GERAÇÃO-DE-ENERGIA-PAISAGISMO-E-SUSTENTABILIDADE-2

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GERAÇÃO DE ENERGIA, PAISAGISMO E SUSTENTABILIDADE 
 
Autores : Lucas Pletsch LAZZARIN, Gilmar de Oliveira VELOSO 
Identificação autores: Lucas Pletsch Lazzarin - Bolsista PIBIC-EM/CNPq; Gilmar de Oliveira Veloso - Orientador 
IFCCampus Concórdia). 
 
Introdução 
O emprego da roda d`água é muito antiga, principalmente na agricultura e, sua 
utilização é interessante na realização de diversos trabalhos, aproveitando pequenas quedas 
d`água com vazões relativamente pequenas. Delizoicov (1991). A utilização de uma roda 
d`água com o aproveitamento de uma fonte de água associada a um pequeno desnível de 3,0 
metros (queda d`água) entre os reservatórios em uma pequena propriedade rural, no interior 
do município de Concórdia – SC, foi identificada para gerar eletricidade e, preferencialmente 
iluminar o entorno do reservatório da fonte. A roda d’água além de gerar energia elétrica pode 
ser usada para paisagismo. As funções do paisagismo rural não estão limitadas ao 
embelezamento estético da paisagem, mas também às práticas preservacionistas, 
indispensáveis à manutenção dos elos essenciais ao equilíbrio do ecossistema nas áreas de sua 
implantação. A necessidade de sustentabilidade está presente no dia a dia das pessoas. 
Na região do oeste catarinense, mais especificamente, no município de Concórdia, há 
poucas experiências e estudos realizados a respeito da captação alternativa de água, como o 
uso de roda d’água, apesar de ser uma região rica em água e terreno favorável a implantação 
de rodas d`água. 
Por entender que se trata de um projeto de cunho social muito importante, necessário e 
que deve ser estudado e difundido. 
Neste contexto, o presente estudo tem como objetivo compreender o funcionamento e 
instalar uma roda d´água em uma propriedade no interior do município de Concórdia-SC, para 
paisagismo e aproveitamento da energia gerada para iluminar o entorno do reservatório, com 
componentes elétrico/eletrônicos reaproveitados (com lixo eletrônico). 
 
Material e Métodos 
Inicialmente, foi realizado um levantamento de quanto de energia diária seria necessário. 
 
 
 
 
Tabela 1: Levantamento da demanda de energia diária 
 
 
A Tabela 1 relaciona todos os aparelhos que se quer ligar ao sistema e, tem como 
objetivo determinar os dados básicos relativos à quantidade de carga que se quer alimentar, 
com as seguintes descrições: 
a) Aparelho/Lâmpada: No caso em questão, somente luminárias de emergencia. Elas são 
constituídas por 30 LEDs, com nível de iluminação de 80 lm à 150 lm, 3,7 Volts e 4 W de 
potencia. Produzem pouco calor devido à baixa tensão e corrente. Um LED é um diodo 
semicondutor que são componentes de estado sólido, sendo mais resistente a impactos e 
apresentando desgaste muito menor. (lm = Lumens) 
b) Cômodo: Neste trabalho, a iluminação é externa e, portanto, tem o menor nível de 
iluminação (refletância baixa). Inicialmente, será iluminado somente uma pequena parte do 
reservatório que possui a fonte de água da propriedade (mais especificamente, o pergolado 
construido no barranco do lago), devido ao número insuficiente de luminárias. É importante 
ressaltar que as luminárias utilizadas são lixo eletrônico (já foram descartadas). 
 
Descrição da roda d`água 
A roda d`água utilizada neste trabalho é de madeira, Figura 01, com 16 alcatruzes de 
capacidade 300 ml de água cada um, com um diâmetro de 80 cm, realizando em torno de 12 
rotações por minuto, de acordo com o desnível e a vazão disponível. O principal 
inconveniente de uma rodas d’água é a pequena velocidade que desenvolvem, o que leva à 
necessidade de utilizar um sistema multiplicador de velocidade. Neste caso, foi acoplada uma 
peça de madeira formada por duas polias de diâmetros, 39 cm e 34 cm, para ter opção de giro. 
Também foi acoplado na roda um suporte com 05 (cinco) motores de passo, ligados em série, 
significando que a tensão gerada por eles, individualmente, se somam. 
 
 
 
 
 
 
Figura 01: Rodad'água com motores de passo acoplados. Fonte: Autores 
 
Descrição do motor de passo 
Os motores de passo quando giram viram geradores. O motor de passo é um ótimo 
gerador, pois ele não precisa de alta rotação para produzir uma boa quantidade de energia. O 
motor de passo utilizado tem quatro espiras fixas (fases), produzindo, aproximadamente, 0,8 
A e uma tensão de 24 V. 
Descrição do terreno 
Trata-se de uma fonte de água. O reservatório tem forma irregular com dimensões de, 
aproximadamente, 50 m2 e profundidade de, aproximadamente, 1,5 m. Este, encontra-se 
numa posição que está situado a 3,0 m de altura em relação a outro reservatório que recebe a 
água da fonte, Figura 2. 
 
Figura 2: Terreno onde estão os reservatórios de água. Fonte: Autores 
 
Este desnível é suficiente a instalar uma roda d'água e, produz, utilizando um cano de 
10 mm de diâmetro e de 5 m de comprimento, uma vazão de 60 l/min, Fig. 04. Esta vazão foi 
determinada experimentalmente através da coleta de água que sai do reservatório por meio de 
 
 
um tambor (balde) de volume conhecido. Mede-se a quantidade de água e o tempo que o 
balde leva para ficar cheio. Para determinar a vazão, divide-se o volume de água coletada pelo 
tempo que foi gasto para encher o balde. 
Resultados e discussão 
A energia hidráulica é a energia obtida a partir da energia potencial de uma massa de água que 
corre através de um desnível ou queda d'água. A potencia hidráulica máxima que pode ser 
obtida através de uma queda d'água pode ser calculada pela seguinte equação, 
P=ρ.Q.h. g (1) 
onde, P é a energia fornecida por unidade de tempo, é chamada de potencia e medida em 
Watts [W], ρ é a massa específica do fluido [kg/m³], Q é a vazão do fluido [m³/s] , h é a altura 
vertical, ou seja, é a diferença entre os níveis da lâmina d'água superior e inferior [m] e g é a 
aceleração da gravidade [m/s²] . 
Considerando que o fluido é água, ρ=1000kg/m³=1,0 g/cm³ , Q = 0,001 m³/s, h = 3 m e g = 9,8 
m/s², temos, utilizando a equação (1), obtém-se, aproximadamente, 30 W. 
Na roda d'água, a cada vez, temos 7 alcatruzes cheio de água, cada um com 300 ml, o 
que resulta em 2100 ml de água. Considerando que a massa específica da água é 1,0 g cm
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 e 
que 0 1 m l é igual 1,0 cm³, resulta em 2100 g, ou seja, 2,1 kg de água armazenado nos 
alcatruzes. Utilizando algumas equações, temos para o cálculo da potencia em função do 
número de rotações f, 
P=m. g .2π . r . f (2) 
onde para calcular o número de rotações, considerando uma potencia máxima de 30 W, uma 
massa de 2,1 kg, aceleração da gravidade, g, 9,8 m/s², raio do eixo da polia acoplada na roda 
d'água, r, 0,18 m, temos para a frequencia, f, 758 Hz (Hertz), ou seja, 12 rpm (rotações por 
minuto). 
Podemos calcular o número de rotações do eixo do motor de passo, Halliday et al 
(2009), da seguinte forma: 
r . f=R. F (3) 
 
onde o raio do motor de passo, r = 0,005 m, raio da polia da roda d'água, R = 0,18 m e a 
frequencia da roda d'água, F = 12 rpm (758 Hz), obtém-se 432 rpm (7,2 Hz). 
 
 
Aplicando a equação (2) ao motor de passo para determinar a potencia gerada pelo 
motor, considerando a frequencia de 7,2 Hz, obtém-se, 17 W. 
Considerando os dados de um motor de passo utilizado, PM55L-048, tensão de 24 V, 
corrente elétrica de 0,8 A, podemos determinar a potencia gerada pela equação 
P = Ui (4) 
Halliday et al (2009) e aplicando os dados, o resultado é de 19,2 W, onde U é tensão 
[V] e i é a corrente elétrica [A]. 
Comparando os resultados obtidos, 17 W e 19,2 W, observa-se que a roda d'água 
utilizada tem condições de operar os motores de passo acoplados, incrementando a velocidade 
de rotação do eixodo motor. 
As luminárias de segurança, cada uma com 30 LEDs foram ligadas em paralelo. Esta 
ligação significa que todas as luminárias recebem a mesma tensão e a corrente elétrica se 
divide nas 5 luminárias, isto é, a corrente elétrica que cada luminária recebe vale 0,16 A. A 
tensão de um motor de passo é variável, sendo controlada pela rotação. Neste caso, como uma 
luminária consome 4 W, com uma corrente de 0,8 A, implica que temos uma tensão de 25 V. 
No lado do reservatório fonte (no barranco) foi construído um pergolado, visando 
melhorar o paisagismo do local, cuja iluminação será as luminárias de segurança com energia 
gerada pela roda d'água. 
 
Conclusão 
Como resultado, pode-se afirmar que a utilização de motor de passo para geração de 
energia elétrica é uma opção alternativa e barata, para geração de energia elétrica. Este 
trabalho, apesar de ter findado o prazo de bolsa do aluno, terá continuidade, pois o 
proprietário do sítio tem muito interesse em colocar esta roda e, quando o outro reservatório 
for construído, provavelmente no próximo verão, será colocada outra roda d`água. 
Notou-se que a roda d`água não tem um giro uniforme e, isto acarreta alterações na 
intensidade de luz nas luminárias. Uma alternativa é carregar uma bateria de automóvel 
durante o dia, porém é necessário produzir no mínimo uma corrente elétrica de 10 A e, com a 
quantidade de motores que colocamos para funcionar, ainda não temos toda esta amperagem. 
 
 
O motor de passo gera corrente alternada, então para transformar em corrente contínua 
é necessário usar um "retificador", o que nada mais é que os quatro diodos (por exemplo, 
1n4007, 1n4001). Cada pólo ainda oscilará de 0V ao máximo de tensão atingida pelo sistema. 
Para diminuir este problema, é necessário adicionar um capacitor eletrolítico que 
acumulará as cargas fazendo com que a oscilação de tensão dos polos diminua. 
Essa atividade, que pode-se dizer, ser artesanal mostra a preocupação do uso e 
conservação da água para um consumo sustentável bem como um melhor aproveitamento de 
lixo eletrônico. 
 
Referências 
Delizoicov, N. Demétrio; Angotti, J. André. Física. Coleção Magistério 2º grau – Série 
Formação Geral. São Paulo, SP: Editora Cortez, 1991. 
 
Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl. Fundamentos de Física – Mecânica. Vol. 1. 
8ª Ed., Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009. 
 
Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl. Fundamentos de Física – Eletromagnetismo. 
Vol. 3. 8ª Ed., Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.