Mini Casa Sustentável MDF – Ponte Retificadora com Mini Gerador Brushless

A Mini Casa Sustentável é um projeto de iluminação com gerador Brushless que dispensa a utilização de pilhas, baterias e demais elementos de alimentação direta e possibilita a produção de energia através de uma força mecânica aplicada.

A força mecânica é produzido com o girar de uma manivela e a estimulação do Mini Gerador Brushless associado aos demais componentes necessários, proporciona ao circuito, uma tensão de 5V suficiente para alimentar junto do respectivo resistor, os LEDs posicionados em cada cômodo.

Lembramos que o projeto não está associado a nenhum elemento de carga, então os LEDs ficam acesos apenas enquanto a manivela estiver trabalhando e após, diminuem seu brilho gradativamente graças ao capacitor. Veja este GIF que nos dá uma noção do funcionamento da Mini Casa:

Este é um projeto de eletrônica que sai um pouco da linha de artigos que estávamos acostumados a ver até então, que eram mais focados na programação e robótica, espero que todos gostem e comentem o que acharam ao final.

 

Mini Gerador Brushless

Os motores Brushless foram desenvolvidos a partir de motores DC convencionais e semelhantes aos motores síncronos de corrente alternada, a principal diferença entre eles é que os motores síncronos desenvolvem um campo eletromagnético sinusoidal traseiro, enquanto que o motor Brushless exerce um campo eletromagnético retangular ou trapezoidal traseiro.

O Motor Brushless trabalha com um campo magnético rotativo criado pelo extrator, que produz torque através de um rotor magnético, a sua velocidade não é fixa, podendo ser variada através dos devidos dispositivos de controle.

Mas uma peculiaridade do Motor Brushless, é a sua capacidade de também trabalhar como gerador de energia, então ao girar o seu eixo, conseguimos também produzir energia entre seus fios de controle. De modo geral, ao alimentar o motor ele produz movimento, mas ao movimentá-lo através de processos mecânicos, conseguimos gerar energia.

Considerado um elemento de energia renovável, o Gerador Brushless é amplamente utilizado em diversos projetos de sistemas autossustentáveis e também aplicado em diversos produtos como lanternas a manivela e dispositivos de carga rápida.

Desenvolvido com base no funcionamento de um motor com caixa de redução, o Mini Gerador Brushless possui associado ao eixo do motor um sistema de engrenagens que visa intensificar as rotações e amplificar a energia mecânica.

Na teoria, ao mover a engrenagem, os fios do gerador fornecem em sua saída, uma corrente trifásica de Corrente Alternada, incompatível com os dispositivos eletrônicos que normalmente trabalham apenas com Corrente Contínua.

 

Retificadores

Os circuitos retificados possuem a função de convertes correntes alternadas em correntes contínuas e por isto são popularmente conhecidos como conversores AC-DC. A estrutura de funcionamento dos circuitos retificadores tem como base o chaveamento, ou seja, o corte e condução de tensão dentre as chaves. Dentre os componentes normalmente utilizados, destacamos os diodos, os tiristores e os transistores.

De modo geral, os circuitos retificadores trabalham com dois circuitos específicos, ou circuito monofásico, ou circuitos trifásicos, dependendo da necessidade de aplicação, mas ambos possuem a mesma função, remover ou transformar a onda negativa da fonte alternada para converter a tensão de saída.

 

Retificadores Monofásicos

Dentre as diversas topologias possíveis para o circuito retificador monofásico, podemos destacar os circuitos de meia onda e o circuito de onda completa, que se diferencial principalmente pelo modo de ligação e o modo de saída da onda.

No retificador de meia onda, a Onda AC é interrompida sempre que chega em 0V e ao invés de alcançar os valores de tensão negativa, mantem-se em 0 até o próximo disparo onde volta a possui valores positivos e assumir a parte superior do gráfico, veja na imagem abaixo:

Já no retificador de Onda Completa, o processo é semelhante, porém ao invés de manter o valor negativo em 0, os transistores convertem este valor em positivo, deixando de assumir a parte inferior do gráfico e assumindo a parte superior, assim como podemos ver na imagem abaixo:

Desta forma, conseguimos fornecer à saída do retificador sempre uma tensão positiva, mas não exatamente contínua e para resolvermos este problema e deixarmos a saída o mais contínua possível, utilizamos um capacitor para manter a tensão em seu maior valor.

Note que com o capacitor, o formato da onda se aproxima muito de uma tensão contínua e isto ocorre através da sua capacidade de se carregar e descarregar, também conhecida como Ripple, de tal forma que possibilita sempre manter a tensão em um valor mais próximo do limite máximo.

 

Retificadores Trifásicos

Os retificadores trifásicos se diferenciam dos monofásicos principalmente pelo número de chaves atribuídas, enquanto que um retificador mono normalmente possui apenas 4 diodos, por exemplo, um retificador trifásico possui 6 diodos.

Outra diferença está na quantia de entradas de sinais de tensão, uma vez que possui três ondas distintas para serem interpretadas e convertidas pelo retificador, assim como podemos ver no esquema abaixo:

Com um espaçamento bem menor do que os obtidos nos transistores monofásicos, as ondas trifásicas possuem um sinal mais filtrado e quase não precisam de capacitores para executar o Ripper, já que ao aplicarmos o Transistor de Onda Completa, nossa onda ficará da seguinte forma:

Como vemos no gráfico acima, as ondas estão muito próximas e facilmente conseguimos identificar uma continuidade da tensão elevada, o que poderia dispensar o uso de um capacitor, mas que ainda é muito útil para melhorar ainda mais a qualidade da tensão DC de saída.

 

Produtos Utilizados no Projeto:

– 1 Estrutura em MDF para Mini Casa Sustentável DIY;
– 1 Rolamento com Flange F623zz (3x10x4);
– 1 Cabo Flexível TiaFlex 5m Fio 0,14mm² – Vermelho;
– 1 Cabo Flexível TiaFlex 5m Fio 0,14mm² – Preto;
– 1 Mini Gerador Brushless de Energia MG10;
– 1 Capacitor Eletrolítico 1000uF 16V;
– 1 Kit com 10 Resistores 560R 1/4W;
– 1 Kit com 10 Parafusos Philips M3 x 6mm Metálicos;
– 1 Kit com 10 Porcas M3 x 2,4mm Metálicas;
– 1 Kit com 10 Diodos Retificadores 1N4007;
– 1 Kit com 10 Parafusos Philips M3 x 30mm Metálicos;
– 1 Kit com 5 Espaçadores Plástico Liso 11mm em Nylon Sem Rosca;
– 5 Leds Brancos de Alto Brilho 5mm.

 

Desenvolvimento da Mini Casa Sustentável

A Mini Casa Sustentável é um protótipo de uma casa que conta com 5 LEDs, um para cada cômodo e que são alimentados através de um Mini Gerador Brushless. Como já vimos anteriormente, o gerador em questão possui uma saída de energia AC e por isto não é compatível com nenhum projeto de energia DC.

Com uma tensão AC relativamente baixa para este tipo de energia, mas com uma potência relativamente considerável, a única opção que temos para utilizar o Brushless em nosso projeto é convertendo sua energia para DC, ou seja, utilizarmos um retificador.

O Mini Gerador Brushless da Usinainfo possui três fios de saída, ou seja, três ondas distintas que fazem necessários o desenvolvimento de uma ponte retificadora trifásica, assim como a mostrada abaixo:

Na imagem conseguimos observar 6 diodos, 1 capacitor e 1 resistor, nos esquemas de ligação das pontes retificadoras monofásicas é normal incluirmos capacitores para auxiliar o Ripple, porém na Mini Casa Sustentável este não é o caso.

Como vimos anteriormente, o retificador trifásico de onda completa agrupa as ondas senoidais de forma que tornem-se quase contínuas, dispensando o capacitor para a função Ripple e sendo utilizado para armazenar energia aos LEDs, trazendo um efeito de desligamento gradual e não súbito, descarregando a energia.

Por vezes é difícil entendermos exatamente como funcionam os esquemas elétricos, por isto disponibilizo abaixo os componentes devidamente soldados e o modo em que estão dispostos na Mini Casa Sustentável.

Lembrando que para esta ligação, cortei os componentes e organizei eles de forma a melhor os otimizar, mas se preferirem, é possível realizar a solda dos mesmos da forma natural enviada.

Quanto aos fios do mini gerador, eles não possuem uma ordem de ligação, apenas precisam estar instalados, um em cada ligação em série de diodos, mas lembre que os demais componentes utilizados, exceto o resistor, possuem polaridades e estas devem ser respeitadas na instalação.

Este é um projeto relativamente simples de se fazer, o mais complicado é organizar os fios todos na parte interna, uma vez que se utilizarmos as saídas e levarmos os fios para a parte externa, os mesmos irão enroscar na manivela localizada na parte de trás.

Como podemos ver, todos os fios foram retirados da parte interna abaixo da manivela, sendo que no lado de fora, todos os fios positivos (VCC) dos LEDs foram interligados entre si e todos os fios negativos (GND) dos LEDs foram interligados entre si e soldados na saída do retificador.

Para simular as lâmpadas de uma casa, os LEDs foram instalados na parte superior de cada cômodo da Mini Casa MDF e interligados através de uma ligação em paralelo, desta forma, todos os dispositivos luminosos serão ligados ao mesmo tempo quando girada a manivela.

Veja na imagem acima da Mini Casa Sustentável que a forma de fixação do Mini Gerador Brushless e o modo de instalação das porcas, que foram instaladas na parte de dentro da residência para não atrapalhar a função mecânica do projeto.

Os fios da Mini Casa Sustentável são levados de um cômodo ao outro através dos devidos locais instalados em sua estrutura

 

Conclusão sobre a Mini Casa Sustentável

O projeto da Mini Casa Sustentável foge um pouco do que estamos normalmente acostumados a ver, uma vez que possui seu funcionamento independente de um Arduino ou qualquer outro microcontrolador, assim como não necessita de nenhuma fonte de alimentação e pode ser utilizado em qualquer ambiente ou condição.

O conceito eletrônico pode ser novo, mas é de fácil compreensão, sendo que qualquer um pode desenvolver tal projeto, só é necessário um nível baixo de soldagem para a interligação dos componentes e do Mini Gerador Brushless.

Você gostou deste projeto e deste novo segmento de eletrônica aplicado? Deixe seu comentário abaixo e compartilhe comigo as suas experiências. Até a Próxima!