Medição da Energia Elétrica de um Gerador Eólico

Medição da energia elétrica produzida por um gerador eólico utilizando o microcontrolador Arduíno Yun

Objetivo

O objetivo deste é a medição da energia elétrica produzida por um gerador eólico utilizando um microcontrolador Arduíno Yun. O sistema deve realizar a medição periódica de dados de tensão e corrente elétrica instantâneos fornecido pelo gerador eólico. A partir dos dados medidos é calculada a potência instantânea de geração, a qual é armazenada em um banco de dados com a marca de tempo de cada medição. Para a obtenção da energia produzida em um período de tempo, um algoritmo no microcontrolador Arduíno faz a integração das potências instantâneas geradas ao longo do período considerado e calcula a energia em quilowatts-hora. Também está previsto no projeto a obtenção de gráficos com a curva de geração do gerador eólico, mostrando as potências instantâneas geradas em um período de tempo. Para acesso aos dados foram utilizados algumas das potencialidades do microcontrolador Arduíno Yun, o qual possui interfaces para redes Ethernet e Wifi e capacidade de expansão de memória com um módulo micro SD. Assim, foi implementado no Arduíno Yun um mini servidor Web capaz de fornecer acesso aos dados diretamente via Internet. O aproveitamento da energia do gerador eólico é utilizado em uma iluminação decorativa no jardim do Campus.

Equipe

Professor orientador

• Evandro Cantú

Alunos voluntários

• Frederik Nazario Moschkowich (CST Análise e Desenvolvimento de Sistemas - 5^o Semestre)
• Eduardo Alexandre Nunes dos Santos (TADS - 1^o Sem - Bolsista PBIS)
• Joabe Domingos de Oliveira (TADS - 1^o Sem - Bolsista PBIS)

Gerador elólico

O gerador eólico utilizado neste projeto faz parte do conjunto snws02-12/24.

O gerador eólico tem as seguintes características:

• Potência: 50W
• Tensão nominal: 12V CC / 24V CA
• Corrente nominal: 4,4A CC / 2,2A CA
• Gerador: Trifásico
• Velocidade: 1050rpm
• Velocidade do vento para sair da inércia: 3 m/s
• Velocidade nominal do vento: 12 m/s

Potência trifásica

O potência de um sistema trifásico com carga resistiva é dada pela relação:

$P_{3\phi }={\sqrt {3}}V_{L}I_{L}$

onde:

• $V_{L}$ tensão de linha
• $I_{L}$ corrente de linha

ou

$P_{3\phi }=3V_{F}I_{F}$

onde:

• $V_{F}$ tensão de fase
• $I_{F}$ corrente de fase

Medição da potência trifásica

Em um sistema trifásico balanceado um único wattímetro é suficiente para medir a potência, pois a potência de cada fase é a mesma. Portanto, a potência total é três vezes a leitura do wattímetro.

Método dos dois wattímetros

Em um sistema trifásico desbalanceado (funciona também num sistema balanceado) pode-se usar dois wattímetros utilizando como ponto comum uma das fases. Neste caso, a potência total do sistema será a soma das potências de cada wattímetro.

Também pode-se utilizar voltímetros e amperímetros, uma vez que a potência é o produto da tensão e da corrente.

Medição da potência do gerador trifásico com Arduíno

A medição da potência trifásica gerada pelo gerador eólico será realizada através do método dos dois wattímetros, no caso utilizando medidas de tensão de linha (fase-fase) e corrente linha, conforme o desenho acima.

A potência será dada pela expressão:

$P_{3\phi }=V_{1L}I_{1L}+V_{2L}I_{2L}$

Medição da tensão de linha

Será utilizado um divisor de tensão, convertendo a tensão de pico do gerador para os 5V da entrada analógica do Arduíno.

Medição da corrente de linha

Será utilizado o sensor de corrente de efeito hall ACS712.

Material técnico de referência

Materiais na Wiki

Arduíno

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