REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10011247
Hitchely Gomes Dias¹
Msc. Marcílio Cunha Nunes²
Resumo
O desenvolvimento de um projeto que aproveite a força da água consumida pelo condomínio para a geração de energia, na qual será armazenada e utilizada na iluminação da área externa no período noturno, reduzindo o consumo elétrico. O projeto baseia-se no hidrômetro, na qual já utiliza a força hídrica para medir o consumo, porém será desenvolvido um dispositivo que utiliza esta mesma força, porém para geração elétrica.
Palavras Chave: Geração Elétrica, Sustentabilidade, Inovação, Água, Economia, Aproveitamento, Força Hídrica, Hidrômetro.
Abstract
The development of this project that harnesses the power of the water consumed by the condominium for power generation, which will be stored in batteries and used in outdoor area to lighting on night time, reducing power consumption. The project are based in the hydrometer, which already use the water power to measure consumption, but we will developed one device that uses this same force to generate electricity.
1. INTRODUÇÃO
Hoje a inovação é necessária para se manter no mercado. Temos uma demanda para o desenvolvimento de novos dispositivos na qual solucionam os novos problemas da atualidade. Uma das novas demandas é a geração de energia pois temos um consumo cada vez maior e um investimento na qual está sempre no limite da nova demanda. Além disto, há uma questão financeira ligada a isso, pois quanto estamos dispostos a pagar por essa nova energia? Esse quesito é muito relevante no meio industrial, porém e o médio e pequeno consumidor? Com a atual demanda energética que um condomínio possui é um valor considerável. Agora se tivermos um equipamento capaz de aproveitar um recurso que temos na grande maioria dos condomínios, a água potável, vindo das concessionárias de serviço público, com custo zero (já que pagamos a água) e um sistema eficiente e que pode ajudar na geração de energia e consequentemente na redução do valor mensal gasto com eletricidade?
Tem se neste quesito, a proposta de um aparelho (hidrômetro adaptado), que aproveita a força da água da rua interligado a um gerador de eletricidade de baixa potência, o suficiente para iluminação externa?
Esta é a proposta deste trabalho, desenvolver um protótipo que consiga gerar energia (através da força de água) para iluminação de uma área externa.
Onde verificaremos se há possibilidade da geração de energia elétrica a partir da força hídrica da rede de água potável fornecida pela concessionária, de forma sustentável, para iluminação das áreas externas de um condomínio.
Como o principal objetivo desta pesquisa é criar um dispositivo através de um gerador de energia elétrica de baia tensão, utilizando a força da agua originaria da concessionaria. Dessa forma, será verificado ao longo deste trabalho se esse dispositivo é capaz de gerar eletricidade aproveitando a força hídrica proporcionando redução de custo de forma sustentável e economicamente viável aos seus consumidores.
2. REFERENCIAL TEORICO
2.1. SUSTENTABILIDADE
A produção de energia é uma problemática que preocupa as entidades do sector que,através do sistema hidroelétrico representa um benefício ambiental importante no apoio ao desenvolvimento sustentável porque não contribui para a depleção da camada de ozono nem para o aquecimento global.
“Ao se pensar em reuso da água, em principio, faz-se uma associação direta com as necessidades de abastecimento domestico, industrial, agrícola e pecuário. Ocorre, entretanto, que o reuso pode ser feito através de outros usos dos recursos hídricos” (MANCUSO,1992)
A energia que utilizamos hoje, grande parte é fornecida através do sistema hidroelétrico. Hoje utilizamos a agua basicamente para o nosso abastecimento diário. A intenção desse trabalho é utilizar o fluxo de agua do próprio abastecimento para geração de eletricidade através da transformação de energia mecânica em elétrica com o intuito de aliviar o fornecimento de energia até a população feita através das usinas hidrelétricas.
“… A utilização da água nas diversas atividades humanas tem consequências muito variadas sobre o corpo d’água. O recurso hídrico pode ser usado com derivação de águas, por exemplo, no abastecimento urbano e industrial, na irrigação, na aquicultura, etc., ou sem derivação de águas como é o caso, em geral, da geração hidrelétrica, navegação fluvial, pesca, recreação, assimilação de esgotos, etc…” (MANAGMENT, et al, 1992).
Tal processo pode significar muito para nós e as futuras gerações, visto que, hoje, já passamos por uma falta de água notável, não só no país, mas em todo mundo. A escassez de água num futuro próximo pode ser um dos maiores problemas do planeta.
Hoje em dia no Brasil, estamos enfrentando uma grande escassez de água, que é desde as nascentes, até as grandes usinas hidrelétricas. Com isso, pode faltar água para abastecimento residencial e atingir as hidrelétricas na parte de geração, o que pode ocasionar também a falta de energia fornecida pelas concessionarias no futuro.
Como uma opção para auxilio é a geração própria de energia elétrica, onde podemos reduzir nossos consumos. A visão do projeto é exatamente atingir as duas partes onde se usa a força da água fornecida pela concessionaria e produzimos nossa própria energia, onde se pode reduzir o consumo energético de condomínios.
Com o sistema funcionando, podemos ter um sistema duplamente sustentável, sendo primeiro na questão da geração (reduzindo a necessidade de construção de hidrelétricas, usinas nuclear) e no consumo de insumos, já que o sistema se utiliza uma potência menor, sendo assim cabos de menor bitola, menos emendas, menos material, o que reduz a extração de matéria prima da natureza.
2.2. Economia
A água é a essência da vida em nosso planeta. Dentre as várias funções que lhe são delegadas, uma delas é a de produzir energia elétrica nas usinas hidroelétrica (lembrando que esta é, apenas, uma das formas de gerar energia elétrica). Sendo assim, quanto maior o consumo de energia elétrica, maior a quantidade de água exigida para a sua geração. Em tempos de escassez de água, a necessidade de economia se faz mais presente. Em nosso país, a produção de energia elétrica a partir de usinas hidroelétricas, chega, segundo alguns especialistas, a 95%. Existem certos elementos utilizados em casa que podem ajudar na geração de energia, reduzindo custos. A pressão da água é um método a considerar.
“… A minha invenção diz respeito a melhorias em turbinas… os melhoramentos descritos no referido pedido, tem referencia a meios para governar a admissão de agua para turbinas-rodas, os ditos meios consistem em uma roda de rotor para maquinas de turbina compreendendo um series rotativamente, pás montados adaptados para variar seus ângulos de entrada e saída por ser rodado e, assim, aterrar as passagens de saída de roda de motor de ambos de acordo com o fornecimento médio.”(KAPLAN 1923).
Em termos financeiros, em alguns lugares já é utilizada a energia solar como fonte de redução de consumo energético, consequentemente uma economia na fatura de energia elétrica. Sendo atualmente o kh/h na concessionária CEMIG está no valor de R$0,38999 uma economia no consumo diário de 5,5 KW/h gera uma economia de R$64 mensais.
2.3. Força da água
Temos na cidade de Belo Horizonte, oscilações no fornecimento hidráulico da concessionária (COPASA). Temos de força mínima de pressão de 15 mca (Metros de Coluna d’água ou 1,5 kgf/cm²) e a pressão limite máxima é de 70 m.c.a (Metros de Coluna d’água ou 7 kgf/cm²), onde, temos em média uma pressão de 17mca até 23 mca para a maioria dos consumidores.
“O conjunto de soluções está voltado para o gerenciamento do controle de pressão na rede tem por objetivo minimizar as pressões no sistema distribuidor e o limite da pressão máxima (70 mca), assegurando os padrões mínimos de pressão de serviço para os consumidores (15 mca).” (Ysnard Ennes, 2003)
Tabela 1. Consumo de água: Ideal (ONU) X Brasil.
| CONSUMO DE ÁGUA | |||
| Por pessoa: | Litros | Dias | |
| Ideal (ONU) | 110 | 30 | |
| Brasil | 200 | 200*5*30= 30000 | |
| Qtd pessoas | Consumo Total (Mês) | ||
| Residencial | 5 | 30000 | |
Fonte: Quadro elaborado pelo próprio grupo, com base nos dados coletados na pesquisa.
Porque escolher o condomínio de prédios ao invés de Residências?
A demanda de água de um condomínio de prédios é extremamente maior do que em uma residência, pelo fato de que o condomínio de prédios seria o conjunto de várias residências, assim a quantidade de fornecimento de água também é bem maior, consequentemente produzira-se mais energia.
Economicamente implantar um sistema em cada residência não seria interessante. Para o condomínio de prédios a implantação do sistema é mais barato porque tem maior demanda e todo o custo será dividido para os demais moradores, e na residência como é só em uma casa o custo ficará mais amargo para o morador.
Outro ponto a ser analisado é que nem sempre haverá pessoas na residência para consumir água, probabilidade que se aumenta quando se trata dos prédios, outro fator que também influencia é a iluminação externa, por exemplo, em uma residência, o gasto com iluminação é pequena se comparada ao gasto com iluminação por parte do condomínio, tendo uma redução de custos para todos os moradores.
2.4. Geração Individual (Micro Geração)
O consumidor brasileiro pode gerar sua própria energia elétrica a partir de fontes renováveis e inclusive fornecer o excedente para a rede de distribuição de sua localidade. Trata-se da micro e da mini geração distribuídas de energia elétrica, inovações que podem aliar economia financeira, consciência socioambiental e autos sustentabilidade. Os consumidores já estão operando como micro e mini geradores no Brasil. A resolução Normativa nº 482/2012 da ANEEL, os micros geradores são aqueles com potência instalada menor ou igual a 100 quilowatts (KW), e os mini geradores, aqueles cujas centrais geradoras possuem de 101 KW a 1 megawatt (MW). As fontes de geração precisam ser renováveis ou com elevada eficiência energética, isto é, com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada.
Devido a dificuldade de geração temos conforme o gráfico abaixo, uma quantidade pequena de micro geradores com apenas 217.
Figura 1. Agentes distribuidores entre os destinos da energia.
Fonte: http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=757
Gráfico 1. Agentes distribuidores entre os destinos da energia.
Fonte: http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=757
Existem pontos a serem seguidos como para modificações na distribuição de energia elétrica. Trabalhos em instalações elétricas, mesmo nas de baixa tensão, devem ser feitos sempre por profissional capacitado e seguindo as orientações da NBR 5410 – Instalações Elétricas de Baixa Tensão.
Os procedimentos devem ser seguidos para que a instalação seja feita de forma segura, sem colocar em risco nenhum indigente, pois, sendo baixa tensão ou não, o risco de curto circuitos podem sim ocorrer, colocando em perigo quem estiver por perto e queimando toda instalação elétrica do projeto.
As instalações devem ser feitas de formas subterrâneas, não impactando no aspecto visual nos condomínios e fora do alcance fácil tanto de crianças como para qualquer outra pessoa não especializada em sistema elétrico.
2.5. Hidrômetro
Hoje no sistema hídrico existe o hidrômetro, que utiliza a força hídrica transformando em força mecânica, neste caso alterando o contador, para medição do consumo.
“Ao entrar no medidor, o fluido é direcionado em um ou mais jatos e aciona a direcionado em um ou mais jatos e aciona a turbina ou hélice, gerando movimentos de ou hélice, gerando movimentos de rotação” (Josias Esmero 2008)
2.6. Gerador
Ligado mecanicamente (através de eixo ou polias), é o responsável por converter energia mecânica (força) em eletricidade, através do principio de Faraday e Henry. A força eletromotriz resulta do movimento relativo que há entre a espira e o campo magnético. A corrente produzida desse modo é alternada. Para se obter corrente contínua, é preciso dotar o gerador de um dispositivo que faça a retificação da corrente, denominado coletor dos dínamos. Pela descrição do princípio de funcionamento dos geradores, vê-se que possuem dois circuitos distintos: o do induzido e o do indutor. No caso do gerador elementar descrito, o induzido seria a bobina móvel e o indutor o campo magnético.
“Em 1831, tanto Michael Faraday, no Reino Unido, como Joseph Henry, nos Estados Unidos, demonstraram cada um a seu modo, mas ao mesmo tempo, a possibilidade de transformar energia mecânica em energia elétrica” (http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagcopel2.nsf%2Fdocs%2F40A0E2ABD99123CF0325740C00496689)
Um gerador elementar de corrente continua idêntico ao gerador de corrente alternada (alternador) com a diferença da tensão de saída. No alternador a saída é alternada. No gerador CC a tensão gerada também é alternada, a diferença se localiza na saída da tensão que é retificada mecanicamente no coletor constituído por duas lâminas seccionadas chamada de comutador. A figura abaixo mostra um gerador de corrente continua elementar.
Figura 2. Gerador de Corrente Contínua Elementar.
Fonte: Apostila da Escola Técnica Eletromecânica da Bahia, Curso de Eletrotécnica: Maquinas e Instalações Elétricas II, EMI 2012.
Tendo-se uma bobina gerando em um campo magnético, as variações de fluxo do pólo norte e do pólo sul sucedem-se na rotação, isso faz com que seja gerado na bobina uma fem. alternada senoidal.
Figura 3. Gerador de corrente contínua elementar.
Fonte: Apostila da Escola Técnica Eletromecânica da Bahia, Curso de Eletrotécnica: Maquinas e Instalações Elétricas II, EMI 2012.
Ficou evidente que é impossível gerar fem (força eletromotriz) contínua diretamente por intermédio de bobinas que giram dentro de um campo magnético. Por esse motivo usa-se um coletor formado por lâminas de cobre isoladas entre si, para retificar a fem. alternada induzida. Como podemos ver na figura abaixo, os terminais da bobina são ligados a dois semicírculos isolados entre si. Dessa forma a escova A será sempre positiva e a escova B sempre negativa, enquanto for mantida a rotação indicada e o sentido do campo magnético. Mesmo quando a parte branca tocar a escova A. A figura abaixo mostra mais detalhadamente o que acontece durante uma rotação completa do rotor.
Figura 4. Funcionamento de um gerador elementar.
Fonte: Apostila da Escola Técnica Eletromecânica da Bahia, Curso de Eletrotécnica: Maquinas e Instalações Elétricas II, EMI 2012.
Posição I – A força eletromotriz induzida é E = 0, pois além das escovas estarem curto-circuitando o coletor, as duas partes da bobina recebem o mesmo efeito do campo magnético.
Posição II – Nesse ponto a bobina girou de 90o e a parte preta que é positiva, corta perpendicularmente o campo magnético, o contato com a escova B, esta será positiva e a fem. induzida será máxima.
Posição III – A bobina girou de 180°, a Fem induzida é E = 0, pois além das escovas estarem curto-circuitando o coletor, as duas partes da bobina recebem o mesmo efeito do campo magnético, sendo, porém, o inverso da posição I. Posição IV – A bobina girou de 270°, assumindo posição oposta a figura do ponto II, e a parte branca que é negativa, corta perpendicularmente o campo magnético, o contato com a escova B, esta será positiva e a fem. induzida será máxima. Posição V – Idêntica à posição I quando o rotor completou um giro de 360°.
Pelo que podemos observar na figura acima, a força eletromotriz induzida faz com que havendo uma carga conectada entre as escovas A e B, a corrente que circularia através da carga seria contínua, porém, pulsativa.
Um gerador desse tipo não teria aplicação prática. O que necessitamos é que o gerador forneça uma tensão com polaridade constante e a amplitude seja aproximadamente constante.
Após a geração, a eletricidade precisa de ser controlada (chaveada e armazenada), para utilização. Neste principio, os relés, chaves, monitores, são necessários e para cada tensão e corrente a escolha das necessidades ideias. Como se trata de baixa tensão em continua são poucos equipamentos necessários, e baixa complexidade.
“…traves de tal metodologia e das técnicas estudadas, e possível discutir e propor uma abordagem alternativa na definição de uma Teoria de Potência Unificada, adequada a condições de formas de onda não-senoidais e/ou assimétricas, bem como propor estratégias de compensação para condicionadores de energia, tais como os Filtros Ativos de Potência. O trabalho também apresenta um breve estudo sobre os controladores digitais necessários à implementação pratica de um filtro ativo de potência, destacando a proposta de um controlador repetitivo para compensação seletiva de harmônicos dominantes, o qual foi avaliado através da implementação de um protótipo de filtro ativo em paralelo com a rede.”( Fernando Pinhabel, 2004).
Existe o outro problema, que é armazenagem da energia adquirida. Se tivermos um sistema convencional com baterias de niquel-cádimo, temos uma perda elevada, e vida curta em ciclos, a tecnologia atual nos permite ter uma bateria de níquel-hidreto metálico. Com maior quantidade de vantagens em relação, as cádimo, é a solução tecnológica conforme artigo:
“As baterias de níquel-hidreto metálico (Ni-MH) podem ser consideradas como as sucessoras das baterias de níquel-cádmio, com a vantagem de não conterem metais pesados tóxicos em sua composição, e de possuírem maior densidade de energia1. Além disso são consideradas ecologicamente mais corretas pois podem reduzir os problemas associados com o descarte de baterias de níquel recarregáveis. … Baterias de níquel-hidreto metálico de grande tamanho estão sendo apreciadas para o uso em veículos elétricos, onde alta energia específica e bom ciclo de vida são requisitos para um bom desempenho”. (AMBROSIO, et al., 2001).
2.7. Manutenção
A manutenção, do sistema por operar com baixa tensão e iluminação de led´s, além de uma durabilidade do sistema, não exige grande flexibilidade dos componentes eletroeletrônicos, o que faz haver uma redução na frequência e no custo da manutenção. Por se tratar de um sistema simples, a mão de obra é reduzida, exigindo somente na implantação um profissional que esteja apto a fazer a instalação de determinados componentes.
“.Outra barreira comum a vários programas de fomento às fontes renováveis está no fato de que as comunidades normalmente não participam do processo de escolha e de inserção da tecnologia que, muitas vezes, está dissociada de seus hábitos de vida e de suas atividades econômicas. Uma experiência bem-sucedida de participação da comunidade no processo de decisão foi desenvolvida na Índia, na região rural próxima à Bangalore. Conjuntos gaseificadores + motores de combustão interna e biodigestores foram introduzidos com o objetivo de viabilizar o bombeamento d’água tanto para irrigação quanto para o consumo humano; orientada por técnicos do Indian Institute of Science, a comunidade escolheu a tecnologia, definiu a sistemática de operação e participa ativamente da operação e da manutenção dos sistemas.”. (Arnaldo Walter, 2003)
2.8. Carga e tipos usados pela Iluminação externa.
A iluminação em condomínios hoje e um problema devido ao seu ao custo onde, a mesma e responsável pelo gasto de 14% das despesas gerais do condomínio. O nosso projeto vem como virtude não somente trocar as lâmpadas que hoje são usadas como as mista, hologêneas ou fluorescente; para as de LED que hoje se encontram como as, mas econômicas e com uma durabilidade de vida útil muito melhor, mesmo seu custo sendo mais elevado temos que a comparação com as outras pelo retorno em anos pode ser muito mais lucrativo.
O nosso projeto vem com a tese não somente de economia de energia pela geração de energia elétrica pelo nosso aparelho mas também uma forma de mudar a carga elétrica na parte de iluminação de uma área externa de um condomínio, hoje uma lâmpada fluorescente normal em toda sua vida útil consome média de 6500W, enquanto uma lâmpada de LED consome 3200W (Fonte Guia de Elétrica 2014 – ed1).
A carga do projeto hoje e uma das primeiras preocupações do grupo, pois a partir dela será feito todo o dimensionamento do projeto onde o mesmo depende, do total da carga para verificar dimensionamentos, como paletas, motores e bancos de baterias.
Figura 5. Eficiência, IRC, e vida útil.
Fonte: A Eficiência energética de condomínios em São Paulo – Ênfase em energia limpa, USP 2011.
3. PESQUISA
No projeto foi desenvolvido um gerador elétrico, de baixa capacidade, para iluminação das áreas externas de condomínios residenciais com 30 ou mais apartamentos. O equipamento é composto de um hidrômetro modificado, pois utilizaremos apenas o princípio de funcionamento do hidrômetro, que transforma a força hídrica em força mecânica e posteriormente em eletricidade. Este projeto é classificado como micro gerador de energia, e conforme pesquisa com um engenheiro eletricista (que será identificado como entrevistado 03), este projeto possui uma normatização da Aneel conforme citado por ele:
“…há uma Resolução Normativa N° 482 de 17 de abril de 2012 e dentro desta norma cita: a micro geração é uma central geradora de energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 100 kW e que utilize fontes com base em energia hidráulica…”
e ainda questionado o entrevistado 03 que trabalha na Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG), sobre a posição da empresa sobre a micro geração, o mesmo falou:
“Para nós quanto mais eletricidade gerada melhor para o sistema, porém para a rede é melhor que seja maior que 10 KW/h.”
e o mesmo ainda completou informando que a empresa possui um setor de Pesquisa e Desenvolvimento, que busca novas formas de geração, ou seja, a mesma ideia deste projeto. O equipamento será instalado na rede de água potável da concessionária do serviço, após um metro e meio do hidrômetro, devido a restrições da concessionária, conforme resposta do entrevistado 01:
“Não se deve instalar o sistema, antes do hidrômetro da concessionária e pode-se instalar o sistema apenas 1,5 metro após o hidrômetro da concessionaria, devido a oscilação e refluxo que pode ter na tubulação. “
Devido a necessidade de força para girar o eletro ventilador, quanto mais próximo da rua melhor, porém como descrito anteriormente, somente 1,5 após o hidrômetro que vai ser instalado o sistema. Este local, foi escolhido devido ao aproveitamento da força hídrica que chega no condomínio, pois a força oscila ao longo do dia conforme resposta de um supervisor da Companhia de Águas e Esgoto de Minas Gerais (COPASA), (que será identificado como entrevistado 01):
“… sistema complexo, pois BH tem um relevo acidentado na qual dificulta a medição precisa, mas o sistema opera entre de 15 a 50 m.c.a. que é dentro dos parâmetros, para rede de distribuição de água potável. No consumidor, temos uma pressão em média de 17 m.c.a à 23 m.c.a.”.
Utilizamos um aparelho capaz de captar a força hídrica e transformá-la em força mecânica, na qual sugeríamos ter o mesmo principio de funcionamento de um hidrômetro (pois o aparelho hidrômetro, já faz uma parte deste processo), foi perguntado a um engenheiro (que será identificado como entrevistado 04), sobre as alterações necessárias para o tal, e a resposta foi:
“Será necessário, pois no hidrômetro o principal objetivo é fazer a medição do consumo de água, enquanto no projeto a principal utilidade será converter as fontes de energia de hídrica para mecânica”.
E aproveitamos a oportunidade para perguntar entre diversos tipos de hidrômetros existentes, qual será o melhor para este projeto, e o mesmo entrevistado 04, nos passou o seguinte:
“…sugerido o Hidrômetro Taquimétrico, pois aproveita toda a energia proveniente da água. No outro modelo disponível (Hidrômetro Volumétrico), não será útil…”
Após a instalação do “hidrômetro” na rede de água, a próxima etapa será a montagem da ligação do elo entre o eletro ventilador e o hidrômetro, para transformar a força hídrica em força mecânica. Então após pesquisas chegamos ao artigo de Lamartine Bezerra LTC, 2005, que escreve:
“Com elementos de máquinas como: correias, correntes, engrenagens, rodas de atrito, cabos de aço, cames, etc., são montados sistemas de transmissão que transferem potência e movimento a outro sistema variando ou não as rotações entre dois eixos”
Após a ligação física com o hidrômetro, foi escolhido como gerador de eletricidade um eletro-ventilador, conforme citado pelo nosso entrevistado 04:
“. …para o projeto de vocês o melhor será o eletro-ventilador devido à baixa corrente necessária, pela facilidade de partida e também pelo tamanho do eletro ventilador que ocupa menos espaço.”
O eletro ventilador gera corrente continua, que conforme o entrevistado 03 é o mais adequado para o projeto:
“É recomendado a corrente continua, pois evita a perda de eletricidade com converter e desconverter a energia.”.
Outra vantagem da escolha do eletro ventilador é a partida da inércia, conforme entrevistado 03:
“Um gerador pequeno não necessita de muito torque, portanto necessitamos de uma pressão significativa de (1,1 kgf) para excitar o gerador.”
Com base nestes dados citados acima o entrevistado 03, que fez as contas e concluiu que após começar a girar, o eletro ventilador precisa de pouco torque para se manter em movimento, conforme fala:
“Após rotacionado, a pressão mínima cai para em média 0,4kgf…”.
Este sistema gerador operando, consegue produzir uma quantidade pequena de eletricidade, e conforme o entrevistado 04:
“A energia gerada será de 12 à 13,8 Volts de tensão e 0,5 à 1 ampere de corrente. No pico o sistema consegue gerar 4 amperes de corrente (com a força e consumo hídrico máximo)”.
O entrevistado fez questão de citar que:
“Em todas as formas de conversão há uma perda de energia. Porém não será possível aproveitar toda a força de água, devido às características do liquido e da difícil captação de toda força que passar pelo aparelho”.
Com essa parte, a instalação de geração elétrica do sistema está concluída, porém o projeto proposto vai além da geração e propõe uma redução do consumo de eletricidade com a utilização da energia gerada para a iluminação externa do condomínio. Então com base nisto, temos que levar a energia produzida e armazenar até o momento da utilização e fazer o controle da mesma. Após a geração, vamos utilizar cabos 8mm (valor retirado de http://www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/fio.htm) até o circuito de controle da eletricidade gerada e também para controlar o consumo da energia, devido a isso foi perguntando ao entrevistado 03, se tínhamos todo o material necessário para fazer o controle dessa energia, e a resposta foi:
“Hoje já está disponível no mercado, os materiais necessários para efetuarem a montagem deste projeto.”
No controle foi utilizado uma caixa de comando, onde será instado displays de tensão para medição entrada e saída, chave de liga/desliga também no setor de entrada e saída, um modulo de controle que possui as funções de receber a energia proveniente do bloco gerador, controle da bateria (carga e regulação de tensão) e saída de energia para o sistema. Entre diversos modelos de baterias disponíveis, foi escolhido um modelo com as características em conformidade com a necessidade do projeto, onde o entrevistado 03 fez a seguinte afirmação:
“É recomendado uma bateria tipo DeepCycle ou bateria de ciclo profundo, que é uma bateria já consolidada no mercado, sendo utilizada por outros setores de geração como a solar e a eólica, portanto a melhor disponível no momento”
e o entrevistado 03 ainda sugeriu um especifica para este projeto:
“A bateria de 12 Volts e no mínimo de 36 Ah”.
No controlador de eletricidade, tem o conector para a saída 12V, nesta saída será realizada uma derivação para atender as demandas do condomínio, pois conforme uma pesquisa feita com o síndico (aqui citado como entrevistado 02), o mesmo passou a informação, que um condomínio nestes moldes (mais de 30 apartamentos), geralmente possui uma área externa maior, e que para gerenciar a iluminação externa ele utiliza um temporizador com hora marcada para ativar e desativar a iluminação externa, porém o mesmo também dispõe de uma parte ativada manualmente, conforme citado por ele:
“…aqui usamos um sistema automático, com o auxílio de um aparelho de timer, na qual está programado para ligar as 18 horas e desligar as 6 da manhã. Sendo que usamos este sistema apenas nas áreas na qual temos o trânsito de pessoas (caminhos que levam a portaria ou áreas de convivência). Nas demais áreas são acionadas manualmente devido ao pouco movimento e trânsito de pessoas…”.
Devido a essa característica deste condomínio (que foi escolhido como base desta pesquisa), essa derivação tornou-se peculiar, e por isso este projeto de estudo, será flexível para atender as peculiaridades de cada condomínio, inclusive foi perguntado ao entrevistado 04, sobre este ponto na qual o mesmo falou:
“Devido a quantidade de condomínios, tipos de prédios e diversidades de execução e dimensionamento, é recomendado o desenvolvimento personalizado de um projeto para cada necessidade.”
Após a derivação cabos de 2,5 mm farão o transporte da eletricidade gerada/armazenada, para as luminárias, que serão substituídas, pois conforme entrevistado 02 informa, no condomínio é usado algumas lâmpadas de grande consumo:
“Tenho diversos tipos de lâmpadas. Nos balizadores tenho lâmpadas fluorescentes compactas, nos refletores tenho lâmpadas halógenas e luz mista. Nas lâmpadas de fluorescentes duram 6 meses, os demais 3, 4 meses.”
Aproveitando os comentários dele, ele citou a durabilidade das lâmpadas, que além do custo de substituição, poluem o meio ambiente (no descarte, pois as fluorescente compacta contém mercúrio internamente), demandam matéria prima para produção (extração mineral e energia para produção), entre outros, por isso foi pesquisado uma lâmpada para substituir essas, e conforme entrevistado 03 nos informou
“Devido à baixa tensão gerada e um consumo baixo, a recomendação é luz de LED, que tem uma durabilidade aproximada de 20000horas, contra 1000 de uma lâmpada incandescente normal”.
Além da durabilidade, a tensão e consumo reduzido (também citados pelo entrevistado acima), o led é uma fonte muito boa de luz, inclusive, pois o mesmo raramente queima, porém com o passar do tempo, vai perdendo força de iluminação, ficando cada vez mais fraco até não emitir mais luz. A baixa tensão/corrente do sistema, é uma característica que por enquanto, não permite a utilização de outros dispositivos ligados, como por exemplo, ligar uma televisão, e foi questionado ao entrevistado 03, sobre a mesma pergunta, na qual ele nos informou que:
“Devido à baixa tensão e dimensionamento da rede, não é recomendado instalar outros tipos de equipamentos na distribuição elétrica.”
Então por enquanto não vai ser possível utilizar a energia para outros fins, porém dependendo do condomínio, talvez (devido as particularidades de cada um), possamos estender o projeto para outros segmentos de iluminação, como de áreas comuns (corredores, hall, portaria) e também para as garagens, aumentando a economia de energia, quando sustentável. Para efeito de comparação, foi questionado ao entrevistado 02, quando o condomínio gasta em média com a iluminação, e o mesmo nos informou o seguinte:
“Temos um gasto aproximado de 560 KW/h/mês com iluminação externa”
Se fizermos uma conta rápida R$0,37 * 560 KW, é um valor de R$207 por mês somente com iluminação. E esse valor poderia ser revertido para os condôminos em forma de mais serviços oferecidos pelo condomínio (academia, brinquedos…) ou mesmo na redução do valor do condomínio mensal, sem contar na parte sustentável do projeto, pois menos demanda por energia elétrica, menos hidrelétricas / termo elétricas / usinas nucleares, são necessárias para geração de eletricidade, principalmente como amplamente divulgado pela imprensa, sobre os baixos níveis das hidrelétricas que fazem o consumo das termo serem utilizadas no máximo, e entre essas termo elétricas algumas utilizam óleo e carvão, que são poluidores e matérias primas caras. Por este sentido, foi questionado ao entrevistado 03 sobre a sustentabilidade do projeto na qual o mesmo:
“Entre vários motivos, temos em especial: menos necessidade de hidrelétricas, nucleares e principalmente das termo elétricos que poluem o meio ambiente. Outro ponto é que podemos destacar, é a questão de usar lâmpadas de maior duração, que reduz o gasto com matéria prima para fazer novas lâmpadas.”
Este projeto possui todos os requisitos necessários para ser viável (economicamente, financeiramente, da tecnologia utilizada e principalmente sustentável), pontos estes que são extremantes necessários na atual situação da humanidade e possível de execução em diversos condomínios que são cada vez mais comuns nas grandes cidades e até mesmo no interior.
4. CONCLUSÃO
O Brasil ainda engatinha na produção de energia elétrica sustentável ou “limpa”, projetos como o (HIDROWATTS) não tem uma grande visibilidade devido ao seu alto custo e desafios que são impostos durante a jornada de criação dos mesmos. Hoje em dia a geração energia e uma grande preocupação para todos os governos e entidades comerciais que necessitam tanto da energia elétrica como da água que temos cada vez mais escassa. Com uma visão inovadora e atuante, pensando cada dia mais na sustentabilidade do mundo, e no aproveitamento de água, e sempre lembrando que como futuros engenheiros eletricistas devemos nos preocupar com o futuro das pessoas e de nossas fontes de abastecimento, pensando neste nicho da falta de inovações na geração de energia nos propusemos a fazer um aparelho que tem seu princípio de funcionamento nas hidrelétricas, um aparelho que irá aproveitar a força gerada pela água da concessionária (COPASA – Empresa de abastecimento de água em minas gerais, foi usada como estudo devido o projeto ser feito no próprio estado), e irá transforma-la em energia elétrica, de tal modo a aproveitar a força que hoje já e paga pelo usuário. O nosso principal foco foi trabalhar em grandes condomínios onde a força das águas e bem maior e assim podemos ter quase 100% de aproveitamento, atentando a atingimos uma potência acumulativa bem maior para podermos ter uma maior carga e maior durabilidade de horas na energia gerada. Junto ao nosso projeto acrescentamos também o fato de redimensionar a iluminação da área externa dos condomínios onde optamos por lâmpadas de LED 12V, que tem um menor consumo de energia em comparação com as mais diversas lâmpadas já existentes hoje no mercado, e com isso teremos um melhor aproveitamento também da energia que está sendo armazenado em nosso banco de baterias durante todo o dia.
Iniciativas como estas demonstram que é possível produzir energia elétrica de forma sustentável, sem reduzir o crescimento econômico, um dos pilares da Conferência Rio +20.
Depois de muitos estudos e testes chegamos a um protótipo do que seria o “HIDROWATTS” um aparelho que conseguiu capta a força d’água onde o mesmo, gerou uma tensão de 12V onde conseguimos alimentar um balizador com entorno de 25 LEDS, além de projetarmos a entrada para podermos utilizarmos um inversor de frequência onde o mesmo será utilizado para transformar a tensão de 12V para 127V para adaptação de aparelhos que não tem como ser diminuído a tensão. Além desta adaptação chegamos à conclusão que o “HIDROWATTS” não terá um formato padrão somente o seu princípio de funcionamento será padrão para todos os tipos de condomínio, mais as suas dimensões e modo de adaptação será de acordo com cada condomínio, onde teremos que estudar a tubulação e a área de instalação do aparelho, devido ao mesmo ter que ser redimensionado. Outro ponto estudado foi a viabilidade econômica do projeto, pois o mesmo não trará retorno equivalente a instalação de imediato, a economia será de acordo com o tempo de modo a ver a diminuição no valor da conta de energia elétrica com um prazo de 6 meses a 1 ano. Outra parte que foi pensada no projeto foi a sua manutenção, onde procuramos monta – ló de tal forma a nos preocuparmos com a sua viabilidade de manuseio e reparo de todas as partes do projeto.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Kenneth R. Broome, HowardA. Mayo, Jr. – Unidade geradora-driven Waterwheel EUA 5440175 A. – 2004.
Renato Canha Ambrosio e Edson Antonio Ticianelli – Baterias de níquel-hidreto metálico, uma alternativa para as baterias de níquel-cádmio – 2001.
De Bona, Felipe Samuel, and DR ERNESTO RUPPERT FILHO. As microturbinas e a geração distribuída – 2003.
Bezerra, U. H., et al. “Desenvolvimento do Protótipo de um Instrumento para o Monitoramento da Qualidade de Energia Elétrica de uma Concessionária de Energia Elétrica.” Congresso de Inovação Tecnológica em Energia Elétrica–I CITENEL. Brasília. 2001.
Ambrosio, Renato Canha, and Edson Antonio Ticianelli. Baterias de níquel-hidreto metálico, uma alternativa para as baterias de níquel-cádmio. 2001.
ARAÚJO, Márcio Augusto. A moderna construção sustentável. IDHEA-Instituto para o Desenvolvimento da Habitação Ecológica. 2008.
Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e o Desenvolvimento. Agenda 21, Capítulo 18. Protection of the quality and supply of freshwater resources: Application of integrated approaches to the development, managment and use of water resources, 1992.
V. KAFLAN TURBINE Filed sept. 1, wwf-ey 2 Mtnesse J7/venian Y l /MM- 1923
Souza, Olimar Carlos, et al. Estimativa Da Demanda E Da Oferta De Recursos Hídricos Para O Ano De 2015, Frente Às Perspectivas De Evolução Demográfica E Econômica No Estado Do Paraná Estimate Of Demand And Supply Of Water Resources For The Year 2015 Outlook To Front Of Economic And Demographic – 2013.
Profa. Dra. Suani Teixeira Coelho; Msc. Sílvia Maria Stortini González Velázquez; Orlando Cristiano da Silva; Vanessa Pecora; Eng. Fernando Castro de Abreu – 2006.
URZÊDA, Claiton Cesar de. Software scada como plataforma para a racionalização inteligente de energia elétrica em automação predial. 2006. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade de Brasília, Brasília, 2006.
ANEXOS
PERGUNTAS FEITAS AOS ENTREVISTADOS:
1. Quais são os horários de maior fornecimento de água?
2. Qual é a vazão mínima, média e máxima fornecida durante um dia (24 horas)?
3. Como será o processo de acendimento do sistema de iluminação externa de um condomínio?
4. Quais são os tipos de lâmpadas mais utilizados em áreas externas de um condomínio e qual a vida útil (horas) dessas lâmpadas?
5. Qual tipo de lâmpada é ideal para esse sistema (hidrômetro/gerador) e qual a vida útil (horas) dessas lâmpadas?
6. Quais são as exigências das normas de engenharia para padronização de um sistema de iluminação de áreas externas de um condomínio? Ex.: nº lâmpadas por m².
7. Qual é o consumo de kWh de um condomínio com a iluminação externa?
9. Qual será a força necessária da água para alimentar esse gerador?
10. Durante o período de fornecimento mínimo, qual será a corrente gerada pelo sistema? E qual a corrente será gerada durante o período de fornecimento máximo (pico)?
11. Qual a força hídrica necessária para vencer a inércia do motor, e fazer o gerador funcionar?
12. Qual o melhor tipo de gerador a ser utilizado em relação a força de pressão (alternador, dínamo, eletro-ventilador)?
14. A base do projeto será o hidrômetro, será necessário ser modificado ou apenas adaptar?
15. O aproveitamento da força da água será total ou haverá perda?
16. Há algum projeto semelhante, caso afirmativo, quais?
17. Qual o custo total do projeto?
18. Qual a redução financeira da conta energética do condomínio?
19. Existe hoje os equipamentos necessários para controlar essa energia?
20. Onde será armazenada a energia produzida pelo sistema, até o período de utilização?
21. Porque uma redução no consumo elétrico pode ser classificada como sustentável?
22. Há algum impedimento de instalação em relação a tubulação em virtude da força da água?
23. Entre os tipos de hidrômetros, disponíveis qual o melhor para o desenvolvimento do projeto?
24. A manutenção do sistema após a instalação será fornecida pela empresa ou pelo condomínio?
25. O projeto será padrão ou personalizado para cada condomínio?
26. O ar presente na tubulação da concessionária atrapalha ou interfere no sistema?
27. Há alguma regulamentação que se deve seguir na produção de energia elétrica?
29. Para a concessionária a alguma imposição sobre a implantação do sistema?
30. Qual será o tipo de corrente produzida. Alternada ou Continua?
31. Qual o diâmetro mínimo das tubulações para a implantação do projeto?
33. Qual o tipo de bateria que se enquadra melhor neste projeto?
35. Na utilização do sistema, haverá algum tipo de perda de energia, entre a geração e o consumo final?
36. O sistema pode ser utilizado para alimentar outros equipamentos?
¹Hitchely Gomes Dias
Centro Universitário de Belo Horizonte, Belo Horizonte, MG.
E-mail: hitchely@hotmail.com
²orientador, e-mail: marcilio.nunes@prof.unibh.com.br;