirão Preto (SP), em uma residência que optou por instalar placas de geração fotovoltaica solar. A partir de agosto, a energia gerada pela instalação, e que não for consumida no próprio local, passará a ser utilizada também no Sistema Interligado Nacional, ou seja, disponibilizada para outros clientes, gerando créditos de utilização de energia ao proprietário do sistema.

     A micro e minigeração distribuída foi regulamentada pela Aneel (Agência Nacional de Energia Elétrica) em abril de 2012 para vigência a partir de dezembro de 2012, por meio da Resolução Normativa nº 482/2012. Desde que a resolução entrou em vigor, as distribuidoras do Grupo CPFL Energia prepararam-se para receber os pedidos de instalação de micro ou minigeração distribuída.

     A CPFL Energia possui os medidores regulamentados de acordo com as regras da referida resolução da Aneel. Os aparelhos estão à disposição para atender os pedidos dos consumidores que fizerem a solicitação para a instalação desses sistemas de geração. As distribuidoras do Grupo também exigem a instalação de um inversor de frequência (aparelho que torna a energia gerada no painel fotovoltaico compatível com a rede elétrica e adiciona mais segurança ao sistema).

     Além da ligação realizada na cidade de Ribeirão Preto, as distribuidoras da área de concessão da CPFL Energia receberam outros 13 pedidos de ligação de micro e minigeração distribuída. Os projetos estão sendo analisados e validados pelas distribuidoras locais."

Fonte: http://www.cpfl.com.br/releases/Paginas/cpfl-paulista-realiza-primeira-ligacao-de-microgeracao-distribuida.aspx (acesso em 02/05/2015)

Luz para todos

     Muitas propriedades rurais estão isoladas do fornecimento de energia elétrica. Um dos fatores responsáveis por impedir que estas propriedades tenham energia elétrica é a distância entre o consumidor e o centro distribuidor. Ainda hoje, várias comunidades da região amazônica, apesar de existirem muito próximas às barragens e usinas hidrelétricas, não possuem acesso a esta energia produzida. Isto porque, geralmente a geração e transmissão em alta tensão é injetada no sistema interligado nacional e para que haja o consumo doméstico desta energia, faz-se necessária a existência de subestações de distribuição, o que não ocorre em algumas localidades. Uma iniciativa do governo federal é o projeto Luz para todos.

"Em novembro de 2003 foi lançado, por meio do Decreto 4.873 de 11/11/2003 o Programa Luz para Todos com o desafio de acabar com a exclusão elétrica no país com a meta de levar o acesso à energia elétrica, gratuitamente, para mais de 10 milhões de pessoas do meio rural até o ano de 2008.

O Programa é coordenado pelo Ministério de Minas e Energia, operacionalizado pela Eletrobras e executado pelas concessionárias de energia elétrica e cooperativas de eletrificação rural em parceria com os governos estaduais.

O mapa da exclusão elétrica no país revela que as famílias sem acesso à energia estão majoritariamente nas localidades de menor Índice de Desenvolvimento Humano e nas famílias de baixa renda. Cerca de 90% delas têm renda inferior a três salários-mínimos.

Para por fim a essa realidade o governo definiu como objetivo que a energia seja um vetor de desenvolvimento social e econômico dessas comunidades, contribuindo para a redução da pobreza e aumento da renda familiar. A chegada da energia elétrica facilita a integração dos programas sociais do governo federal, além do acesso a serviços de saúde, educação, abastecimento de água e saneamento.

Mas durante a execução do Programa, novas famílias sem energia elétrica em casa foram localizadas e, em função do surgimento de um grande número de demandas, o Luz para Todos foi prorrogado para ser concluído no ano de 2011.

Porém o Censo 2010, do IBGE, apontou a existência de uma população ainda sem energia elétrica em suas casas, localizada, principalmente, nas Regiões Norte e Nordeste e nas áreas de extrema pobreza. Para atender a essas famílias, o Governo Federal, por meio do Decreto nº 7.520/2011, instituiu uma nova fase do Programa, agora para o período de 2011 a 2014, com foco aos cidadãos contemplados no “Plano Brasil Sem Miséria” e no “Programa Territórios da Cidadania”, ou estabelecidos em antigos quilombos, áreas indígenas, assentamentos de reforma agrária, em regiões que sejam afetadas pela construção de usinas hidrelétricas e localizadas em área de elevado impacto tarifário.

Para o atendimento de toda essa população, foi destinado recursos provenientes de fundos setoriais de energia - a Conta de Desenvolvimento Energético (CDE) e a Reserva Global de Reversão (RGR). O restante do investimento foi partilhado entre governos estaduais e as empresas distribuidoras de energia elétrica. Com a edição da Lei nº 12.783/2013 os recursos da CDE passaram a ser assegurados pelo Tesouro Nacional. A eles soma-se uma linha de financiamento da Caixa Econômica Federal, nos mesmos moldes da RGR.

Os investimentos chegam a R$ 22,6 bilhões."

Fonte: http://luzparatodos.mme.gov.br/luzparatodos/Asp/o_programa.asp (acesso em 22/04/2015)

   

Teste com imãs permanentes

     Apesar da nossa pesquisa a respeito do motor Perendev levar à conclusão de que no momento é extremamente difícil de ser executado, resolvemos fazer um estudo empírico a respeito do comportamento do campo magnético de ímãs permanentes.
     Para isto, fizemos o uso de alguns ímãs permanentes de neodímio, onde os mesmo foram dispostos de forma a observar os campos magnéticos de atração e repulsão e como eles poderiam ser utilizados no projeto.
     Os ímãs de neodímio utilizados possuem um campo magnético bem intenso, mas ao mesmo tempo são bastante frágeis mecanicamente. Durante os nossos testes, ocorreram alguns choques mecânicos que causaram a ruptura de alguns ímãs. Outra característica é que, apesar do campo magnético intenso, os ímãs de neodímio podem perder completamente seu magnetísmo se submetidos a temperaturas acima de 120ºC.
     Ao manipularmos os ímãs, tivemos que tomar muito cuidado com objetos magnéticos próximos. O campo magnético destes ímãs podem danificar de forma permanente dados contidos em HDs, causar estragos em monitores tipo CRT e apagar dados contidos em cartões magnéticos.

Figura: Ímãs de neodímio

Projeto X – Parte I: Identificação, pesquisa e resultados.

     O Projeto Integrador USF 2015 trouxe como foco principal a “Energia”, um tema bastante amplo e diverso, incentivando a pesquisa nas mais diversas áreas correlatas ao tema. Uma área em específico chamou a atenção do grupo: a geração de energia doméstica através da criação de um dispositivo capaz de fornecer energia elétrica de forma constante e estável e atender a demanda residencial, a princípio.

     Existem no mercado alguns dispositivos que podem ser utilizados na geração de energia elétrica doméstica: placas fotovoltaicas, geradores eólicos, etc. Nosso projeto se baseia na possibilidade da geração de energia utilizando um motor Penderev para impulsionar um gerador. O motor Perendev utiliza o campo magnético de imãs para acionamento rotacional do eixo.

     Foram pesquisados vídeos a respeito de motores magnéticos, onde vários deles nos chamaram a atenção, mostrando o funcionamento deles. Mas ao mesmo tempo, encontramos outros vídeos onde o funcionamento do motor não correspondeu ao desejado.

     Foi feita então uma pesquisa bibliográfica, onde encontramos alguns artigos a respeito. Um deles, de origem do Instituto de Física “Gleb Wataghin”, da UNICAMP, denominado “Construção de um motor magnético do tipo Perendev” apresenta os conceitos a respeito da energia magnética e a aplicação através da construção deste tipo de motor. Mas ao final dos ensaios, chegou-se a conclusão que ainda não seria possível obter o êxito desejado e que haveria a necessidade de mais estudos.

     Outro artigo, extraído do site da Universidade Metodista de Piracicaba – UNIMEP – também aborda a construção de um rotor magnético, com a utilização de imãs permanente de neodímio, chamado motor IEVE. Da mesma forma, os resultados obtidos não foram aqueles desejados e o motor não funcionou.

     Além destes artigos e da pesquisa em livros e sites, nossa equipe conversou com professores do próprio corpo docente da USF, onde os mesmos orientaram a respeito dos problemas apresentados em um dispositivo como este. Foi citado o princípio da Conservação da Energia, onde a energia não pode ser criada nem destruída, mas somente transformada de uma espécie em outra.

     Em virtude dos dados e opiniões coletadas para nosso projeto e, levando-se em consideração questões relacionadas ao processo construtivo do mecanismo, onde haveria a necessidade de maiores estudos e habilidades das quais a equipe ainda não possui, chegou-se ao consenso de substituir, de forma temporária, a elaboração deste dispositivo e retomarmos a sua concepção em um momento mais oportuno.

Bibliografia:

LOPES, FELIPE R. Relatório Final: Construção de um motor magnético do tipo Perendev. www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530.../FelipeR-Campoy_RF.pdf. Acesso em 06/03/2015.

NACCHERI, F., BEZERRA, I, MARTIN, M., SHINZATO, R. Motor Magnético. www.unimep.br/phpg/.../flavionaccherivilardacosta_trab564_v2.doc. Acesso em 06/03/2015.

Projeto Integrador USF 2015 – 5º Semestre de Engenharia Elétrica

Autores:

Junior Moreti

Leandro Basso

Luccas Magno

Renan Berti

Orientador: Prof. André Bakalereskis

Tema: Geração de Energia Alternativa

Título: Projeto X: Geração Doméstica de Energia – Possibilidades Reais?

Objetivos:

Buscar conhecimentos e aplicações para a geração doméstica de energia.

Resultados pretendidos:

Construir um equipamento capaz de gerar energia elétrica de forma constante e estável; analisar a possibilidade de implantação em residências; medir a oferta e demanda da geração doméstica e sua possível interligação ao sistema elétrico de potência.

Cronograma:

Fevereiro/ Março 2015: pesquisa bibliográfica, sites, vídeos, etc. a respeito do tema; análise dos dados obtidos; planejamento do equipamento.

Abril/ Maio 2015: elaboração inicial do projeto, através da aquisição de componentes, montagem em protoboard para ensaios, elaboração de relatório.