Estudo comparativo entre alternadores e motores

[consultor]

este é um estudo comparativo entre os diversos processos de gerar energia eléctrica a partir da energia do vento.

não é da minha autoria mas baseado num belissimo estudo, no link:

http://www.otherpower.com/otherpower_wi ... ators.html

é conveniente consultá-lo pois as figuras são elucidativas.


assim, apresentam-se as vantagens e desvantagens dos seguintes equipamentos:

1 - alternadores de carro ou camião não modificados
2 - alternadores de carro ou camião modificados com imans permanentes
3 - alternadores construidos de raiz com imans (home made)
4 - motores de indução modificados com imans
5 - motores de corrente contínua
6 - motores de corrente contínua sem escovas
7 - motores de indução trifásicos



1 - alternadores de carro ou camião não modificados.

vantagens: baratos, fáceis de obter, já montados,

desvantagens: para obter a potência nominal necessário altas rotações com multiplicação por rodas dentadas ou correias, os anéis colectores precisam manutenção

rendimento: pobre

a multiplicação de rotações tem um rendimento miserável, são necessários 2 amp à partida para magnetização do rotor, essa magnetização trava a rotação do rotor (efeito de "cogging") dificultando e muito o arranque das pás com pouco vento. este defeito pode ser minimizado se for usada electrónica para ligar a excitação do rotor só depois das pás estarem a rodar.

sem modificações são raramente usados



2 - alternadores de carro ou camião modificados com imans permanentes
vantagens: baratos, fáceis de obter

desvantagens: altas rotações necessárias com multiplicação por rodas dentadas ou correias, rotor precisa ser maquinado num torno mecânico para alijar os imans

rendimento: aceitável

o problema da multiplicação de rotações mantem-se, mas os imans permanentes colados em cima dos dedos do rotor fazem o papel da excitação. é necessário dispôr de um torno mecânico para cortar no rotor o espaço suficiente para inserir os imans. é uma operação difícil, o rotor é muito duro, gastam-se 2 a 3 ferros de corte durante a operação.
é mais fácil e o rendimento final é melhor se fôr removido todo o rotor e maquinado um cilindro em alumínio para o substituir. os imans são colados sobre o alumínio.

outra modificação adicional possível é rebobinar o estator com fio mais fino e maior quantidade de espiras. o resultado é gerar as mesmas tensões mas a mais baixa rotação.

mais info ver o link:
http://www.windstuffnow.com/main/gm_alt_mod.htm



3 - alternadores construidos de raiz com imans

vantagens: baixo custo por watt de saída, alta eficiência, grande potência, construção extremamente robusta

desvantagens: dão trabalho a fazer, projecto complicado, torno mecânico necessário

rendimento: bom

existem projectos muito bem feitos, todos derivados do projecto do escocês hugh piggot. obtem-se facilmente uma carga de 60 amp sobre uma bateria de 12 volt (cerca de 800 watt) com pás de 2 metro de diâmetro.

veja-se, por exemplo, o seguinte link:
http://www.otherpower.com/20page1.html
http://www.otherpower.com/20page2.html
http://www.otherpower.com/20page3.html


como comentário a este projecto eu melhoraria o rendimento inserindo conjuntos de ferros "i" de transformador no interior das bobinas, não percebo como ainda niguém se lembrou disso.


4 - motores de indução modificados com imans

vantagens: baratos, fáceis de obter e converter, bom rendimento a baixa rotação

desvantagens: potência de saída limitada pela resistência interna, ineficiente a altas rotações, precisam de ser maquinados em torno mecânico

rendimento: ok

motores de indução, também chamados de campo girante ou gaiola de esquilo, sejam monofásicos ou trifásicos podem dar bons alternadores sem muito trabalho. estão neste caso os motores de máquinas de lavar, bombas de tirar água, etc. geram corrente alternada, se fôr necessário corrente contínua têm de levar um bloco de diodos de potência.

é necessário tornear uma parte do rotor para colar imans permanentes em seu lugar. para isso é preciso ter acesso a um torno mecânico. obter estes imans com a forma correcta é normalmente um problema.

o rendimento é bom só para pequenas potências, porque é limitado pela resistência interna dos bobinados. é melhor obter versões americanas destes motores, para 110 volt, pois para a mesma potência os bobinados têm 4 vezes menos resistência.

para a transformação ver o seguinte link:
http://www.otherpower.com/otherpower_ex ... nvert.html



5 - motores de corrente contínua

vantagens: simples, já pré-montados, alguns são bons a baixa rotação

desvantagens: precisam muita manutenção, alguns não são bons a baixa rotação, para grandes potências sâo difíceis de encontrar, os de pequena potência são altamente ineficientes

rendimento: pobre ou aceitável

encontram-se por vezes em passadeiras rolantes com variação de velocidade ou aspiradores industriais, têm de ter imans permanentes e geram directamente corrente contínua. o seu ponto fraco é o colector e as escovas, têm rápido desgaste.

um exemplo já foi apresentado neste forum, mas ver o link:
http://www.velacreations.com/chispito.html



6 - motores de corrente contínua sem escovas

vantagens: excelentes alternadores

desvantagens: só se encontram para baixas potências

rendimento: bom

são motores de corrente contínua em que a comutação dos polos não é feita por um colector com escovas, mas sim electrónica com transistores e sensores magnéticos de efeito hall. os polos bobinados são fixos e o rotor é um cilindro com imans permanentes com os polos virados para dentro, que roda no exterior do estator

pequenas versões encontram-se nos motores dos discos rígidos ou dos leitores de cd/dvd-rom. note-se que geram corrente alternada.




7 - motores de indução trifásicos

é possível usar um motor de corrente alterna trifásico como alternador, mas necessita electrónica de controle e velocidade constante, o que não é o caso dos geradores eólicos, por isso é normalmente usado nas micro-hídricas.
quem quiser saber mais sobre este assunto deve consultar o livro "motors as generators for micro-hydro" de nigel smith. eu gostava de ler este livro.


conclusão final:

se se pensar que a tensão gerada varia com a velocidade do vento, poderemos ter 20 volt com pouco vento ou 80 com vento muito forte. só graças ao efeito de autolimitação dos alternadores se consegue carregar baterias de 12 volt com equipamentos destes.

na verdade o que seria ideal era ter um conversor com entrada de 20 a 80 volt contínuos e saida 220 a 50 hz sincronizados com a rede para vender energia.
vou puxar pela prancheta de desenho e qualquer dia pespego aqui um.

[adilsonkrest]

muito obrigado colega , era exatamente o que eu queria fazer, colocar os neodimio naquele alternador automotivo, com aquele link com fotos ficou facil, facil, e tenho a possibilidade de ter torno mecanico .....um abraço...

[adilsonkrest]

este é um estudo comparativo entre os diversos processos de gerar energia eléctrica a partir da energia do vento.

não é da minha autoria mas baseado num belissimo estudo, no link:

http://www.otherpower.com/otherpower_wi ... ators.html

é conveniente consultá-lo pois as figuras são elucidativas.


assim, apresentam-se as vantagens e desvantagens dos seguintes equipamentos:

1 - alternadores de carro ou camião não modificados
2 - alternadores de carro ou camião modificados com imans permanentes
3 - alternadores construidos de raiz com imans (home made)
4 - motores de indução modificados com imans
5 - motores de corrente contínua
6 - motores de corrente contínua sem escovas
7 - motores de indução trifásicos



1 - alternadores de carro ou camião não modificados.

vantagens: baratos, fáceis de obter, já montados,

desvantagens: para obter a potência nominal necessário altas rotações com multiplicação por rodas dentadas ou correias, os anéis colectores precisam manutenção

rendimento: pobre

a multiplicação de rotações tem um rendimento miserável, são necessários 2 amp à partida para magnetização do rotor, essa magnetização trava a rotação do rotor (efeito de "cogging") dificultando e muito o arranque das pás com pouco vento. este defeito pode ser minimizado se for usada electrónica para ligar a excitação do rotor só depois das pás estarem a rodar.

sem modificações são raramente usados



2 - alternadores de carro ou camião modificados com imans permanentes
vantagens: baratos, fáceis de obter

desvantagens: altas rotações necessárias com multiplicação por rodas dentadas ou correias, rotor precisa ser maquinado num torno mecânico para alijar os imans

rendimento: aceitável

o problema da multiplicação de rotações mantem-se, mas os imans permanentes colados em cima dos dedos do rotor fazem o papel da excitação. é necessário dispôr de um torno mecânico para cortar no rotor o espaço suficiente para inserir os imans. é uma operação difícil, o rotor é muito duro, gastam-se 2 a 3 ferros de corte durante a operação.
é mais fácil e o rendimento final é melhor se fôr removido todo o rotor e maquinado um cilindro em alumínio para o substituir. os imans são colados sobre o alumínio.

outra modificação adicional possível é rebobinar o estator com fio mais fino e maior quantidade de espiras. o resultado é gerar as mesmas tensões mas a mais baixa rotação.

mais info ver o link:
http://www.windstuffnow.com/main/gm_alt_mod.htm



3 - alternadores construidos de raiz com imans

vantagens: baixo custo por watt de saída, alta eficiência, grande potência, construção extremamente robusta

desvantagens: dão trabalho a fazer, projecto complicado, torno mecânico necessário

rendimento: bom

existem projectos muito bem feitos, todos derivados do projecto do escocês hugh piggot. obtem-se facilmente uma carga de 60 amp sobre uma bateria de 12 volt (cerca de 800 watt) com pás de 2 metro de diâmetro.

veja-se, por exemplo, o seguinte link:
http://www.otherpower.com/20page1.html
http://www.otherpower.com/20page2.html
http://www.otherpower.com/20page3.html


como comentário a este projecto eu melhoraria o rendimento inserindo conjuntos de ferros "i" de transformador no interior das bobinas, não percebo como ainda niguém se lembrou disso.


4 - motores de indução modificados com imans

vantagens: baratos, fáceis de obter e converter, bom rendimento a baixa rotação

desvantagens: potência de saída limitada pela resistência interna, ineficiente a altas rotações, precisam de ser maquinados em torno mecânico

rendimento: ok

motores de indução, também chamados de campo girante ou gaiola de esquilo, sejam monofásicos ou trifásicos podem dar bons alternadores sem muito trabalho. estão neste caso os motores de máquinas de lavar, bombas de tirar água, etc. geram corrente alternada, se fôr necessário corrente contínua têm de levar um bloco de diodos de potência.

é necessário tornear uma parte do rotor para colar imans permanentes em seu lugar. para isso é preciso ter acesso a um torno mecânico. obter estes imans com a forma correcta é normalmente um problema.

o rendimento é bom só para pequenas potências, porque é limitado pela resistência interna dos bobinados. é melhor obter versões americanas destes motores, para 110 volt, pois para a mesma potência os bobinados têm 4 vezes menos resistência.

para a transformação ver o seguinte link:
http://www.otherpower.com/otherpower_ex ... nvert.html



5 - motores de corrente contínua

vantagens: simples, já pré-montados, alguns são bons a baixa rotação

desvantagens: precisam muita manutenção, alguns não são bons a baixa rotação, para grandes potências sâo difíceis de encontrar, os de pequena potência são altamente ineficientes

rendimento: pobre ou aceitável

encontram-se por vezes em passadeiras rolantes com variação de velocidade ou aspiradores industriais, têm de ter imans permanentes e geram directamente corrente contínua. o seu ponto fraco é o colector e as escovas, têm rápido desgaste.

um exemplo já foi apresentado neste forum, mas ver o link:
http://www.velacreations.com/chispito.html



6 - motores de corrente contínua sem escovas

vantagens: excelentes alternadores

desvantagens: só se encontram para baixas potências

rendimento: bom

são motores de corrente contínua em que a comutação dos polos não é feita por um colector com escovas, mas sim electrónica com transistores e sensores magnéticos de efeito hall. os polos bobinados são fixos e o rotor é um cilindro com imans permanentes com os polos virados para dentro, que roda no exterior do estator

pequenas versões encontram-se nos motores dos discos rígidos ou dos leitores de cd/dvd-rom. note-se que geram corrente alternada.




7 - motores de indução trifásicos

é possível usar um motor de corrente alterna trifásico como alternador, mas necessita electrónica de controle e velocidade constante, o que não é o caso dos geradores eólicos, por isso é normalmente usado nas micro-hídricas.
quem quiser saber mais sobre este assunto deve consultar o livro "motors as generators for micro-hydro" de nigel smith. eu gostava de ler este livro.


conclusão final:

se se pensar que a tensão gerada varia com a velocidade do vento, poderemos ter 20 volt com pouco vento ou 80 com vento muito forte. só graças ao efeito de autolimitação dos alternadores se consegue carregar baterias de 12 volt com equipamentos destes.

na verdade o que seria ideal era ter um conversor com entrada de 20 a 80 volt contínuos e saida 220 a 50 hz sincronizados com a rede para vender energia.
vou puxar pela prancheta de desenho e qualquer dia pespego aqui um.

aguardo