[Catraca-Eletronica] TCC 2014 Etec Martin Luther King - Automação Industrial

kiro12 · 15 de maio de 2014

Projeto de TCC - Automação Industrial

Ola pessoal do Clube do Hardware, meu nome é : Caio Pereira S Araujo

Ola, de inicio eu preciso de uma ajuda, estou fazendo um trabalho de TCC, cujo qual a enfase é Energia Limpa, meu projeto se baseia em usar uma catraca de ônibus, cujo qual vou fazer a seguinte modificação. Irei colocar um alternador de carro, para gerar energia sinética ( pelo giro da catraca ) para carregar baterias, e assim usando um NFC, como uma espécia de "identificação" um bilhete semelhante aos de ônibus, como "Bilhete único (SPTRANS), Bilhete BOM (EMTU).

De inicio vou pegar uma catraca modificar suas engrenagens para colocar o alternador, que assim, ao girar a catraca, irá gerar energia elétrica, podendo ser armazenada em um conjunto de baterias ou seja Energia Limpa. Ligando todo esse sistema com ajuda de um Arduíno para a parte de programação e para configurar o NFC para reconhecer o bilhete ( isto ainda não pensamos ) para liberar a catraca para a pessoa que ira experimentar o TCC, poder passar sem qualquer problema, porém não sabemos ainda como fazer a parte de armazenamento de energia. Não sei ao certo se o próprio Alternador existe dentro dele uma forma de guardar carga, e também não sabemos a carga que iremos conseguir com o giro e se ela poderá suprir a necessidade da NFC e do Arduíno em si.

Estou aqui para pedir ajuda da Comunidade Clube do Hardware para me ajudar com essa parte do trabalho. Qualquer dica e ajuda será bem vinda

Att Grupo de TCC - Automação Industrial 2014

Etec Martin Luther King - Tatuapé - São Paulo

Felipe Electronic · 15 de maio de 2014

Hummmm, trabalho pesado hein...preciso tirar umas dúvidas, primeira de todas...como você sabe o alternador irá girar uma ou duas vezes em MÉDIA gerando dois ciclos senoidais e depois vai ficar parado, checou se a quantidade de energia gerada é o bastante para carregar o banco de baterias ou mesmo, manter o sistema ativo mesmo que em modo de baixo consumo? Apesar dos pesares catraca é um sistema de missão crítica e não pode falhar durante o trajeto do ônibus.

Sobre o bilhete o trabalho é mais uma boa leitura sobre o protocolo Mifare, utilizado neles, em vez de você fazer um decodificador, e por o Arduino pra descriptografar o conteúdo do cartão, talves seja melhor você criar seu próprio protocolo de gravação e leitura de créditos num bilhete desses para fins de demonstração...dependendo da cripto usada você poderá levar semanas pra entender como funciona, mais algumas semanas para implementar num Arduino (acredite cripto consome memória de programa pra ca*ete!), então de sugestão opte pelo simples.

Teria algum eesquema ou diagrama de blocos pra gente ver o que tá feito?

Abs. (PS.: Excelente ideia de trabalho)

kiro12 · 15 de maio de 2014

Ola, Felipe, muito obrigado pela atenção e muito obrigado também pela admiração por nosso TCC. porém estamos com está ideia inicial, cuja qual não sabemos ainda como implementar no projeto final. Já temos o alternador, que será nossa fonte de energia, e pensamos em utilizar, um leitor de TAGS RFID usando um Arduíno para o travamento e acionamento da catraca.

Já na parte mecânica, nós estamos projetando um jogo de engrenagens de por volta 1-3 de diminuição que enquanto a catraca dava uma volta completa o rotor do alternador iria rodar 4x isto ou até mesmo 3, semelhante ao que você citou...

E ainda estudamos a possibilidade de colocar um sistema parecido com o sistema de engrenagem de bicicleta/carrinho de brinquedo, que quando se da um impulso nas rodas, uma engrenagem/rolamento ( no caso do alternador ) dentro do carinho continua dando voltar e mantendo a energia dentro dele, ( energia sinética no caso ).

Ps: estamos ainda com este projeto, em mente porém já estamos inciando os testes, e pensamos em fazer um protótipo inicial.

Att : Caio P. e seu grupo de TCC 2014

Etec Martin Luther King - São Paulo

cesardelta1 · 16 de maio de 2014

você vai ter que fazer uma relação de de engrenagens bem alta pois o alternador começa a gerar acima de 1000 RPM e ainda precisará de energia para excitação.

Eu aconselharia um gerador (dínamo) ao invés do alternador, mesmo assim a tensão adquirida dependerá da velocidade de rotação do eixo do gerador.

você poderia colocar um volante no eixo para otimizar a rotação.

aphawk · 16 de maio de 2014

@kiro12,

Essa parte mecânica me parece muito pouco eficiente.... voce vai perder a pouca energia que vai ser gerada nesse movimento de catraca se usar um mecanismo de relação de engrenagens.... Veja se tem alguma maneira de ir acumulando essa energia, aumentando a tensão mecânica, para depois liberar de uma vez.

Quanto ao NFC, tem este produto aqui, que voce encontra programas para o uso com Arduíno :

http://www.dfrobot.com/index.php?route=product/product&product_id=892

Paulo

kiro12 · 16 de maio de 2014

Nossa pessoal realmente, muitas idéias vindo em minha mente.

A respeito da ernergia, a forma de armazenar seriam baterias.

A respeito da energia, sei que será pouca energia, mas estou vendo com o professor do TCC alguns circuitos usando Circuitos Integrados ( vulgo C.I. ) para um aumento de tensão.

Sobre o NFC+Arduíno muito obrigado vou ler atentamente para testar.

E sobre o alternador, eu poderia abrir ele e utilizar as partes dele ( Cujo qual não sei os nomes de cor, pois mexo mais com a parte de eletrônica da Automação.

Então qual solução eu poderia tomar a respeito do alternador? Pois não entendo muito desta área mecânica.

Att Grupo de TCC

Automação Industrial - 2014

Etec Martin Luther King - São Paulo

cesardelta1 · 17 de maio de 2014

Um alternador vai começar a gerar com 1000 RPM e sua velocidade síncrona é de 1800 RPM, refazendo o estator você pode conseguir algo a partir de 400 RPM.

você pode alterar o bobinado do estator do alternador para 12 polos com 3 vezes mais de espiras que o original.

Más o tamanho físico das ranhuras do estator, será insuficiente para acomodar tudo, isso se resolve diminuindo a bitola do fio esmaltado pela metade,

Enrolando 6 bobinas para cada fase, forma-se 12 polos de 6 bobinas.

Com a diminuição da bitola do fio, consequentemente perde-se metade da potencia do alternador, o que não seria um problema para seu projeto.

Caso for mandar alguém enrolar para você, peça para a pessoa enrolar o estator com 3 vezes mais de espiras com um fio 50% mais fino, só isso. Não mexa no induzido, deixe-o original

No caso do dínamo:

Um dínamo gera tensão proporcionalmente a rotação.

à 1800 RPM, um dínamo de 12v geraria em torno de 14v, já a 300 RPM geraria perto de 2v, más com uma corrente muito baixa.

Pense também que tanto um dínamo, quanto um alternador terá um peso mecânico em seu eixo, este proporcional a corrente drenada dele.

Pode-se usar de um bom exemplo o uso no próprio carro, que com o consumo máximo do alternador, tem um peso de 2 CV em seu eixo.

Muito importante é lembrar que um alternador precisa de excitação de campo no bobinado do induzido para poder gerar tensão e essa excitação pode chegar a 2A de consumo.

faller · 17 de maio de 2014

Amigo. Não encare o que vou lhe dizer como desincentivo, mas sinto que tem de ser dito..

Vai ser muito difícil que consigas recolher essa energia oferecida pela roleta de um busão. Primeiro que ela, a roleta, não foi feita para ser pesada, dura de rodar e sim leve, muito leve para que mulheres, gestantes e crianças, colegiais a consigam rodar. Isso tira a chance de poderes fazer uma multiplicação da rotação da roleta, para girar o alternador..

Imagine agora, dentro de um puro exercício para tentar avaliar a energia ai contida, que um alternador de automóvel gire a 2.000 RPM e forneça uma energia de digamos 12 Volts a 10 Amperes por uma hora... São ai 12V x 10A = 120 Watts nessa hora..

Como roda a 2.000 RPM em 1 hora ele terá de rodar algo como 60 minutos x 2.000 = 12.000 rotações

Um ônibus, lotado (60 lugares ou passageiros, em média) por viagem conseguiria dar 60 / 4 rotações em uma roleta = 15 rotações completas. Fizesse ele 20 viagens em um dia sua roleta rodaria coisa de 15 x 20 = 300 RPM que é cerca de 300/12.000 = 2,5% daquela potência de 120 Watts que um alternador fornece segundo nossa estimativa.. Isso em um acoplamento roleta alternador de 1 para 1, para que não pese a mesma..

Ora amigo, em um dia de trabalho terias coletado na roleta do nosso ônibus, sempre lotado com 60 passageiros roletados por viagem, coisa de 0,025 x 120 = 3 Watts apenas em um dia de trabalho, o que nem daria para segurar o arduino pelas 12 horas de trabalho de um dia, quer ver??

Alimentação do arduino = 5 Volts..

Energia disponível por hora = 3Watts / 12 Horas = 0,25 Watts

Corrente disponível para o arduino + eletrônica em volta = 0,25W/5V = 50 mili Amperes.. Se tudo corresse enormemente bem e com eficiências de 100% o arduino + a eletrônica embarcada teria disponível somente 50 mA para alimentação..

Isso tudo sem contar que um alternador de automóvel não consegue gerar energia se não desenvolver uma rotação elevada.. Esse seria seu maior problema...

aphawk · 17 de maio de 2014

@kiro12 e @faller,

Como disse o Faller, o problema vai ser mesmo conseguir coletar a energia da roleta com um rendimento razoável. Isso vai implicar em mecânica bem complicada e muito precisa para evitar perdas enormes.

Mas quanto à energia, não vejo tanto problema. voce pode fazer a sua programação usando os modos de baixo consumo do Arduíno, isto é, pode dividir o clock dele para gerar uma frequência bem menor, ou usar o Timer2 para criar um oscilador de frequência bem menor, e como isso baixar enormemente o consumo. E pode acionar os modos de baixo consumo mesmo com essa velocidade mais baixa !

E ainda assim pode usar WAKE-UP INTERRUPT, que permite que o Arduíno fique "dormindo" , consumindo alguns microampéres apenas, até que a roleta seja virada, momento no qual o seu Arduíno pode voltar a pleno processamento, terminar a tarefa, e voltar a dormir.

Alternador, nem pensar. voce tem muito mais chance em fazer algo tipo aqueles geradores chineses , que funcionam quando voce coloca ele na mão e faz um aperto, que gera energia suficiente para tres ou mais Leds se acenderem. É um dínamo, voce encontra ele aqui em SP por menos de R$ 10,00 na Santa ifigênia ou em algumas lojas de artigos para aeromodelagem, como a Aerobrás.

Algo deste tipo :

https://www.google.com.br/search?q=lanterna+led+dinamo&num=20&client=firefox-a&hs=FG2&rls=org.mozilla:en-US:official&channel=sb&também=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=HnZ3U4WdNITRsQS8q4CoBw&ved=0CF0QsAQ&biw=1215&bih=860

Sugiro comprar uma, abrir, ver bem como a mecânica aproveita a força da mão ( pense na roleta !!! ), e pensar, meu amigo. TCC é para botar a cabeça prá funcionar !

Paulo

Felipe Electronic · 19 de maio de 2014

Nem precisei responder hahahahah! Mas o amigo autor do tópico ja percebeu que os inconvenientes são multiplos.

Eu sei que vai parecer também um desincentivo, mas qual o mal de derivar a alimentação do seu sistema de catraca da alimentação do onibus (a famosa linha 30)? Ou mesmo utilizar outras formas de captação de energia elétrica (como uma fotocélula colocada do lado de fora do onibus, esta sim carregando uma bateria para manter teu sistema funcionando)?

Abs.

Felipe.

aphawk · 19 de maio de 2014

@,

Boa ideia a de uma célula solar carregando uma bateria pequena, se encaixa perfeitamente na definição de ENERGIA LIMPA.

Com ela, o TCC acabou de ser simplificado em pelo menos uns 80% !!!!!

Paulo

cpexpert · 19 de maio de 2014

tambem iria dar a ideia da fotocelula, pois onde trabalho as vezes ficamos com raiva quando a catraca fica mais rigida.

kiro12 · 19 de maio de 2014

@felipe_Eletronic , @faller,

Nossa... idéias e mais Idéias

Bem, existe um tcc semelhante ao meu na minha escola onde eles usaram um dínamo, ou seja um dínamo pode carregar uma bateria para usar no Arduíno tranquilo, e está tela solar também ajuda mais ainda no sistema, se caso for aplicável em ônibus ( já que o pensamento seria especificamente para o metro de São Paulo.

Ou seja, vou conversar com meu grupo e comunicar que alem de uma dínamo ( gostaria de saber se consigo criar uma usando o meu alternador, abrindo ele e etc. ) para nos engajarmos mais e mais, criando mais possibilidades para o uso do mesmo.

Att Caio Pereira - São Paulo

Projeto TCC - Etec Martin Luther King

circuit · 19 de maio de 2014

boa noite senhores ! vou tentar dar uma humilde contribuição que tal colocar um cata vento com certeza seu eixo rodaria muito mas e so pararia de rodar quando o veiculo parasse e o objetivo final teria um bom resultado é lógico que considerando todos os problemas que daria para vencer entre engrenagem vento e tudo mas

aphawk · 20 de maio de 2014

@kiro12,

@felipe_Eletronic , @faller,

Bem, existe um tcc semelhante ao meu na minha escola onde eles usaram um dínamo, ou seja um dínamo pode carregar uma bateria para usar no Arduíno tranquilo, e está tela solar também ajuda mais ainda no sistema, se caso for aplicável em ônibus ( já que o pensamento seria especificamente para o metro de São Paulo.

Ou seja, vou conversar com meu grupo e comunicar que alem de uma dínamo ( gostaria de saber se consigo criar uma usando o meu alternador, abrindo ele e etc. ) para nos engajarmos mais e mais, criando mais possibilidades para o uso do mesmo.

Att Caio Pereira - São Paulo

Projeto TCC - Etec Martin Luther King

Bom .... se o seu projeto vai ser implementado em um onibus, nada te impede de alocar uma foto-célula no exterior e aproveitar.

Já quanto ao alternador..... esqueçe o alternador, meu amigo !!! Ele não é um dínamo, a construção é muito mais robusta, e por isso mesmo demanda muito mais energia mecância.

Faça mesmo um dínamo !!!!! Que é muito parecido com um pequeno motor de corrente contínua. voce precisa de pouca energia para carregar um bateria e manter um Arduíno, ainda mais usando modos de economia dele.

Compre um daqueles produtos que eu te indiquei, e desmonte ele, quem sabe voce não consegue aproveitar exatamente o mecanismo dele ?

kiro12 · 22 de maio de 2014

Muito obrigado pessoal,

Conversei com meu professor responsavel pelo tcc e ele me disse para melhor aplicar uma bobina, e está bobina vou estudar a mecânica dela para usar no projeto.

Bem mas até agora vou dizer cm será a aplicação ( coisa que não disse rsrs ).

Este projeto está direcionado as catracas do metrô. Elas iriam armazenar a carga gerada da rotação da catraca em bancos de capacitores ou até mesmo baterias, então seriam usadas ; na gabine SSO ou outros lugares, já que a maioria das lampadas são de led de alto brilho, e usam muito pouca corrente (A) e para usar no sistema do NFC da catraca mesmo, em horários que não existe uma movimentação muito grande de passageiros.

Att Caio Pereira - São Paulo

Projeto TCC - Etec Martin Luther King

Ou seja : Horario de pico seria armazenada a carga / neste instante ela funcionaria com a energia comum, ITAUPU.

E nos horários em que tem pouco movimento de passageiros no metro, a carga seria utilizada em lampadas de led e para outros recursos.

aphawk · 23 de maio de 2014

@kiro12,

Bobina ????? Ou seja, o movimento da catraca vai fazer alguma coisa girar em torno da bobina, ou fazer a bobina girar em torno de alguma coisa, certo ?

Ou seja, está fazendo com que um campo magnético variável atravesse as espiras da bobina, correto ?

E porque ele nao te disse que isso é exatamente o princípio do dínamo ??????????? Kkkkkkk

Bom, divirta-se com a mecanica ! Quando precisar de algo na eletrônica poste aí .

Paulo