sistema de geração e armazenamento de energia elétrica a partir

V Congresso Estadual de Iniciação Científica e Tecnológica do IF Goiano
IF Goiano- Campus Iporá
21 a 23 de setembro de 2016
SISTEMA DE GERAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA
A PARTIR DE UMA BICICLETA ERGOMÉTRICA
SANTOS, Nathalia Horrana1; SILVA, Márcio Vilela da2; OLIVEIRA, Guilherme Gomes 3
Estudante de Iniciação Científica – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano – Câmpus Rio Verde GO. [email protected]; 2 Orientador – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano –
Câmpus Rio Verde - GO. [email protected]; 3 Colaborador – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia
Goiano – Câmpus Rio Verde - GO. [email protected].
1
RESUMO: Atualmente, existem diversas alternativas para gerar energia elétrica de forma sustentável,
substituindo em grande parte as fontes não renováveis. O trabalho apresenta um sistema de geração de energia
elétrica a partir da energia mecânica proveniente das bicicletas ergométricas usadas em academias. Para este
propósito, usou-se um gerador de corrente contínua acoplado ao pedal da bicicleta através de uma correia. A
energia convertida pelo gerador é usada para carregar um banco de baterias através de um conversor Boost de
alto rendimento. Este conversor também regula o torque requerido na bicicleta conforme o ajuste do usuário,
em que a corrente é regulada através do controle por histerese, fazendo com que a tensão oscile de 0 à 24 V.
Caso a leitura da tensão seja maior que 24,6 V, a carga da bateria é desligada, fazendo com que a energia
gerada seja desviada para uma placa dissipadora.
Palavras-chave: Gerador. Conversor Boost. Histerese.
INTRODUÇÃO
A utilização de energia elétrica aumenta
constantemente, devido ao avanço da tecnologia.
Para geração dessa energia, os recursos naturais
são afetados, tornando-se cada vez mais escassos
(VARELLA et al, 2010). Surgiu então, o termo
sustentabilidade, associado a geração de energia
elétrica a partir de fontes renováveis (VILELA et
al, 1995).
A energia elétrica gerada por fontes
renováveis gera um impacto ambiental muito
menor que a energia de fontes não-renováveis,
fazendo-se necessário a busca por alternativas
socioambientais.
Buscando
essas
novas
alternativas, foi desenvolvido um sistema de
geração e armazenamento de energia elétrica
através do uso de uma bicicleta ergométrica
acoplada a um gerador de corrente continua e um
conversor Boost, definindo o nível de corrente pelo
ajuste do torque realizado pelo usuário.
MATERIAL E MÉTODOS
Para o desenvolvimento do sistema de
geração e armazenamento de energia elétrica a
partir da energia mecânica proveniente de uma
bicicleta ergométrica, foi realizado o estudo do
conversor Boost, viabilizando o uso do software
PSIM para simulação do mesmo.
Associado ao conversor Boost, utilizou-se
uma fonte de alimentação contínua testada nas
seguintes tensões: 5V, 10V, 15V, 20V e 24V. O
controle de corrente foi por histerese, apresentado
na figura 1, em que a corrente do indutor L1, obtida
través de um sensor de corrente (INA194), é
comparada com as bordas superior e inferior da
faixa de histerese, de forma que quando a corrente
for maior que o valor da borda de referência
superior, o comparador 311 produzirá uma saída
alta, fazendo com que o flip-flop JK tenha sua saída
Q comutada para o nível baixo, o que fará com que
a chave seja desligada. Com a chave desligada a
corrente no indutor L1 será reduzida até atingir o
nível de referência inferior. Quando isto ocorrer, a
saída do segundo comparador 311 será comutada
para o nível alto, fazendo com que o flip-flop JK
seja também comutado para o nível alto. A partir
deste instante se inicia um novo ciclo, com
ondulação de 0,5A, em diferentes faixas (FARIAS
et al, 2002). Calculando-se a frequência em cada
caso.
Figura 1 – Esquema simplificado do controle
por histerese aplicado no conversor Boost.
1
V Congresso Estadual de Iniciação Científica e Tecnológica do IF Goiano
IF Goiano- Campus Iporá
21 a 23 de setembro de 2016
Realizou-se então, a montagem em placa
de circuito impresso com os dispositivos de
comando e acionamento instados. O gerador de
corrente contínua, modelo MY1016Z2, foi
acoplado aos pedais da bicicleta através do sistema
de engrenagem. E, a frequência emitida foi
comparada à testada no PSIM, através de testes
com o osciloscópio.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Conforme resultados da simulação do
circuito do conversor Boost por controle de
histerese, realizada no PSIM, a frequência de
oscilação da corrente no indutor de filtro foi de 2,5
KHz à 3 KHz. Um valor menor do indutor de filtro
aumentaria a frequência de chaveamento para esta
mesma faixa de histerese, e aumentaria, também,
as perdas por chaveamento.
Por meio do osciloscópio, foi possível
verificar a corrente real do indutor de filtro, quando
a corrente média é de 4,5A. Também pode ser
medida, a frequência de chaveamento, cujo valor
foi de 4,1 KHz.
Os resultados obtidos através das medições
do circuito montado na bicicleta se mostraram
compatíveis com os resultados da simulação. O
maior valor da frequência de chaveamento real, se
deve ao fato de que a tensão de saída usada era de
aproximadamente 28V.
A força eletromotriz do motor foi expressa
em função da frequência de giro dos pedais, para
facilitar a correlação dessa tensão com a velocidade
das pedaladas, com cada volta por segundo da
coroa correspondendo a uma frequência de 2716
rpm do motor.
Através dos testes realizados, a tensão do
gerador varia entre 0 à 24 V, conforme o ajuste do
usuário. Caso a leitura da tensão esteja maior que
24,6 V, a carga da bateria é desligada, fazendo com
que a energia gerada seja desviada para uma placa
dissipadora. O sistema interligado é mostrado na
imagem a seguir:
CONCLUSÃO
O trabalho atingiu os resultados esperados,
gerando energia elétrica para carregar uma bateria.
Essa energia é proveniente da energia mecânica da
bicicleta ergométrica acoplada a um gerador de
corrente contínua usando conversor Boost e
controle por histerese.
O trabalho poderá ser integrado a um
sistema com outras duas fontes primárias, eólica e
solar. Servindo para prover energia elétrica a uma
área de convivência que fará parte do jardim
botânico que será construído nas dependências do
IF Goiano – campus Rio Verde. Podendo também,
ser adaptado em academias e casas.
AGRADECIMENTOS
Ao PIBITI/Cnpq pelo auxílio financeiro
(bolsa).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FARIAS, V. J. ; COELHO, E. A. A. ; VIEIRA
JUNIOR, J. B. ; FREITAS, L. C. ; VILELA, M. S..
Proposta de um controle por histerese com
freqüência praticamente constante aplicado ao
conversor boost trifásico. In: XIV CBA 2002,
2002, Natal. Proceedings, 2002. v. 1. p. 1-6.
VARELLA, F. K. O. M.; GOMES, R. D. M.;
JANNUZZI, G. M. Sistemas Fotovoltaicos
Conectados à Rede Elétrica no Brasil: Panorama
da Atual Legislação. In: VII Congresso
Brasileiro de Planejamento Energético.
Energia 2030 - Desafios para uma Nova Matriz
Energética. São Paulo, 2010.
VILELA, M. S. ; SILVA, E. G. ; FARIAS, V. J.. A
Buck Pwm Soft Switching Converter Using A
Single Active Switch. In: IPEC'95, 1994,
Yokohama. Proceeding OF IEEJ-IPEC'95.
Yokohama - Japan, 1995. VOL. 2. p. 956-961.
Figura 2 - Gerador acoplado aos pedais com
sistemas de acionamento e comandos ligados.
2