Reciclando e gerando energia: a eletricidade em pedaladas

## Reciclando e gerando energia: a eletricidade em pedaladas Vinicius de Oliveira Nascimento 1 , Bruno da Silva Campos 2 , Letícia Maria de Oliveira 3

- 1 Universidade Federal do vale do São Francisco- Colegiado de Ciências da Natureza
- 2 Universidade Federal do vale do São Francisco- Colegiado de Ciências da Natureza
- 3 Universidade Federal do vale do São Francisco- Colegiado de Ciências da Natureza

## Resumo

O presente trabalho tem como proposta, montar, analisar e implementar um projeto sustentável, capaz de gerar energia elétrica através de uma bicicleta convencional, montada a partir de materiais de sucata, acoplada a motores de impressoras com funcionalidade em corrente contínua, oriundos de lixo eletrônico. A energia gerada será conectada a um inversor que possibilitará a iluminação, funcionamento e alimentação de pequenos equipamentos eletrônicos pessoais, como celulares, smartphones, lâmpadas, notebooks, impressoras em corrente alternada. Nesse caso, a energia mecânica, gerada na bicicleta, será convertida em energia elétrica, e para popularização da comunidade geral, os conceitos e questões usados nessa conversão também serão utilizados para o desenvolvimento de um projeto de ensino de ciências e divulgação científica para estudantes do ensino médio e fundamental com cunho transdisciplinar. Ainda nesse projeto serão discutidas as problemáticas relativas à geração de energia elétrica e como podem ser desenvolvidas formas alternativas, sustentáveis e saudáveis de obtê-la.

Palavras-chave : Divulgação Científica- Interdisciplinar- Interação CTSAEnsino de Ciências.

## 1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

É possível definir a energia elétrica como o resultado de um processo adequado de utilização das propriedades físico-químicas e eletromagnéticas da matéria, de modo a propiciar o funcionamento dos equipamentos desejados pela sociedade. Cabe ainda ressaltar que a eletricidade, por implicar na transformação de outras fontes de energia obtidas por meio da utilização direta dos recursos naturais, é considerada uma forma secundária de energia. (REIS, 2011).

As fontes primárias utilizadas na geração de energia elétrica são classificadas em renováveis e não renováveis. Barbosa et al. (2013) classificam as fontes renováveis como sendo aquelas em que a reposição natural ocorre de maneira cíclica, isto é, em velocidades semelhantes ou mais rápidas do que sua utilização energética. Desse modo, os riscos de esgotamentos desse tipo de fonte de energia são menores.

Exemplos de fontes renováveis de energia são as águas dos rios, os ventos e a radiação solar. Já com relação às fontes não renováveis, os autores Barbosa et al. (2013) afirmam que, como seu próprio nome já diz, são aquelas passíveis de esgotamento ao longo do tempo por serem utilizadas a uma velocidade muito maior que as centenas de anos necessários para sua formação. São alguns exemplos de

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fontes não renováveis os combustíveis radioativos, os derivados de petróleo e o gás natural.

Alguns autores tais como Reis, Fadigas e Carvalho (2005) defendem o argumento de que os impactos ambientais causados em parte por algumas dessas formas não sustentáveis de geração de energia elétrica e que, porém, são as mais usuais nas sociedades atuais, têm causado o aquecimento global, evidenciado por grandes catástrofes, tais como enchentes, secas, aumento da temperatura e consequente derretimento das geleiras.

Contudo, há ainda alguns poucos pesquisadores que defendem uma ideia diferente quanto à interferência humana nos processos e ciclos ambientais, dizendo que eles não estão relacionados com as modificações causadas pelos seres humanos, como defende Felício e Onça (2012), ao dizer que a história do aquecimento global é baseada em um conceito físico que não existe e do qual não se consegue produzir evidências de existência.

Independentemente da opinião de alguns estudiosos, o fato é que de certa forma, tem crescido a conscientização sobre as interferências causadas pelos humanos sobre os sistemas naturais e sobre o desequilíbrio ambiental, além dos impactos irreversíveis que tal desequilíbrio pode ter no planeta e na vida que o habita.

Entretanto, essa preocupação com a natureza, não é apenas uma questão ambiental, visto que uma grande parcela das fontes de energias não renováveis está se esgotando. Desse modo, o temor de uma possível falta de energia elétrica no futuro próximo tem gerado reflexões e ações quanto ao desenvolvimento de formas de geração de energia que não necessitem de fontes não renováveis.

Nesse sentido, muitos trabalhos vêm sendo desenvolvidos visando à obtenção de alternativas tais como a conversão de energia solar em elétrica ou o aproveitamento da energia proveniente dos ventos, processos que vêm se destacando e têm demonstrado grandes potenciais para contribuir no atendimento dos requisitos necessários quanto aos custos de produção, segurança de fornecimento e sustentabilidade ambiental, como se pode ver no site Global Wind Energy, 2006. Uma terceira alternativa, na qual, inclusive se baseia este trabalho, consiste em aproveitar o potencial energético humano, despendido no dia-a-dia, para geração de energia elétrica.

Além de tantos trabalhos acadêmicos e industriais estarem sendo desenvolvidos por todo país, no Brasil, a Resolução Normativa 482 da ANEEL de 2012, possibilitou que nos últimos anos ocorresse um crescimento bastante significativo no número de instalações de micro e minigeradores no próprio sistema de distribuição de energia no país. Em 2015, esta norma passou por importantes revisões o que deu origem à Resolução Normativa 687 da ANEEL, tornando mais simples alguns pontos para que assim os consumidores possam gerar suas próprias energias com acesso ao sistema de distribuição e ainda recebam créditos junto às concessionárias de energia (ANEEL, 2015). Mudanças nas leis e o crescimento de pesquisas sobre o tema mostram que há uma tendência conjunta em modificar as formas de gerar e se lidar com a energia elétrica no Brasil em várias escalas de geração (ANEEL, 2016).

## 2. JUSTIFICATIVA

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Gerar energia elétrica por meio de bicicletas estacionárias é um processo que tem originado interessantes trabalhos acadêmicos como o produzido por Alexandre et al. (2015), Dias et al. (2016), Lindberg-Poulsen (2010) entre outros, os quais fizeram uso de alternadores para geração da energia e seu armazenamento em bancos de baterias.

Aplicações de materiais classificados como rejeitos na produção de energia elétrica para pequenas aplicações, como o carregamento de equipamentos eletrônicos pessoais, tais como celulares, podem atender às propostas de sustentabilidade ambiental (Strzelecki et al., 2007) . Outro aspecto bastante relevante e ao qual esse trabalho se propõe é que os métodos alternativos de produção de energia devem sempre buscar a sustentabilidade sem impactos ao meio ambiente, como defendido por Moreira e Cardoso (2010) . O desenvolvimento, portanto, das chamadas 'tecnologias verdes' é bastante viável para se alcançar essas metas. Essas tecnologias visam o reaproveitamento de materiais que se apresentaram como rejeitos de outros processos produtivos, através da aplicação de métodos como a reciclagem ou o reuso.

## 3. METODOLOGIA

Como o projeto proposto já vem sendo realizado, entre muitos desafios e dificuldades, desde o início de 2016, a metodologia será apresentada com base nas tentativas já realizadas e nas anotações e observações que foram feitas ao longo desse processo. Em seguida serão apresentadas as próximas propostas de métodos e de materiais que serão utilizados na concretização dessa proposta.

Como bicicletas ergométricas têm um custo relativamente elevado e são mais raras de serem descartadas que as convencionais, buscou-se adaptar uma bicicleta comum. Desse modo, cabe ressaltar que a bicicleta foi montada a partir da doação de peças como as rodas, o quadro, o garfo com guidão, a coroa, o pneu dianteiro e a corrente. Sendo necessário comprar a catraca, rolamento central, pé de vela mais pedal e o coxinho.

Inicialmente, foi montada a base para a bicicleta, unindo dois pallets e utilizando amarrações de arame. Em seguida, foi adicionado um macaco de carro como suporte no centro da base, para garantir a suspensão segura da roda traseira, dando assim autonomia e controle de altura. Depois que a base foi montada, a bicicleta foi posicionada, a partir de duas amarrações de arame na roda dianteira em ganchos afixados no pallet e ao macaco, em ambos os pontos, usando abraçadeiras de nylon, conforme mostra a Figura 1.

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Figura 1: Bicicleta fixada na base feita de pallets.

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Inicialmente, os testes foram feitos com um alternador, que foi fixado na parte traseira da base a partir de uma abraçadeira metálica com o mesmo diâmetro do alternador. Para unir o alternador à bicicleta, foi utilizada uma correia de borracha que garantiu a transferência de energia cinética da bicicleta para o alternador. Foram ainda adicionados conectores ao alternador para uma possível leitura com multímetro, conforme se pode observar na Figura 2. Nessa primeira etapa os materiais usados foram os mostrados no Quadro 1.

Figura 2: Alternador unido ao resto do conjunto por uma correia tensionada.

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Quadro 1: Materiais necessários para montagem da primeira etapa do projeto.

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Entre os meses de fevereiro e julho de 2016, foram realizados testes no sistema de aproveitamento energético, os quais não trouxeram os resultados esperados. Sendo assim, a partir de meados de fevereiro de 2017, quando o projeto foi retomado, foram feitas algumas mudanças no que diz respeito ao 'gerador', o qual foi substituído por motores de impressora que foram presos diretamente ao pallet através de parafusos e abraçadeiras de metal tipo "D", e também fixados em série para aumentar a geração de energia, como se vê na Figura 3.

Figura 3: Motores de impressoras com conectores e lâmpadas incandescentes 6V fixados à base, usados para substituir o alternador.

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Até o momento, essa configuração tem trazido resultados promissores nos testes. Inicialmente, eles foram testados com uma lâmpada de 6 V, respondendo positivamente às expectativas, conforme mostra a Figura 4.

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Figura 4: Testes feitos com lâmpadas incandescentes 6V.

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Diante disso, foi testado com uma fita de LED 12V que também teve os resultados esperados. A geração de energia conseguida foi de aproximadamente 20V.

Na próxima etapa do projeto será usado um inversor caseiro para transformar a tensão de corrente contínua de 12V para a tensão de corrente alternada. Para isso, serão utilizados os seguintes materiais:

- ● 1 resistor 3,3K - LR LR VM
- ● 1 resistor 10K - MR PT LR - de potência
- ● 1 capacitor 4,7 NF poliéster
- ● 1 capacitor 220 µF x 16V eletrolítico
- ● 1 capacitor 5,6 µF x 400V eletrolítico
- ● 2 mosfets IRF 3205 com isoladores e dissipador de calor
- ● 4 diodos ultra fase HER 35
- ● 1 CI 563525 com soquete 8 + 8 pinos
- ● 1 Placa perfurada 5 x 10 cm
- ● 1 Transformador ferrite com center tape
- ● Fusível automotivo 30A
- ● Cabos vermelho e preto 4 mm
- ● Fios
- ● Tomada fêmea tripolar
- ● Bateria de Carro 12V 10A

Com o inversor, será possível ligar eletrônicos que precisam de maior capacidade voltaica, assim estendendo o uso da bicicleta. A partir desse recurso, além de ligar coisas simples, como lâmpadas de pouca voltagem, também serão possíveis ações que requerem uma tensão maior, como o carregamento de celulares.

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O funcionamento de um inversor decorre de um circuito (Figura 6) formado por vários componentes eletrônicos que possibilitam a inversão da proporcionalidade de voltagem e amperagem através de uma alimentação feita por bateria, na qual teria baixa voltagem e amperagem moderada, transferindo então suas cargas elétricas através do circuito no qual inverte as proporções para alta voltagem e baixa amperagem.

Espera-se, assim, que a partir desse recurso e dessa estratégia, seja possível a geração de energia elétrica para objetos de uso pessoal como, por exemplo, para se carregar celulares e smartphones, a partir de algumas pedaladas, as quais também podem contribuir para amenizar o sedentarismo de muitos jovens estudantes.

Figura 6: Esquema de montagem do inversor

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## 3. PRODUÇÃO CIENTÍFICA E CONTRIBUIÇÕES ESPERADAS:

A partir desse trabalho intenta-se a publicação de um periódico em revista nacional, além da produção de trabalhos para eventos. Dessa pesquisa espera-se ainda, fortalecer o debate sobre a geração de energia elétrica a partir da energia mecânica, tanto no âmbito acadêmico como nas escolas de ensino médio e fundamental.

## Referências

ALEXANDRE, Jeisiane Isabella da Silva et al. Produção e captação de energia elétrica limpa através de adaptação de bicicletas ergométricas. Revista Brasileira de Gestão Ambiental e Sustentabilidade , Caruaru, v. 2, n. 2, p.37-42, jun. 2015.

BARBOSA, J. D. O. et al. Geração de Energia Elétrica. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia. Cuiabá, p. 2 - 10. 2013.

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DIAS, Leandro Rosa; LIMA, Gustavo Brito de; RODRIGUES, Danillo Borges. Sistema de Geração de Energia Elétrica a Partir de uma Bicicleta Ergométrica. Uberlândia, out. 2016.

FELICIO, Ricardo Augusto; ONÇA, Daniela de Souza. Os Mitos sobre o Ozônio: Um resgate das origens da discussão. VIII Fórum Ambiental da Alta Paulista , São Paulo, v. 8, n. 8, p.01-26, 2012.

GLOBAL WIND ENERGY COUNCIL, Global Wind Energy, 2006. Disponível em: http://www.gwec.net/. Acesso em 21 de fevereiro de 2017.

LINDBERG-POULSEN, K. et al. Energy harvesting from an exercise bike using a switch-mode converter controlled generator. 2010 IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies, ICSET, 2010.

Moreira, C. E. S.; Cardoso, A. M. Fontes alternativas de energia renovável, que possibilitam a prevenção do meio ambiente. Bolsista de Valor, v. 1, n. 1, 2010.

REIS, L. B. D.; FADIGAS, E. A. A.; CARVALHO, C. E. Energia, recursos naturais e a prática do desenvolvimento sustentável. 1ª. ed. Barueri: Manole Ltda., 2005.

REIS, L. B. D. Geração de Energia Elétrica. 2ª. ed. Barueri: Manole Ltda., 2011.

Strzelecki, R.; Jarnut, M.; Benysek, G. Exercise bike powered electric generator for fitness club appliances. In: Power Electronics and Applications, European Conference on, IEEE, 2007.

Resolução Normativa nº 482, de 17 de abril de 2012, Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), 2012.

Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), Novas Regras Para Geração Distribuída Entram em Vigor, 2016. Disponível em:

http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/noticias. Acesso em 05 de abril de 2017.

Resolução Normativa nº 687, de 24 de novembro de 2015, Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), 2015.

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