Sustentabilidade05_final

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UNIP
Universidade Paulista
ALANA VANESSA BARANKIEVICZ – C17CIC5 – EC3A46
EVANDRO SOUZA DE PÁDUA – C086814 – EC3A46
JOSÉ AUGUSTO FERREIRA G. ALMEIDA – C199052 – EA3A46
MARIE MADELEINE SARZI INÁCIO – C204030 – EM3A46
RODOLFO GONÇALVES RODRIGUES – C19FIJ2 – EA3A46
Sustentabilidade
ASSIS
2015
UNIP
Universidade Paulista
ALANA VANESSA BARANKIEVICZ – C17CIC5 – EC3A46
EVANDRO SOUZA DE PÁDUA – C086814 – EC3A46
JOSÉ AUGUSTO FERREIRA G. ALMEIDA – C199052 – EA3A46
MARIE MADELEINE SARZI INÁCIO – C204030 – EM3A46
RODOLFO GONÇALVES RODRIGUES – C19FIJ2 – EA3A46
Sustentabilidade
Atividades Práticas Supervisionadas.
Trabalho apresentado como exigência para a aprovação na disciplina de Atividades Práticas Supervisionadas (APS), primeiro semestre letivo de 2015, do Curso de Engenharia - Ciclo Básico, na Universidade Paulista
ASSIS
2015
SUMÁRIO
1 Introdução	7
2 Objetivos	8
2.1 Objetivo Geral	8
2.2 Objetivo Específico	8
4 Desenvolvimento Teórico	9
5 Desenvolvimento Prático	12
5.1 Gerador Eólico	12
5.1.1 Testes	12
5.1.2 Construção	12
5.2 Casa com coleta de água	16
5.2.1 Construção	17
5.3 Finalizado	17
6 Impactos	19
6.1 Gerador Eólico	19
6.2 Coleta de Água	20
7 Conclusão	21
8 Referências	22
LISTA DE ILUSTRAÇÕES E TABELAS
Figura 1 – Processo gerador eólico	10
Figura 2 – Bateria residencial da Tesla	11
Figura 3 – Carcaça do motor	13
Figura 4 – Base	14
Figura 5 – Eixo	14
Figura 6 – Hélice	15
Figura 7 – Circuito charge pump	16
Figura 8 – Charge pump na protoboard	16
Figura 9 – Casa com palitos de sorvete	17
Figura 10 – Projeto concluído	18
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CM – Centímetro
LED – Light Emitting Diode (Diodo Emissor de Luz)
KW – Quilowatt
M – Metro 
MM – Milímetro
PVC – Polyvinyl Chloride (Policloreto de Polivinila)
Resumo
Sustentabilidade tem deixado de ser um diferencial e está se tornando uma necessidade, com isso buscamos novas maneiras de geração de energia e evitamos o desperdício de recursos ao mínimo. Desenvolvemos um gerador de energia eólica e uma casa com coleta de água de chuva para mostrar a eficiência do sistema e facilidade da implementação.
Palavras-chave: Sustentabilidade, Energia, Eólica, Coletar, Água
ABSTRACT
Sustainability is no longer a differentiator and is becoming a necessity, therefore we seek new ways to power generation to a minimum and avoid waste of resources. We developed a wind generator and a house with rainwater collection to display the system's efficiency and ease of implementation.
Keywords: Sustainability, Energy, Wind, Collect, Water 
1 Introdução
A busca por fontes de energia renováveis vem sendo, cada vez mais, pauta de discussões sobre o futuro do parque energético do Brasil e do mundo. Pesquisas preveem para o futuro o esgotamento das fontes energéticas não renováveis, como o petróleo, carvão mineral, e gás natural. Uma das alternativas do Brasil é a energia eólica, o potencial eólico brasileiro é bastante considerável e aponta para possibilidades e dimensões de geradores variados. Grandes parques eólicos estão sendo montados no litoral do Brasil, vem se mostrando uma solução eficiente.
A energia eólica tem sido aproveitada desde a antiguidade para mover barcos a velas ou para fazer funcionar a engrenagem dos moinhos de vento através de suas pás que transformam a e energia dos ventos em energia mecânica ou elétrica. O gerador eólico é uma fonte barata, de fácil retorno de investimento e baixos custos de manutenção. Com isso a energia eólica é uma fonte que traz muitos benefícios, tanto para a sociedade que terá um desconto imenso na conta de luz, quanto para o meio ambiente que não sofrera com os impactos de gases poluentes ou resíduos de longa duração.
Atualmente, em todo o mundo há algumas casas sustentáveis que não causam tanto dano ao meio ambiente quanto uma casa normal. Eficiência energética, uso racional da água, preferência por materiais ecologicamente corretos e preservação ambiental estão entre os principais fatores que definem uma casa sustentável, conceito que vem difundindo no Brasil nos últimos anos. A construção sustentável é um conceito que denomina um conjunto de práticas adotadas antes, durante e após os trabalhos de construção com o intuito de obter uma edificação que não agrida o meio ambiente, com melhor conforto térmico sem a necessidade (ou com necessidade reduzida) de consumo de energia e que melhore a qualidade de vida dos seus moradores ou usuários, além de utilizar materiais e técnicas que garantam uma maior eficiência energética. 
2 Objetivos
2.1 Objetivo Geral
Criar um projeto sobre sustentabilidade.
2.2 Objetivo Específico
Desenvolver um gerador eólico e utilizar a energia elétrica gerada para alimentar dois LEDs de uma pequena casa que coleta água da chuva e armazena.
4 Desenvolvimento Teórico
A energia eólica provém do vento e é considerada uma energia limpa. Essa energia pode ser transformada em energia mecânica e elétrica. A energia mecânica existe a mais de quatro milênios, pois os egípcios nesta época já utilizavam o vento para mover os barcos a vela. Outros exemplos são os moinhos de cereais e as bombas de água.
A energia eólica baseia-se na energia cinética contida nos movimentos das massas de ar na atmosfera, os ventos, que são produzidos através do aquecimento diferenciado da atmosfera. Assim como a radiação do sol que não é uniforme, alguns locais são mais aquecidos do que outros. Essa diferença de temperatura acaba criando zonas de pressões diferentes, que por sua vez, causam o deslocamento das massas de ar. O uso da energia eólica para geração de eletricidade ocorre através da conversão da energia cinética contida nos ventos em energia elétrica, com o auxílio de geradores eólicos, também conhecidos como aero geradores. Alguns fatores são essenciais para gerar a energia, um deles é o local de onde serão instaladas as turbinas. O ideal é que as turbinas eólicas sejam instaladas em regiões nas quais os ventos não sejam perturbados por essas irregularidades. Além disso, a altura também é um fator muito relevante para o aproveitamento da energia eólica, em grandes alturas são encontradas elevadas velocidades de vento. Um aspecto fundamental no aproveitamento da energia eólica para geração de energia elétrica, é que a potência do vento depende da área de captação e é proporcional ao cubo da velocidade do vento, logo, pequenas variações na velocidade do vento podem ocasionar grandes alterações na potência. Por esse motivo, é de extrema importância realizar estudos sobre a velocidade do vento no local em que se deseja instalar uma turbina eólica e avaliar a sua variação ao longo do dia e das estações do ano. É necessário obter dados confiáveis e de boa qualidade, pois a má qualidade dos dados pode resultar em um dimensionamento inadequado, em erros na estimativa da potência gerada, e como consequência, prejuízos financeiros. 
 
Figura 1 – Processo gerador eólico
A energia cinética causada pelos ventos, primeiro é transformada em energia mecânica, através do movimento das pás da turbina eólica, e em seguida, esta energia mecânica é convertida em energia elétrica por meio do gerador elétrico. 
A energia gerada por um gerador eólico residencial poderia ser armazenada em baterias, isso não funcionaria em escala de uma usina por causa da enorme potência das mesmas, mas a Tesla, mesma marca que fabrica baterias para automóveis elétricos também está investindo em baterias residenciais, assim a bateria poderia ser carregada durante uma grande incidência de vento e utilizada mais tarde. Atualmente ela está fabricando modelos de 7kW e 10kW, mas nada impede que sejam conectadas uma bateria a outra, somando suas potências.
 
Figura 2 – Bateria residencial da Tesla
Além da energia, a água é outro recurso essencial para a população e temos vivia um racionamento de água nunca antes visto, mesmo com vários chuvas os reservatórios continuam em níveis críticos. Uma solução para este problema é a coleta de água da chuva, pois grande parte da água da chuva vai para o esgoto, que porsua vez não é totalmente tratado e assim uma água boa e limpa para a utilização em jardins, sanitários, e quem sabe até para consumo, após filtragem, claro, é desperdiçada.
Tão simples que pode parecer bobagem, as calhas de nossas casas possuem um encanamento para o ralo, bastando redirecionar as calhas com maior fluxo de água para um reservatório, como uma caixa d’água ou tambor, conseguimos encher com a água que corre do telhado para as calhas. Essa água pode ser utilizada em jardins, descargas, mas não para o consumo ou higiene, neste caso é necessário a passagem de um filtro antes, de forma que sejam removidas as impurezas nela contida.
5 Desenvolvimento Prático
5.1 Gerador Eólico
O esperado de um gerador eólico é a energia produzida, essa energia tem como base o motor utilizado e a rotação com que o motor gira, sendo que a rotação do motor está diretamente ligada a captação de vento. 
5.1.1 Testes
Foram feitos testes com alguns motores disponíveis, sendo aplicadas duas forças para a rotação e comparado os resultados para que fosse escolhido o motor que produzisse mais energia com a mesma quantidade de força. A metodologia utilizada foi simples, um rotor de um motor ligado ao motor de teste por meio de uma correia, foram utilizadas as tensões de 6 e 10 volts no motor e medidas as tensões e correntes produzidas.
Foi constatado que motores de maior torque produziam mais energia em baixa rotação (6v), em rotações mais altas (10v) essa diferença era reduzida a ponto de não existir. Com essas conclusões utilizamos um motor de impressora, pois era sabido que a rotação da hélice não atingiria altas rotações e nos testes o motor de impressora foi o que se saiu melhor.
Também foram feitos testes com hélices, hélices com pás menores giram com menos vento, porém não possuem grande força, já as maiores são o inverso. As hélices menos eram o suficiente para o projeto, assim foram as escolhidas, além disso foram produzidas com garrafas pet, dessa maneira seriam ainda mais sustentável.
	
5.1.2 Construção
A construção foi feita basicamente em PVC, sendo moldado com calor. Para a carcaça do motor foi utilizado um cano PVC de 1 polegada, incluindo a cauda, utilizada para rotacionar e manter o gerador na direção do vento. Um corte completo no comprimento do cano PVC foi feito para que de facilitasse o encaixe do motor e para prender o motor foi utilizada uma braçadeira de metal.
 
Figura 3 – Carcaça do motor
A base é feita para sustentar o motor em uma certa altura, pois o vento age com mais intensidade em maiores alturas, afim de evitar obstáculos. Logicamente pelo tamanho reduzido do projeto essa altura é muito inferior ao ideal. Foi utilizado um cano de PVC de ¾ de polegada com uma boca de garrafa pet na ponta, essa boca de garrafa pet foi colada com cola quente e é utilizada para a colocação de um eixo de rotação. Na outra ponta do cano foi colocado uma luva de conexão com rosca em PVC, utilizada para o encaixe de um plug em PVC. No plug foi feito um furo no meio onde foram fixadas duas barras de metal ortogonais entre si, essas barras foram feitas a partir de um pedaço de metalon (aço em forma de uma espécie de tubo, só que retangular) cortado ao meio. Assim o plug e as barras foram fixadas por um parafuso sextavado e porca. 
Dessa forma os pés da base são facilmente removidos, além da rigidez do aço que não se deforma com o a força do vento.
 
Figura 4 – Base
No eixo de rotação entre o motor e a base foi utilizado um parafuso sextavado, nesse parafuso foi feito um furo atravessando-o todo, para que assim pudesse atravessar os fios. Neste parafuso foram colocadas duas tampas de garrafa pet, ambas furadas no centro, a primeira sendo presa com uma porca, depois adicionado uma arruela e logo após a tampa, enfim foram adicionadas mais duas porcas de forma que não prendessem a segunda tampa de garrafa e que uma travasse a outra.
 
Figura 5 – Eixo
Houveram tentativas com redução e outras hélices, porém a melhor opção foi com a hélice rodando diretamente o motor, sendo a hélice feita de garrafa pet.
 
Figura 6 – Hélice
Com a base, eixo, carcaça, motor e hélice prontos e montados o gerador já funciona, porém a energia oscila, isso porque o vento não é constante, assim a energia gerada também não. Com isso foi elaborado um charge pump, apesar do charge pump servir para aumentar a tensão, também faz uma leve estabilização e para o nosso caso tanto o aumento de tensão quanto a estabilização eram uteis. Nos testes foi possível extrair mais de 12 volts de tensão do gerador.
Na figura 7 podemos ver o circuito do charge pump, onde os principais componentes são, um timer (555) e dois capacitores com diodos. O “clock” é a frequência gerada pelo 555, cerca de 400 Hz, o “dobrador” é a saída com tensão dobrada.
Os LEDs são ligados em resistores de 520 ohms para evitar que queimem, ambos conectados a um interruptor para poder ligar e desligar, então são ligados a charge pump, que por sua vez é ligado ao gerador eólico.
 
Figura 7 – Circuito charge pump
 
Figura 8 – Charge pump na protoboard
5.2 Casa com coleta de água 
Além da energia eólica utilizada pela casa também foi feito um armazenamento de água de chuva. Também seria de grande proveito a utilização de energia solar no projeto, porém a energia solar ainda é muito cara e produzida quase que apenas de maneira industrial, pois esse motivo não foi utilizada no projeto.
5.2.1 Construção 
A casa foi construída utilizando palitos de sorvete, foram utilizados cerca de 400 palitos e para o telhado foram utilizadas caixas de leite. As dimensões finais são: 24 cm de largura, 36 cm de comprimento e 14 cm de altura.
Os palitos foram colados com cola quente, formando paredes e depois coladas junto a estrutura.
 
Figura 9 – Casa com palitos de sorvete
Com o teto feito a partir de duas caixas de leite, a água corre por ele até canos de PVC de ¾ de polegada cortados ao meio para que funcionem como calhas e levem a água até um reservatório, e assim possa ser utilizada depois.
5.3 Finalizado
Com tudo montado e o gerador eólico pintado, enfim temos a casa com coleta de água da chuva e energia eólica.
 
Figura 10 – Projeto concluído
6 Impactos
6.1 Gerador Eólico
O gerador eólico pode causar diversos impactos, alguns positivos e outros nem tanto. O primeiro é uma geração de energia mais barata e sem degradação do ambiente, o terreno do parque eólico também pode ser utilizado para a agricultura, para que se tenha o máximo de aproveitamento possível. O vento não é continuo, podem existir situações onde seja necessário mais energia, mas não tenha vento para suprir a demanda, pois não é possível armazenar a energia gerada para usar depois. Por outro lado isso também pode acontecer nas hidrelétricas, apesar de poderem aumentar a potência, essa potência pode não ser o suficiente para suprir a quantidade gasta, e é onde acontecem os “apagões”.
Não há impactos ao meio ambiente, com exceção ao impacto visual, que pode até não ser tão feio se comparado com o “visual” de uma poluição, por exemplo, quero dizer, apesar de existir o impacto visual ele é muito menor que qualquer outro impacto para meios de geração de energia.
Também é possível existir outro impacto, que é a interferência eletromagnética, nesse caso basta ter um bom plano de construção para evitar ou ao menos reduzir as antenas e outros pontos que possam ser afetados. 
A energia eólica é relativamente barata e pode concorrer diretamente com os meios atuais, inclusive pode reduzir o custo de produção da energia elétrica, pois no cenário atual vemos como o custo de energia tem aumentado por causa da crise hídrica que o Brasil sofre, e uma crise eólica é algo que não existe, o vento pode parar por algum tempo, mas nunca um longo tempo. A manutenção dos geradores também é menor que das hidrelétricas, pois não é há risco de infiltrações, não está suportando milhares de toneladas de água, entre outras coisas, a captação de energia é mais simples.
6.2 Coleta de Água
Água, a captação de água da chuvas em umaresidência é algo que já é realidade, no estado de São Paulo houveram muitas pessoas que utilizaram esse sistema para captar a água das chuvas e armazenar, assim economizariam muita água e em outros casos eram até famílias que estavam sem água e utilizavam dessa água inclusive para o consumo. Essa prática não traz impactos quando utilizada corretamente, porém isso nem sempre acontece, muito pelo contrário, o armazenamento incorreto da água pode gerar focos de dengue, e esse pode ser um dos motivos da proliferação da doença no estado. 
Por outro lado o impacto positivo é enorme, pois sempre houve um uso irracional de água, agora temos buscado maneiras de reduzir o consumo de água, sabemos que a água é um recurso finito e quanto mais conseguirmos economizar melhor ficará o planeta.
7 Conclusão
Energia eólica já é utilizada por diversos países e empresas privadas, é uma tecnologia que veio pra ficar e tende ganhar cada vez mais espaço, o que é muito bom, pois em relação as maneiras com que geramos energia atualmente os parques eólicos só irão trazer benefícios. Assim como nas demais maneiras de geração de energia, a criação de um parque eólico requer estudos para a viabilidade do projeto.
A utilização de energia eólica em residências é outro fator muito importante, porém seria necessário um investimento do governo ou de alguma empresa privada, de forma que os geradores eólicos menores tenham uma queda de valor e se tornem mais acessíveis. Atualmente é possível encontrar geradores de 1500 watts por R$ 4.000,00, quase o valor de uma motocicleta nova.
A coleta de água de chuva e armazenamento é uma boa solução, porém depende muito de como é feita, se for algo planejado, que a água sofra tratamento para não estragar, não tenha aberturas ou formas que mosquitos possam entrar, é com certeza muito útil. Mas se feito de forma inadequada pode se tornar um criadouro de mosquitos da dengue, por exemplo, então é necessário que as pessoas tenham uma conscientização de como fazer a armazenagem correta.
8 Referências
BRITO, J. C. D. Gerador eólico de baixo custo. Disponivel em: <http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=18&Cod=297>. Acesso em: 20 Maio 2015.
PEREIRA, G. D. A. EBAH. Disponivel em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAgHW8AA/relatorio-gerador-eletrica>. Acesso em: 5 Maio 2015.
VIEIRA, R. Y. D. C. J. Disponivel em: <http://www.imaeneodimio.com.br/wp-content/uploads/2015/01/Relatu00F3rio-do-Gerador-Eu00F3lico-1.pdf>. Acesso em: 29 Abril 2015.
WORLD, P. PC World. Disponivel em: <http://computerworld.com.br/tesla-lanca-bateria-residencial>. Acesso em: 21 Maio 2015.