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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
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.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO....................................................................................... 6
DESENVOLVIMENTO........................................................................... 7
1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.......................................................... 8
1.1 Alternadores e Dínamos................................................................. 8
2 PRECAUÇÕES COM O CIRCUITO................................................. 11
3 CIRCUITO INTEGRADO 555............................................................ 12
4 LIMITADOR DE TENSÃO................................................................. 13
5 DIAGRAMA EM BLOCOS..................................................................14
6 CIRCUITO...........................................................................................15
CONCLUSÃO........................................................................................16
REFÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................ .17
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.
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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.
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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
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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
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qualquer circuito que utiliza corrente contínua será necessária a implementação de
um circuito retificador que é composto por diodos e capacitores de filtro.
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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.
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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 = 0,69 . 3300 . 100µ
Tbaixo = 0,23 segundos
Talto = 0,69 . (R1+R2) . C1
Talto = 0,69 . 4300 . 100µ
Talto = 0,3 segundos
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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.
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5-Diagrama em blocos
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6- Circuito
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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.
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Referências
JUNIOR, George Vieira. http://mais.uol.com.br/george 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,
http://www.reocities.com/CapeCanaveral/6744/a_04_01.pdf
CAPUANO, Francisco G. & MARINO, Maria A. M. Laboratório de eletricidade e
eletrônica. São
Paulo, Érica, 1989.