APS Geração de Energia Elétrica

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UNIVERSIDADE PAULISTA - CAMPUS ANCHIETA 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA TURMA EM6P39 / EM7Q39 
 
 
 
ALAN GUALBERTO SILVA - RA: C3338B3 
ALEXANDRE CASTILHO BENTO - RA: B8162F0 DAUANNE DE BRITO - RA: C30JEJ9 
GUILHERME FREITAS DA SILVA - RA: C337587 
LEONARDO ANTONIO FELIPE DA SILVA - RA: C3335J7 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO PAULO 2017 
UNIVERSIDADE PAULISTA - CAMPUS ANCHIETA 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA TURMA EM6P39 / EM7Q39 
 
 
 
ALAN GUALBERTO SILVA - RA: C3338B3 
ALEXANDRE CASTILHO BENTO - RA: B8162F0 DAUANNE DE BRITO - RA: C30JEJ9 
GUILHERME FREITAS DA SILVA - RA: C337587 
LEONARDO ANTONIO FELIPE DA SILVA - RA: C3335J7 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
 
Trabalho apresentado à disciplina de Atividades Práticas Supervisionadas da Graduação em Engenharia Mecânica, da Universidade Paulista (Campus Anchieta), como requisito à aprovação na matéria, 	sob 	a 	orientação 	do 	coordenador 
Alexandre Frugoli. 
 
 
SÃO PAULO 2017 
 ALAN GUALBERTO SILVA / ALEXANDRE CASTILHO BENTO / DAUANNE DE 
BRITO / GUILHERME FREITAS DA SILVA / LEONARDO ANTONIO FELIPE DA SILVA 
 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
 
Relatório final, apresentado à Universidade Paulista, como parte das exigências da matéria Atividades Práticas Supervisionadas. 
 	 	 	 	 	 
São Paulo, __ de ________ de 2017.
 
 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
 
_____________________________________ 
Prof. Umberto Ollita Junior 
 
_____________________________________ Prof. Wanys Arnaldo Antonio Rocha AGRADECIMENTOS 
Agradecemos primeiramente à Deus, que nos deu força, paciência e foco nos momentos de dificuldade. 
Agradecemos também a todo corpo docente da Universidade Paulista que nos forneceu diariamente informações e incentivos pela busca do conhecimento; e em especial a todos os integrantes do grupo que dedicaram seu tempo e abdicaram de seus afazeres para que fosse possível esta realização. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Há uma força motriz mais poderosa que o vapor, a eletricidade e a energia atômica: a vontade” Albert Einstein 
RESUMO 
O tema do presente trabalho foi extraído do “Manual APS 2017 1º semestre – Planta de geração de energia elétrica” (ANEXO A), proposto pela própria universidade, e faz referência à elaboração de um projeto e construção de um protótipo de gerador de energia, que será acionado mecanicamente através da força da água e que seja capaz de acender quatro leds ligados em série. Adotando o objetivo de que o projeto deve cumprir todas as regras estabelecidas no manual fornecido ao grupo, a problemática utilizada para conduzir o trabalho foi: Como construir um protótipo de gerador que seja capaz de atender a todas as regras do manual? Para responder a mesma, foram traçados os seguintes objetivos específicos: a) Pesquisar o histórico e fundamentação teórica a respeito de hidreléticas, afim de conhecer a respeito de seu funcionamento, b) Conhecer os cálculos necessários para definir a capacidade dos elementos utilizados, c) Definir os materiais necessários para a construção do protótipo d) Descrever o desenvolvimento do projeto, e e) Relatar os resultados obtidos. Os resultados ao término do processo de construção apontam que o gerador de energia é capaz de atender a todos os requisitos do manual e objetivos do grupo com excelência. 
 
Palavras chave: Hidrelétrica, energia, roda d’água, mecânica, alternador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 The present work’s theme was been extracted from the "Manual APS 2017 1º semestre – Planta de geração de energia" (APPENDIX A), proposed by the own university, and refers to the elaboration of a project and construction of a prototype of a generator of energy, which will be mechanically driven by the force of the water and capable of lighting four LEDs connected in serie. Adopting the goal that the project should comply all the rules established in the manual provided to the group, the problem used to conduct the work was: How to build a prototype generator that is able to meet all the rules of the manual? In order to answer the same, the following specific objectives were established: a) To search the history and theoretical foundation regarding hydroeletrics, in order to know about its operation, b) To know the necessary calculations to define the capacity of the elements used, c) Define the materials needed to construct the prototype d) Describe the development of the project, and e) Report the results obtained. The results at the end of the construction process indicate that the power generator plant is capable to accomplish all the manual’s rules in good ways. 
 
Palavras chave: Hydropower, energy, water wheel, mechanics, alternator 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1 - Esquema de geração de energia a partir do movimento da água ............. 15
Figura 2 - Projeto realizado com o software SolidWorks ........................................... 18 
Figura 3 - Reservatório superior ................................................................................ 19 
Figura 4 - Reservatório inferior .................................................................................. 20 
Figura 5 - Prateleira de madeira ................................................................................ 21 
Figura 6 - Base metálica ........................................................................................... 21 
Figura 7 - Roscas internas para fixação da prateleira/base ...................................... 22 
Figura 8 - Rolamento de 10mm fixo à barra principal ................................................ 23 
Figura 9 - Roda d’água .............................................................................................. 23 
Figura 10 - Fixação do motor elétrico usado como alternador .................................. 24 
Figura 11 - Correa para transmissão de movimento ................................................. 24 
Figura 12 - Fixação das polias de alumínio ............................................................... 25 
Figura 13 - Esquema elétrico da bomba d’água ........................................................ 26 
Figura 14 - Base da bomba d’água ........................................................................... 26 
Figura 15 - Esquema elétrico/eletrônico base do circuito .......................................... 27 
Figura 16 - Montagem dos componentes eletrônicos ................................................ 28 
Figura 17 - Esquema de fixação dos componentes eletrônicos na barra .................. 28 
Figura 18 - Projeto finalizado (antes do processo de pintura) ................................... 29 
Figura 19 - Instalação do plug de tomada na bomba ................................................ 30 LISTA DE TABELAS 
Tabela 1 - Materiais utilizados no projeto .................................................................. 33
 
SUMÁRIO 
ANEXO A - MANUAL BOMBA D’ÁGUA PERIFÉRICA ACQUAPUMP ................... 46 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
Desde seus primórdios a engenharia utiliza conhecimentos científicos, técnicos e matemáticos com o objetivo principal de solucionar problemas e tornar processos cada vez mais rápidos, sem que estes percam a qualidade; facilitando dessa maneira o cotidiano de empresas e populações. Um dos ramos da engenharia que foi essencial durante o desenvolvimento das sociedades, proporcionando melhorias em relação a processos produtivos e de transporte, foi a engenharia mecânica. 
Levando em consideração que o objetivo do projeto é desenvolver uma hidrelétrica capaz de reproduzir energia elétrica com capacidade para acionamento de quatro LED´s respeitando as regrasdo manual, a base do presente trabalho acadêmico tem referência em princípios da engenharia como geração de energia, mecânica dos fluídos e conceitos de movimento da mecânica. 
Dentre os conceitos citados acima, a mecânica dos fluídos é considerada fundamental no estudo da geração de energia elétrica. Isto porque todas as máquinas térmicas e hidráulicas obedecem às leis da mesma assim como todas as fontes primárias de energia, que podem ser analisadas como fluidos (POTTER, 2008). 
Considerando que a planta deve gerar energia, e, portanto, não poderá ser acionada eletricamente, é necessário possuir conhecimentos básicos a respeito de componentes de acionamento puramente mecânicos para o sucesso do projeto. A seguir serão apresentados os elementos e etapas do processo que possibilitaram a conclusão do mesmo. 
 
 
 
 
 
OBJETIVO 
O objetivo do presente trabalho será elaborar e construir um protótipo de gerador de energia, que será acionado mecanicamente através da força da água e que seja capaz de acender quatro leds ligados em série. 
Para cumprir o mesmo, a equipe dividiu o trabalho em etapas, que seguem abaixo e serão relatadas com detalhes ao decorrer do relatório: 
Pesquisar o histórico e fundamentação teórica a respeito de hidreléticas, 
afim de conhecer a respeito de seu funcionamento 
Conhecer os cálculos necessários para definir a capacidade dos elementos 
utilizados 
Definir os materiais necessários para a construção do protótipo 
Descrever o desenvolvimento do projeto, e 
Relatar os resultados 
 Além de todos os objetivos específicos descritos, o grupo decidiu desenvolver todo o projeto visando baixo custo, isto é, selecionando materiais com custo benefício adequado e que sejam fáceis de serem trabalhados, visto que a equipe não dispõe de uma oficina e de variedade de ferramentas disponíveis para a confecção do projeto. 
 
 
 
 
 
 
 
METODOLOGIA 
A metodologia aplicada foi baseada em trabalhos similares, ou seja, no uso de material teórico metodológico; assim como em pesquisas a respeito da aplicação dos conceitos mecânicos necessários, como as ideias de Nikola Tesla e as afirmações de estudiosos da época, como Blaise Pascal. 
Todo o processo de desenvolvimento do protótipo, desde o dimensionamento dos componentes, da definição dos materiais adequados, esquematização da criação do movimento e consequentemente da geração da energia necessária para acender os LEDs, entre outros, foram previamente estudados e, portanto, incluemse na metodologia citada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
HIDRELÉTRICAS E GERAÇÃO DE ENERGIA 
Considerações iniciais 
As pessoas têm tirado proveito da energia da água em movimento há séculos, criando inúmeros dispositivos e máquinas para facilitar suas tarefas. As aplicações mais comuns para esse tipo de instalação são basicamente: A rodad'água, que era utilizada pelos gregos e romanos da antiguidade operando sob o mesmo princípio que uma turbina, para girar maquinários; e hidrelétricas, que utilizam a força da água para gerar energia elétrica. (BRANDÃO, et al, 2013) 
Ao observar uma hidrelétrica em funcionamento, por exemplo, percebe-se que o fluxo da água é utilizado de uma elevação alta para uma mais baixa afim de gerar energia. Isso é possível graças a princípios simples, que conceituam a combinação de forças e velocidades (Fig. 1) para a geração de movimento e energia. 
Figura 1 – Esquema de geração de energia a partir do movimento da água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: http://www.alterima.com.br/index.asp?InCdSecao=25. 
Dois fatores determinam a quantidade de eletricidade gerada por uma usina hidrelétrica. O primeiro fator é a altura das turbinas em relação à superfície da água, distância conhecida como coluna d'água. O segundo fator principal é o volume de fluxo de água que se move através da turbina. Como regra geral, 3,79 litros de água por segundo caindo de uma altura de 30,48 metros são capazes de gerar 1 quilowatt de energia elétrica. A coluna d'água permanece a mesma o tempo todo, mas o fluxo de água pode aumentar ou diminuir, dependendo da demanda por eletricidade (ALTERIMA, 2017). 
Vantagens das instalações hidrelétricas 
De acordo com o portal ELETROBRAS (2017), a energia hidrelétrica está há muito tempo estabelecida como um método limpo e seguro para a geração de energia, pois além de não adicionar dióxido de carbono (CO2) ao meio ambiente, utiliza-se de uma fonte renovável de energia, a água. Também é importante mencionar que represas e usinas hidrelétricas duram muito tempo. Sendo assim, percebe-se que depois que os gastos de construção tiverem sido pagos, a usina hidrelétrica se transforma em uma fonte relativamente barata de eletricidade. 
Além disso, represas hidrelétricas construídas em rios propensos a enchentes ajudam a controlá-las, e os reservatórios criados atrás das represas podem ser usados para recreação, atraindo turistas e campistas. 
Desvantagens das instalações hidrelétricas 
Contudo, uma usina hidrelétrica muda o fluxo de um rio tanto na frente quanto atrás da represa e isso altera significativamente o ecossistema do rio. A represa bloqueia a subida de peixes migratórios e as turbinas podem ferir ou até mesmo matar parte dos peixes que migram rio abaixo. Em função desta mudança de fluxo, os níveis de oxigênio na água caem. Isso afeta tanto a vida vegetal quanto animal no rio e em suas margens (ELETROBRÁS, 2017). 
Outra consideração importante, é que o nível de água aumenta e diminui com o uso de energia, forçando plantas aquáticas e ribeirinhas a lidar com mudanças frequentes no nível d'água. 
Pesquisas recentes têm ajudado os fornecedores hidrelétricos a tomar medidas para resolver essas questões: Escadas de peixes (sequência de degraus rasos, cobertos de água, para que os peixes possam nadar e pular) são uma das soluções encontradas. Além disso, muitas instalações possuem métodos para adicionar oxigênio à água para melhorar sua qualidade para plantas e animais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ETAPAS DE CONSTRUÇÃO 
Projeto 
Para transformar todas as ideias da equipe em algo palpável, foi realizada uma discussão para unificação do brainstorm e posteriormente um projeto (ANEXO C) com o auxílio do software SolidWorks, conforme a imagem abaixo. 
Figura 2 – Projeto realizado com o software SolidWorks. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Inicialmente, foi construído um protótipo ainda na fase de planejamento e projeto, a fim de verificar se todas as dimensões pré-estabelecidas estavam adequadas à necessidade, realizar pequenos testes e modificações. 
Coleta de materiais 
 No que diz respeito à escolha dos materiais para o projeto final, o grupo optou por utilizar reservatórios de plástico (organizador plasutil), tubo pvc de 3/4” e 1” para o transporte do fluído e um perfil de alumínio/compensado para a armação em geral; devido ao fato desses materiais serem leves, relativamente baratos e fáceis de manusear – que é o item mais relevante, já que todo o corte e furações do projeto seriam realizados em casa, o que significa que o grupo não teria a disponibilidade de máquinas e ferramentas apropriadas para sua confecção. 
 Já para os periféricos do projeto foram utilizados componentes de alumínio para a confecção das polias, um cooler retirado de esmeril para ser usado como roda d’água, e um motor retirado de um taco gerador de barco para ser utilizado como alternador. 
 A lista completa de todos os materiais utilizados e suas respectivas aplicações, pode ser observada no capítulo 7. 
Montagem – Procedimentos mecânicos 
 O primeiro passo, foi traçar e preparar os reservatórios principais. No reservatório nº1 (Fig. 3) – destinado a armazenar o fluído a uma altura de 1,5m do chão (vide capítulo 6) – foi necessário abrir um furo em sua base de aproximadamente 40mm de diâmetro, afim de acoplar uma tubulação de 1” com o auxílio de uma conexão própria para essa especificação e permitir que a água tenha queda livre até a roda, noreservatório nº2. No final dessa tubulação, foi colocada uma tampa de PVC, que possui um furo em seu centro para o escoamento da água (apenas para fins estéticos). 
Figura 3 – Reservatório superior. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
 O reservatório nº2 (Fig. 4) é composto de duas partes: Em uma delas, foi feito um furo lateral para inserir um ralo, e um furo frontal com a finalidade de dar passagem ao fluído do reservatório para a bomba – através de um tubo PVC de ¾” com adaptadores. A outra parte do reservatório consiste em outro organizador plasutil, que por sua vez teve o fundo retirado com o auxílio de um estilete, e um rasgo lateral cortado para a passagem do eixo da roda d’água, conforme as imagens abaixo. A finalidade desse componente é não permitir o vazamento de água para fora do sistema quando este estiver em funcionamento. As duas partes foram unidas e vedadas com cola de silicone, para evitar outros vazamentos indesejados. 
Figura 4 – Reservatório inferior 
 	 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
 O reservatório nº1 fica apoiado acima de todo o conjunto, em uma prateleira construída com compensado de 15mm de espessura. Esta placa de madeira inicialmente foi cortada nas dimensões de 420mm x 265mm x 15mm, com o auxílio de uma serra tico-tico. Essa ferramenta também teve grande relevância no momento de fazer uma abertura para a desobstrução da passagem do PVC, conforme podese observar na figura 5. Além disso, foi necessário realizar uma furação de 14mm no centro da placa, para fixa-la em uma barra de alumínio. 
 
Figura 5 – Prateleira de madeira. 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
 Já o segundo reservatório, fica apoiado em uma base metálica (Fig. 6) de 100mm x 540mm x 15mm, que necessitou ser usinada no laboratório do Campus Bacelar. Além das dimensões citadas, a base possui um rebaixo com furo para parafuso M12, que foi usinado afim de encaixar e fixar a barra principal do projeto. 
Figura 6 – Base metálica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
 Um dos componentes essenciais para a realização do trabalho foi uma barra de alumínio extrudada, cortada com o comprimento de 1,4m. Através desta, são fixados/unidos todos os outros periféricos do projeto, e, para isso, algumas adaptações na mesma foram necessárias: 
Primeiramente, foram feitas duas roscas M12 (Fig. 7) no interior dos furos centrais da barra – uma em cada extremidade – com o intuito de tornar possível fixar a prateleira de madeira e a base metálica; 
Figura 7 – Roscas internas para fixação da prateleira/base. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Após, foi feita uma furação afim de prender o suporte onde se encontram os LEDS (vide item 5.2.2); 
Um pouco abaixo do suporte dos LEDS encontra-se um rolamento de 10mm de diâmetro interno, responsável por fixar o eixo da roda d’água (Fig. 9) e facilitar o giro da mesma, melhorando seu desempenho. Para fixar esse rolamento na barra, foi preciso o auxílio de uma sapata (usinada no laboratório do Campus Bacelar), uma fita Hellerman e dois parafusos M8 para travá-la na posição, conforme a Figura 8. 
 
 
 
Figura 8 – Rolamento de 10mm fixo à barra principal. 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Figura 9 – Roda d’água. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Acima do rolamento, encontra-se o motor que foi usado meramente como alternador. Este, foi fixado à barra apenas com fita hellerman (Fig. 10), que atendeu as necessidades do momento. 
 
 
 
Figura 10 – Fixação do motor elétrico usado como alternador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
É importante destacar que o movimento da roda d’água é transferida através de um anel O-ring (Fig. 11) para o motor, que trabalha em engenharia reversa, isto é, transforma o movimento da roda em impulsos elétricos graças a sua bobina e a diferença de potencial que é causada no processo. 
Figura 11 – Correa para transmissão de movimento. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Para a fixação do anel O-ring foram usinadas polias de alumínio com diâmetros de 80 mm e 50 mm, que encontram-se atrás da roda e na extremidade do eixo do motor, respectivamente (Fig. 12). Vale ressaltar que no caso do motor, a polia foi fixada através de um parafuso que trava em seu eixo, e, na roda d’água, a polia foi fixada por meio de cola durepoxi. 
Figura 12 – Fixação das polias de alumínio. 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Os tubos PVC referentes ao transporte da água também necessitaram ser serrados nos comprimentos adequados com o auxílio de um arco de serra. Após serrados, foram lixados e conectados uns aos outros – e à bomba, inclusive – por meio de conexões 90º e adaptadores próprios para esse tipo de material. 
Montagem – Procedimentos elétricos 
Bombeamento 
No que diz respeito a bomba, foi necessário realizar uma pequena modificação em seu circuito antes de colocá-la em funcionamento. Isso se deve ao fato que de acordo com o manual fornecido pela empresa, a bomba vem de fábrica com o circuito proposto para ser utilizado em 220V, entretanto, o grupo necessitava utilizá-la em 127V. Sendo assim, foi aberta a carcaça de plástico, e alteradas as posições das chaves, conforme indicativo abaixo. Outras informações técnicas a respeito da bomba utilizada podem ser encontradas no anexo B. 
Figura 13 – Esquema elétrico da bomba d’água. 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Além disso, foi preciso adaptar uma base para a bomba (Fig. 14), visto que ela não enquadraria na base metálica com os demais componentes na posição desejada. Dessa maneira, furou-se e fixou-se a bomba em uma placa de compensado (110mm x 130mm x 15mm) que possui a mesma espessura da base metálica para garantir que a bomba fique nivelada com o reservatório. 
Figura 14 – Base da bomba d’água. 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Ligação dos LEDS 
 Como descrito anteriormente, o motor escolhido para atuar como gerador pode chegar a obter 68 vca de potência em seu desempenho máximo. Sabe-se que no papel que este designa no projeto, não chega nem a metade de sua potência máxima, contudo, se fosse ligado diretamente aos LEDs, seria capaz de queimá-los. Sendo assim, foi construída uma placa eletrônica no qual foram dimensionados capacitores, diodos e resistores (vide capítulo 6), para impedir picos de corrente elétrica capazes de queimar os componentes. 
 Para a construção da placa, foi utilizado como base um pedaço de fenolite. Nesta base foram soldados os componentes eletrônicos citados acima, além de introduzido um polo positivo e um negativo que se conectam aos LEDs e ao gerador. 
 O esquema elétrico básico da ligação Gerador – Placa – LEDs foi realizado por meio de simulações com o software crocodile clips e baseado no princípio do esquema que pode ser observado abaixo, que utiliza capacitores, diodos e resistores: 
Figura 15 – Esquema elétrico/eletrônico base do circuito. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
 Com finalidades puramente estéticas, a placa eletrônica foi fixada atrás de um suporte metálico redondo. Este suporte - reaproveitado de trabalhos anteriores – foi furado para acoplar os suportes dos LEDs e uma chave interruptora, conforme segue: 
 	 
Figura 16 – Montagem dos componentes eletrônicos. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Além disso, também foi construída uma cantoneira com o auxílio de madeira e morsa, que tem a função de unir o conjunto eletrônico à barra principal do projeto (Fig. 17). 
Figura 17 – Esquema de fixação dos componentes eletrônicos na barra. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
 
 
A última etapa prática de construção foi realizar o acabamento e a pintura de todas as peças, obtendo-se o projeto final (Fig. 18). 
Figura 18 – Projeto finalizado (antes do processo de pintura). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Resultados obtidos 
Ao término da construção da hidrelétrica a equipe notoualgumas dificuldades com relação a certos pontos do projeto. A primeira dificuldade encontrada diz respeito à instalação da bomba, visto que é um equipamento que o grupo manuseou raras vezes, e, portanto, não detinha muito conhecimento sobre ela. Com o auxílio do manual fornecido pela empresa RR Máquinas foi possível realizar a ligação do plug da tomada (Fig. 19), além de obter instruções importantes que poderiam queimar a bomba caso não fossem rigidamente seguidas – como liga-la sem antes preencher a tubulação de sucção de água, garantindo que não entre ar no processo. 
Figura 19 – Instalação do plug de tomada na bomba. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Dados dos autores. 
Um outro empecilho foi durante os testes iniciais, em que se constatou diversos vazamentos nas regiões de união de tubulações. Para resolver o problema, as regiões foram vedadas com veda-rosca e cola de silicone. 
O projeto final da planta de geração de energia foi testado diversas vezes, obtendo excelente resultado e atendendo a todos os requisitos do manual e objetivos do grupo. Ele será apresentado na Universidade Paulista – Campus Anchieta, na data 09/06/2017 para avaliação e obtenção de nota final. 
 
 
 
 
 
 
 
CÁLCULOS 
Para a realização dos cálculos, foi feita uma coleta de dados previamente, através de experimentos com o projeto final. Considerando um motor com uma polia fixa (movida) de Ø50mm, uma roda d’água com polia de Ø80mm (motora) e tendo como fixos os valores da coluna d’água e da tubulação de saída (1”), determinou-se a velocidade média de saída do fluído: 
 
Vm = r (2 . g . h), onde: Vm = velocidade Média r = raiz quadrada 
g = constante de aceleração da gravidade h = altura da coluna d’água 
 
Então: 
Vm = r (2 . 9,789 . 1,4) 
Vm = 5,235m/s 
 
Através da velocidade média, encontrou-se a vazão: 
Q = Vm . A, onde: 
Q = vazão do fluído 
A = área de secção transversal do tubo de saída 
 
Então: 
Q = 5,235 . 0,000506707 
Q = 2,65l/s 
 
Relacionando a vazão e a massa específica do fluido (água), encontrou-se a massa de fluído que atinge a roda d’água: 
 
 
 
m = 2,65 . 1 m = 2,65kg m = W (peso do fluído, em kgf), então: 
W = 2,65kgf 
 
Sendo assim, é possível estabelecer o torque teórico da roda d’água: 
T = W . R, onde: 
T = torque 
W = peso do fluído 
R = raio da roda d’água 
 
Então: 
T = 2,65 . (0,1) = 0,265kgf . m, ou 
T = 2,65 . 9,789 . (0,1) = 2,59N . m 
 
Para o motor elétrico, foi verificado experimentalmente a necessidade de no mínimo 40mA (0,04 A) sob uma tensão de 8 volts para que se mantivessem acessos, dessa maneira: 
 
Pe = V.I, onde: 
Pe = potência elétrica 
V = tensão 
I = corrente elétrica 
 
Então: 
P = 8 . 0,04 = 0,32W 
 
Após encontrar a potência elétrica necessária para manter os LEDs acessos, notou-se que o projeto não teria problemas nesse quesito, visto que o motor utilizado é muito potente já que foi retirado de um taco gerador de barco, sendo capaz de gerar até 68vca a 1800rpm, isto é, muito mais do que o exigido pelo circuito. 
CUSTOS 
A lista completa de todos os materiais utilizados e suas respectivas aplicações e custo (os itens que possuem **** foram doados por empresas, amigos e familiares), pode ser observada na tabela abaixo. É importante relembrar que um dos objetivos do grupo diz respeito ao baixo custo para aquisição de componentes, sendo assim, a maioria deles foram doados por empresas ou reaproveitados de trabalhos anteriores. 
Tabela 1 – Materiais utilizados no projeto. 
	CUSTOS APS 1º SEM 2017 - PLANTA DE GERAÇÃO DE ENERGIA 
	Item 
	Descrição 
	Qtd. 
	Preço 
unitário 
	Preço total 
	Motor Tacogerador Cod. 300459 
	68vca / 1800rpm 
	1 
	**** 
	**** 
	Roda d'água 
	Cooler de esmeril reaproveitado, haste Ø6 mm 
	1 
	**** 
	**** 
		LED vermelho 		5mm, 2v, 20mA 		4 		**** 		**** 
		Suporte para LED 		5mm 		4 		**** 		**** 
	Capacitor 
	100uF, 50v 
	2 
	**** 
	**** 
		Resistor 		2000 ohms +/- 5% 		1 		**** 		**** 
		Diodo 		**** 		4 		**** 		**** 
	Placa fenolite 
	Simples, 0,5mm x 50mm x 20 mm 
	1 
	**** 
	**** 
		Chave interruptora 		Gangorra, 3 polos 		1 		**** 		**** 
	Chapa metálica 
	Redonda, esp. 0,7mm 
	1 
	**** 
	**** 
	Organizador plasutil 
	18 Litros 
	2 
	**** 
	**** 
	Base metálica 
	540mm x 100mm x 15 mm 
	1 
	**** 
	**** 
	Base de compensado 
	130mm x 110mm x 15 mm 
	1 
	**** 
	**** 
	Prateleira compensado 
	420mm x 265mm x 15 mm 
	1 
	**** 
	**** 
	Barra de alumínio 
	Extrudada, 1,4m 
	1 
	**** 
	**** 
	Rolamento com esferas 
	Para haste de 6mm 
	1 
	**** 
	**** 
	Anel o-ring 
	100mm 
	1 
	R$2,80 
	R$2,80 
	Ralo PVC 
	**** 
	1 
	R$3,50 
	R$3,50 
	Tubo PVC 
	1" 
	2m 
	R$9,00 
	R$18,00 
	Tubo PVC 
	3/4" 
	1m 
	R$6,00 
	R$6,00 
	Conexões PVC 
	90º 
	2 
	R$2,50 
	R$5,00 
	Parafuro M12 
	Cabeça escareada, allen 
	2 
	R$2,00 
	R$4,00 
	Parafuso soberbo 
	Fenda, 15mm 
	4 
	**** 
	**** 
	Cola 
	Silicone, para vidro ou plastico, 
50g, incolor 
	1 tubo 
	R$7,50 
	R$7,50 
		Organizador plasutil 		30 Litros 		1 		R$40,90 		R$40,90 
	Spray 
	Tinta prateada 
	350ml 
	R$29,90 
	R$29,90 
Fonte: Dados dos autores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Para a realização da planta de geração de energia desenvolvida pelo grupo, foram necessários conhecimentos em diversas áreas, como: Planejamento estratégico do processo, cálculos necessários, noções de eletrônica básica, materiais a serem utilizados entre outros. 
Com relação aos resultados, é importante salientar que todos os objetivos citados inicialmente foram cumpridos, isto é, a equipe estudou, recolheu materiais, realizou cálculos e testes, montou o protótipo, e, dessa maneira, o mesmo obteve sucesso em seu funcionamento. 
O trabalho como um todo proporcionou resultados positivos, uma vez que exige a dedicação e empenho de todos do grupo para alcançar o melhor resultado. Além disso, o processo desencadeia o envolvimento de todos no contexto acadêmico, assim como na execução do projeto em si, visto que os alunos foram estimulados a realizar pesquisas para adquirir conhecimentos nas áreas citadas anteriormente, e em seguida se reunir para trocar informações e construírem a hidrelétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
ALTERIMA. Mini usinas. Disponível em: http://www.alterima.com.br/index.asp?InCdSecao=35. Acesso em: 01.05.2017. 
BRANDÃO, et al. Planta de geração de energia elétrica. Disponível em: < https://www.academia.edu/8713226/Tema_Planta_de_Gera%C3%A7%C3%A3o_En ergia_el%C3%A9trica>. Acesso em: 28.04.2017. 
ELETROBRÁS. 	Vantagens 	das 	hidrelétricas. 	Disponível 	em: 	< 
http://www.eletrobras.com/elb/natrilhadaenergia/main.asp?View=%7BC188A6944A68-4B73-9C60-2BB973B056D2%7D>. Acesso em: 01.05.2017. 
SILAS, 	Joab. 	Força 	e 	movimento. 	Disponível 	em: 
<http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/forca-movimento.htm>. 	Acesso 	em: 
28.04.2017. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO A - MANUAL APS 2017 - PLANTA DE GERAÇÃO DE ENERGIA 
ELÉTRICA 
 
ANEXO B - MANUAL BOMBA D’ÁGUA PERIFÉRICA ACQUAPUMP 
 
 
 
ANEXO C - PROJETO REALIZADO NO SOLIDWORKS