Projetos simples com energia alternativa (ART1203)

A preocupação atual com o meio ambiente nos leva cada vez mais a procurar fontes alternativas de energia e muito mais, conscientizar os jovens da necessidade de melhor usar a energia de que dispomos hoje. Assim, no ensino fundamental e médio a implementação de atividades que foquem fontes de energia alternativa tem sido uma preocupação cada vez maior em todas as escolas. Neste artigo, visando ajudar os professores e alunos que se preocupam com fontes alternativas a realizar experimentos e demonstrações, selecionamos alguns projetos simples, que também primam por utilizar material alternativo.

Os projetos que selecionamos fazem parte de nosso grande acervo, muitos dos quais publicados isoladamente na nossa seção de Mino Projetos. Observações adicionais em relação as versões originais ajudarão os professores e alunos a melhor integrá-los ao tema "fontes alternativas de energia".

PILHA DE MOEDAS

Como gerar energia elétrica a partir de duas moedas comuns? Se o leitor acha que isso é impossível então é porque não conhece este projeto, ideal para demonstrações em feiras de ciências ou para ser utilizado como trabalho escolar, tema transversal de ciências nos cursos fundamental e médio.

Com pouco material é possível realizar um experimento que mostra como as reações químicas liberam energia na forma de eletricidade e isso de uma forma totalmente inofensiva, repetindo os experimentos de Alessandro Volta que levaram à invenção da pilha.

O que fazemos é colocar entre duas moedas de tipos e metais diferentes, um pedaço de tecido ou papel poroso molhado em água e sal. A reação que ocorre libera energia elétrica suficiente para movimentar o ponteiro de um instrumento indicador.

Conforme as moedas usadas poderemos obter graus diferentes de deflexão do ponteiro do instrumento, indicando que diferentes tensões estão sendo produzidas, com uma liberação maior ou menor de energia.

Na figura 1 temos o diagrama do aparelho usado nesta experiência.

Figura 1

A disposição real dos componentes é mostrada na figura 2.

Figura 2

O resistor R1 é opcional, servindo apenas para evitar uma corrente excessiva no instrumento indicador. As moedas podem ser de qualquer tipo, sendo que uma antiga de 2 000 réis de prata com uma de alumínio de 1 cruzeiro da década de 60, são as que melhores resultados proporcionam chegando a "gerar" tensões de mais de 1 volt.

Para realizar a experiência dissolva uma colher de sal num copo com água até a metade. Depois molhe uma folha de papel poroso (um guardanapo de papel, por exemplo) ou tecido, nessa solução e coloque-a entre duas moedas.

Encoste então os fios nestas moedas. Se a agulha do instrumento se movimentar para o lado contrário do esperado, inverta os fios de ligação.

Quanto maior a deflexão, mais energia estará sendo produzida. Com o tempo a energia "diminui", caso em que devemos trocar o papel molhado por outro "novo" molhado na mesma solução.

Quando terminar a experiência, limpe bem as moedas, pois elas podem sofrer uma "corrosão".

Galvanômetro Elementar

Descrevemos a montagem de um sensível galvanômetro, que pode acusar a circulação de correntes muito fracas em experiências de eletricidade e eletrônica. Construído totalmente com material improvisado, pode servir perfeitamente para um excelente trabalho escolar.

Galvanômetros são instrumentos que acusam a circulação de correntes elétricas muito fracas e eventualmente determinam seu sentido de circulação.

O galvanômetro descrito neste artigo funciona baseado no efeito magnético da corrente elétrica, descoberto por Oersted. Uma corrente, circulando por uma bobina, cria um campo magnético que, atuando sobre um pequeno imã, causa sua movimentação e com isso a deflexão de uma agulha.

A bobina pode ser enrolada com fio comum ou fio esmaltado e quanto mais voltas, maior será a sensibilidade. O imã pode ser aproveitado de qualquer objeto ou brinquedo que o possua desde que suficientemente pequeno para caber no interior da bobina.

Montagem:

Na figura 3 temos a montagem completa desse galvanômetro, tomando uma base de madeira de 20 X 20 cm como ponto de partida.

Figura 3

O carretel para enrolar a bobina pode ser aproveitado de um velho transformador fora de uso. Enrole pelo menos 50 voltas de fio, que pode ser esmaltado fino ou comum. Pode até ser aproveitado o enrolamento de baixa tensão do transformador.

Os bornes B1 e B2 servem para ligação do galvanômetro ao circuito externo. Se usar fio esmaltado, raspe no ponto em que o soldar no terminal do borne.

O ponteiro é colado numa pequena barra de imã que é amarrada no interior da bobina, conforme mostra o desenho. Esse ponteiro deve ter de 5 a 7 cm de comprimento e ser feito com fio de cobre rígido não muito grosso.

Torça o fio que prende o imã no interior da bobina de modo que ele fique na posição de zero da escala. Verifique se o movimento do ponteiro é livre de -1 a +1.

Prova:

A prova de funcionamento é simples. Ligue uma pilha momentaneamente nos terminais do galvanômetro, conforme mostra a figura 4.

Figura 4

No momento em que for feita a ligação, o ponteiro deve movimentar-se rapidamente para p +1 ou -1, conforme a polaridade da pilha

Determinando a sensibilidade:

Para as experiências como galvanômetro é interessante saber qual é a sua sensibilidade.

Para isso, montamos o circuito da figura 3 que consta de uma pilha, o galvanômetro, um interruptor de pressão e um potenciômetro linear de 47k.

Figura 5

Divida a escala do potenciômetro em partes iguais que corresponderão a 1/10 do valor da sua resistência. Supondo a utilização de um potenciômetro de 100k teremos divisões de 10k, conforme mostra a figura 6.

Figura 6

Coloque o potenciômetro na posição de menor resistência e pressione o interruptor. A agulha vai se movimentar.

Vá, em seguida, aumentando a resistência inicialmente para 10k e pressione o interruptor. A agulha deverá se movimentar com menor intensidade.

Prossiga fazendo o mesmo nas posições sucessivas, até que a agulha não mais tenha um movimento perceptível. Anote a resistência em que você pode ver o menor movimento da agulha. Suponhamos que seja 60k.

Para obter a sensibilidade, divida 1,5 V , que é a tensão da pilha por 60..

Teremos: I = 1/60

I = 0,025 miliampères ou 25 microampères

A sensibilidade desse galvanômetro permite então que sejam detectadas correntes a partir de 25 milionésimos de ampère.

Galvanômetro Experimental (II)

Como no projeto anterior, o instrumento que descrevemos é um "detector de correntes elétricas" extremamente sensível, tendo por base a experiência de Oersted.

O instrumento pode detectar correntes da ordem de milionésimos de ampère e operar segundo o mesmo princípio dos microamperímetros e miliamperímetros comerciais.

Este tipo de instrumento é encontrado no painel de muitos equipamentos eletrônicos.

O que temos basicamente é uma bússola comum que, ao receber a influência do campo magnético de duas bobinas, tem sua agulha movimentada.

Como o campo depende da corrente, a movimentação será tanto maior quanto mais intensa for a corrente. Na figura 7 temos o diagrama elétrico do galvanômetro.

Figura 7

Na figura 8 temos o aspecto real da montagem.

Figura 8

O fio usado é esmaltado bem fino. Devem ser enroladas de 50 a 200 voltas de fio em cada toco (I1 e I2).

É muito importante que os fios das fuás bobina mantenham o mesmo sentido do enrolamento, isto é, uma bobina seja a continuação da outra, conforme indicado na figura.

O fio esmaltado pode ser obtido de um transformador velho, de uma campainha (que não esteja queima, mas sim interrompida) e de outros componentes que tenham este tipo de fio.

X1 é uma bússola adquirida em lojas de brinquedos ou papelarias, mas pode ser substituída por uma lâmina de barbear, conforme mostra a figura 9.

Figura 9

Para imantar uma lâmina, basta esfregá-la algumas vezes num imã comum.

Para usar o galvanômetro, ligue-o a uma pilha e um resistor de 100 ? a 470 ? em série, ou então uma pequena lâmpada de 3 V, conforme mostra a figura 10.

Figura 10

Quando ligarmos este circuito,a agulha deve movimentar-se e ficar apontando para as bobinas.

Não ligue diretamente a pilha no galvanômetro, sem o resistor, pois a corrente intensa fará com que ela se esgote rapidamente.

O que explicar

* Procure nos livros de física a experiência de Oesterd e explique como o efeito magnético da corrente elétrica é aproveitado neste projeto.

* Procure numa enciclopédia ou Internet o funcionamento de um galvanômetro verdadeiro.

* Explique como o efeito da corrente pode ser aproveitado em outros dispositivos como os motores e os solenóides.

Detector de Energia

Este projeto é bastante interessante, pois pode detectar a energia elétrica produzida por diversos tipos de fontes alternativas, muitas das quais que o aluno pode montar. Trata-se de uma versão mais simples do projeto anterior.

Trata-se de uma espécie de galvanômetro elementar, mas que operará em conjunto com alguns dispositivos especiais, de fácil construção.

A principal característica deste projeto está no fato de usar material de muito fácil obtenção.

O que temos é uma bobina em forma de caixa e no interior dela, pendurada uma lâmina de barbear.

A lâmina deve ter sido previamente esfregada num imã para se magnetizar e assim, tornar o aparelho mais sensível.

Quando uma corrente, mesmo muito fraca, passar pela bobina, o campo criado atua sobre a lâmina e ela se move indicando a produção de energia.

Assim, sempre que a lâmina mudar de posição saberemos que o dispositivo testado estará produzindo energia. Na figura 11 temos o aspecto da montagem.

Figura 11

A bobina pode ser feita numa caixa de papelão ou outro material que não seja metal e tem uma dimensão de aproximadamente 10 x 10 cm. Devem ser enroladas de 50 a 200 voltas de fio esmaltado fino e para que esse fio não escape, passe um pouco de esmalte de unhas.

As pontas dos fios da bobina, depois de raspadas são soldadas nos terminais da base de montagem.

A lâmina de barbear é amarrada com linha fina e fixada no interior da bobina de modo a ter movimento livre.

Para testar o aparelho use o circuito da figura com um resistor de 100 ? para limitar a corrente. Quando a chave S1 for fechada a lâmina de barbear deve movimentar-se.

Para demonstrar o aparelho use as fontes de energia alternativa mostradas na figura 12.

Figura 12

A pilha de moedas deve fornecer algo em torno de 1 V. A pilha de água e sal também fornece uma tensão da mesma ordem. Já, o gerador manual é um dínamo feito com um pequeno motor.

O que explicar:

* Procure o princípio de funcionamento do galvanômetro na internet e livros de física

* Procure outras fontes alternativas de energia

Diet Radio

Eis um interessante projeto para feiras de ciências ou ainda como base para um trabalho escolar, ou ainda uma experiência diferente para os leitores que gostam de pesquisar formas alternativas de energia.

Descrevemos a montagem de um rádio que precisa de apenas 0,5 V para funcionar, tensão essa que pode ser obtida de uma pilha experimental de água e sal, uma célula solar de calculadora ou outros geradores simples.

Evidentemente, quanto maior for a tensão fornecida pelo gerador, maior será a sensibilidade do receptor.

No entanto, como usamos apenas um transistor amplificador, ele só consegue captar as estações próximas ou fortes e mesmo assim, exige o uso de uma boa antena e uma ligação à terra.

O interessante é que este projeto lembra um pouco os antigos rádios de galena, que precisavam de enormes antena para captar o máximo de energia das estações e mesmo assim o som era baixo, exigindo o uso de fones.

Na figura 13 temos o diagrama completo do receptor. Os componentes podem ser soldados numa ponte de terminais, como mostra a figura 2.

Figura 13

Figura 14

As bobinas L1 e L2 devem ser enroladas num tubo de papelão, dentro do qual deslizará um bastão de ferrite para a sintonia. L1 consta de 20 espiras de fio esmaltado 28 e L2 por 30 + 70 espiras do mesmo fio. O diodo deve ser de germânio.

O transistor deve ser um PNP de germânio de rádio transistorizado antigo como o 2SB75, 2SB54, etc. O circuito poderá funcionar com um PNP moderno, como o BC558, mas exigirá maior tensão.

O transformador T1 é do tipo de saída encontrado em rádios transistorizados antigos. Pode ser aproveitado de um rádio antigo fora de uso. O alto-falante pode ser de qualquer tipo.

Veja neste site fontes alternativas de energia que podem alimentar este rádio.

Diversos:

Ponte de terminais, caixa para montagem, bastão de ferrite, células experimental, fios, solda, etc.

Gerador Eólico

Descrevemos um simples gerador experimental que pode produzir alguns volts para a alimentação de pequenos aparelhos a partir da força do vento. Bastará posicionar o gerador com hélice em local onde ocorra o acionamento pelo vento e depois puxar os fios para a alimentação do aparelho desejado.

A tensão depende das características do motor usado e a corrente da intensidade do vento. O gerador nada mais é do que um pequeno motor de corrente contínua, ou seja, um motorzinho de pilhas do tipo que utiliza imãs permanentes.

Do mesmo modo que tais motores operam convertendo energia elétrica em energia mecânica, ou seja, movimento, eles também operam do modo inversor, como geradores. Neste caso, forçando a sua bobina a cortar as linhas de força do campo magnético dos imãs no seu interior, é gerada uma tensão que pode ser aproveitada num circuito externo.

Como a tensão é pulsante e sua polaridade depende do sentido de rotação do motor, acrescentamos ao projeto um diodo e um capacitor.

A finalidade do diodo é impedir a descarga do capacitor em caso de parada do sistema e o capacitor funciona como um filtro tornando a tensão de saída mais estável.

Montagem

Na figura 15 temos o diagrama completo do gerador.

Figura 15 - Diagrama do gerador eólico

Na figura 16 temos o aspecto da montagem.

Figura 16 - Aspecto da montagem - para melhores resultados o hélice deve ter pás largas.

Sugerimos que o hélice seja do tipo de pás larga como encontrado em cataventos. O diodo pode ser o 1N4002 ou equivalente de maior tensão. O capacitor deve ter uma tensão de trabalho de pelo menos 16 V.

Prova e Uso

Para a prova basta ligar na saída um multímetro ou mesmo um LED com um resistor em série e girar o hélice. Coloque o gerador diante de um ventilador para experimentar.

Verifique o sentido de rotação que resulte na polaridade correta de saída, invertendo as ligações do motor, se necessário. Se conseguir um bom rendimento com bastante vento, você pode alimentar pequenas lâmpadas ou conjuntos de LEDs.

Dínamo Experimental

Todo pequeno motor de corrente contínua também funciona como um dínamo, ou seja, um gerador de energia elétrica. Basta girar rapidamente seu eixo para que sua bobina corte as linhas de força do campo do imã permanente que existe em seu interior e energia elétrica seja gerada.

Na figura 17 mostramos como fazer isso dando o esquema do sistema que usaremos.

Figura 17- Diagrama do experimento

As ligações que devem ser feitas entre os diversos elementos são mostradas na figura 18.

Figura 18- aspecto real da montagem

O resistor funciona como um limitador de corrente e o diodo comum um retificador, já que dependendo do sentido de rotação do motor, pode aparecer uma tensão inversa no LED, o que causaria sua queima.

Para produzir energia e acender o LED, basta girar rapidamente com os dedos o eixo do motor. Experimente num sentido ou em outro, pois o LED acenderá apenas num deles.

Para obter mais energia, e de forma mais estável, podemos acoplar ao motor um sistema de manivela e polia, conforme mostra a figura 19.

Figura 19 - Acoplando um sistema de manivela

Rádio Auto Alimentado

Este receptor experimental tem algumas características interessantes para apresentação em feiras, exposições ou mesmo para os que desejam algo diferente: a energia que alimenta a etapa amplificadora vem do próprio sinal captado pela antena.

O circuito usa um transistor de germânio e a própria junção do transistor funciona como detector. A antena deve ser muito longa para que os sinais captados tenham intensidade suficiente para alimentar o circuito.

A faixa captada é a de ondas médias. A bobina consta de 100 espiras de fio 28 ou próximo, num bastão de ferrite. O capacitor variável pode ser obtido em qualquer rádio AM fora de uso.

O fone deve ser de alta impedância, ou então pode ser usado um fone de cristal ou cápsula piezoelétrica com um resistor de 4k7 ligado em paralelo. T

Transistores de germânio de qualquer tipo podem ser usados, NPN ou PNP.

Na figura 20 temos o diagrama completo do receptor e na figura 21 a sua montagem feita numa pequena ponte de terminais.

Figura 20- Diagrama completo do receptor

Figura 21 - Montagem numa ponte de terminais

A ligação à terra pode ser feita numa barra enterrada ou ainda em qualquer grande objeto de metal como esquadrias de portas e janelas.

Oscilador Alternativo

O circuito que apresentamos é ideal para demonstrações de funcionamento de fontes alternativas de energia como células solares, baterias experimentais, geradores eólicos e de outros tipos. Ele funciona com tensões a partir de uns 0,4 V gerando um tom que é reproduzido num pequeno alto-falante.

O oscilador descrito usa transistores de germânio que se caracterizam por operarem com tensões muito baixas, pois necessitam de apenas 0,2 V para começarem a conduzir. Esses transistores já não são muito comuns, devendo ser obtidos em equipamentos de sucata.

O circuito consiste num oscilador complementar onde a frequência é determinada pelo ajuste de P1. O circuito funciona tipicamente com tensões de 0,4 a 1,5 V. Na figura 22 temos o diagrama completo deste oscilador de áudio para energia alternativa.

Figura 22 - Diagrama do oscilador alternativo

A montagem pode ser feita numa matriz de contactos, placa de circuito impresso ou ponte de terminais. Para os iniciantes a montagem em ponte é mais simples, sendo mostrada na figura 23.

Figura 23 - Montagem numa ponte de terminais