Transformando um carro velho em um gerador potente
(blog.arduino.cc)- Este é um projeto que aproveita uma minivan Toyota Sienna com pouco valor para rodar na estrada, mas com o motor ainda em bom estado, para transformar um veículo que seria descartado em uma fonte de energia off-grid
- Como geradores de alta qualidade podem custar de milhares a dezenas de milhares de dólares, um motor de carro antigo ainda funcionando pode ser uma alternativa barata
- Jake von Slatt pretende combinar o alternador de um gerador Harbor Freight quebrado com o motor da Sienna para criar uma saída CA de 60Hz
- Um Arduino Nano Every e uma ponte H movem o atuador do controle de cruzeiro para estabilizar o motor em torno de 3600rpm
- Reaproveitando um veículo praticamente destinado ao ferro-velho e peças de geradores antigos, a ideia é criar um gerador prático que possa ser usado fora da rede elétrica
Usando um carro prestes a virar sucata como motor de gerador
- Geradores são equipamentos caros
- Modelos pequenos e de baixa qualidade podem ser comprados por algumas centenas de dólares
- Geradores de alta qualidade custam de milhares a dezenas de milhares de dólares
- Carros antigos podem ser muito baratos, especialmente se estiverem em condições ruins para rodar na estrada
- Jake von Slatt publicou uma série de vídeos mostrando o processo de transformar um veículo quase sucateado, mas com motor funcionando, em um gerador potente
- O motor deste projeto foi retirado de uma minivan Toyota Sienna
- O veículo em si tem pouco valor para continuar em circulação
- O motor ainda funciona bem
- Tem potência suficiente para uso como gerador
- O alternador foi retirado de um gerador Harbor Freight cujo motor havia quebrado
Mantendo a saída de 60Hz com Arduino
- Para usar eletrodomésticos e ferramentas, a saída de tensão CA precisa manter 60Hz estáveis
- O sistema de controle de cruzeiro da Sienna originalmente move o acelerador para manter constante a velocidade das rodas
- Neste projeto, o mesmo sistema estabiliza o motor em 3600rpm para manter os 60Hz
- O circuito de controle é centrado na placa Arduino Nano Every e em uma ponte H
- O Arduino controla o servo motor do atuador do controle de cruzeiro por meio da ponte H
- A tensão de saída do alternador é reduzida para 5V e usada para monitorar a frequência
- Se a frequência cair, o Arduino aciona o atuador para aumentar a rotação do motor e ajustá-la até chegar a 60Hz
- Como resultado, em vez de descartar um carro e um gerador antigos, é possível reaproveitá-los como um equipamento capaz de fornecer energia off-grid
1 comentários
Comentários do Hacker News
Para fazer isso, seria melhor colocar uma caixa de engrenagens entre o motor e o gerador.
Um motor de carro pode girar a 3600 rpm, mas normalmente a melhor economia de combustível, sob carga alta, fica perto de 2000 rpm. Em cargas baixas, rotações ainda menores são mais eficientes, mas o sistema de arrefecimento de um carro talvez não seja dimensionado para aguentar carga alta por muito tempo; então fazer o motor girar a 1800 rpm e usar uma caixa de engrenagens 1:2 para obter a rotação correta no gerador parece um projeto simples e “bom o suficiente”.
Em motores mais modernos, graças a melhorias tecnológicas, a eficiência máxima pode ficar perto de 3000 rpm. Mas aqui a diferença entre a potência do motor e a potência máxima do gerador é tão grande que isso provavelmente não importa muito. Este gerador é de 5500 W, ou seja, cerca de 7,4 cv, e mesmo considerando a eficiência do gerador a carga máxima fica por volta de 8 cv. O motor de uma Toyota Sienna tem potência máxima de cerca de 200 cv; comparando com o ar-condicionado automotivo, que consome algo como 4 cv, o gerador nem chega ao dobro dessa carga. No fim, uma configuração de polias que faça o motor girar quase em marcha lenta para reduzir as perdas internas do motor parece mais adequada.
Aí é só colocar tudo sobre um palete reforçado. Essa configuração dificilmente forneceria de forma estável a demanda elétrica de uma casa comum na América do Norte por meses a fio, mas provavelmente daria conta tranquilamente do mesmo trabalho que um gerador barato fazia antes de seu suspeito motor de 150 cc quebrar.
Configuração legal. Morei em um iate por um tempo e, quando ficava nublado por vários dias, era difícil carregar as baterias com energia solar.
O pequeno motor diesel M35 Universal que eu usava tinha bastante torque, e com esse torque eu tocava um alternador de 110 V 120 A. Ele carregava as baterias como um alternador de carro, mas no meu caso carregava 6 baterias de fosfato de ferro-lítio de 12 V 200 Ah. Com essas baterias, eu mantinha por dias equipamentos “de casa” como inversor de 120 V 3000 W, ar-condicionado, geladeira, cafeteira, dessalinizador, fogão elétrico, iluminação, equipamentos de navegação, rádio, Starlink e Xbox. Se você não gostar da aparência do veículo, basta colocar só o motor em um suporte e fazer a fiação como no vídeo; para fazer o motor funcionar, tudo de que precisa é linha de combustível, ignição e compressão.
Isso porque há só alguns segundos entre o semáforo ficar verde e o carro atingir velocidade; depois disso, é necessária uma potência muito menor. Um iate pode, na prática, ser arrefecido por uma quantidade infinita de água do mar. E o motor provavelmente também precisa de um computador, o que implica precisar do sistema elétrico.
No campo dos geradores meio DIY, também vale olhar para os motores Lister e seus clones, os Listeroid.
Rodando a diesel, eles se tornam motores bastante eficientes para acionar o sistema de correias que você quiser, e dá para trocar o gerador por um moinho ou uma bomba d’água. Eles também aceitam, em sua maioria, combustíveis alternativos como biodiesel ou óleo usado; por serem simples e de baixa rotação, são duráveis e fáceis de manter.
http://www.justliveoffgrid.com/InstallationGuide.html
https://diesel-bike.com/Lister_Gen/Lister1.html
Não sei muito bem até que ponto essa modificação faz sentido. Era um gerador descartado porque o motor original tinha quebrado, e dava para instalar um motor 4 tempos de prateleira por menos de US$ 1000.
Em vez disso, ele pegou um carro que, mesmo como sucata, valeria mais ou menos metade do preço de um motor novo, somou o espaço ocupado pelo carro, a eletrônica e o custo de fabricação, e o resultado é uma estrutura que usa um motor de sucata de quase 200 cv para tocar um gerador que só consegue aproveitar no máximo uns 10 cv. A improvisação em si é excelente, mas é difícil imaginar um motivo para construir outro igual.
Se desengatar a embreagem do cruise control, o carro ainda pode rodar, e ele diz que também o usa para transportar coisas ou soldar.
Pode ser uma pergunta boba, mas híbridos como o Prius foram projetados para ser usados como uma espécie de gerador, então me pergunto se um Prius antigo não seria uma opção melhor como gerador estacionário.
Hoje já há bastante oferta e eles ficaram bem baratos. Depois de passar 5 dias sem energia após o derecho de Iowa, em agosto de 2020, entendi completamente como uma fonte de energia de emergência é importante. Não dava para encontrar geradores, e até do abrigo de animais roubaram um gerador do pátio. Gasolina e gelo também eram difíceis de achar e, como o fogão era elétrico, cozinhar era complicado. A churrasqueira a pellets também era elétrica, então não dava para usá-la, e depois de 3 dias tivemos que jogar fora toda a comida da geladeira e do freezer
O motor-gerador do Prius chega perto de mais de 90%. Talvez o motor-gerador não consiga rodar continuamente com ciclo de trabalho de 100%, mas a potência máxima é de dezenas de kW, então seria preciso uma carga bem grande. Muitos alternadores automotivos não aguentam carga máxima por muito tempo e entregam só cerca de 2 kW, então há risco. Os enrolamentos ou o regulador de tensão podem superaquecer; alguns têm proteção térmica, mas nem sempre. Dá para improvisar adicionando resfriamento forçado para ajudar a ventoinha centrífuga
https://fridge0.branchable.com/
https://fridge0.branchable.com/thermal_mass/
A saída é limitada, mas quando faltou energia por causa de uma tempestade de inverno, consegui manter o aquecimento a óleo e a internet funcionando por vários dias. Como o motor só liga quando precisa carregar a bateria híbrida, ele é muito mais eficiente que um gerador comum. Se eu colocasse um inversor adequado à bateria híbrida de 140 V, poderia extrair mais potência, mas esse método foi rápido e fácil. Tentei ligar a geladeira no lugar do aquecimento, mas o inversor desarmou por causa de um problema de aterramento. Felizmente estava frio lá fora, então deu para aguentar. Um plano de recuperação de desastres não está concluído até ser testado de ponta a ponta
Como a bateria de tração não é particularmente grande, acho que o motor ligaria com frequência se ela não fosse acoplada a um pack maior. Há também pessoas que modificam sistemas híbridos NiMH para enganá-los e fazê-los usar células LiFePO4, colocando um controlador de carga individual em cada célula. No fim, o que o sistema de controle do carro vê é apenas a tensão das células
O algoritmo de controle básico dele parece ter muito espaço para melhoria. Só de usar um controlador PID simples, já daria para reagir muito mais rápido a mudanças de carga e convergir para a posição adequada do acelerador
Foi meio frustrante ver o controlador se arrastando lentamente
“Pensei nisso e acho uma boa ideia. Quando minhas habilidades de programação melhorarem, acho que vou voltar a este projeto. Deixei um cabo USB conectado ao Arduino, então atualizar o código deve ser muito fácil!”
Talvez desse até para hackear o próprio controle de cruzeiro para fazer a “velocidade” ficar em 60 Hz
3600 rpm é bastante alto. Esse aparelho deve consumir muito combustível
Seria preciso fazer as contas para ver se ele realmente economiza dinheiro em comparação com um gerador de consumo decente. Mais do que o motor em si, também me preocupa a confiabilidade do conjunto de peças que o usuário integrou
Ele claramente sabe que isso é uma versão Mad Max de “feito com sucata que estava jogada por aí” para um problema que já foi resolvido. Conceitualmente é legal, mas tem uso muito restrito e, objetivamente, não é uma boa ideia. Usar um motor com uma ventoinha de embreagem grande e um radiador bem carenado resolveria a refrigeração até certo ponto, e para economizar combustível talvez fosse melhor usar o controle de marcha lenta do motor em rotações mais baixas. Ainda assim, é como passar batom em porco; na Harbour Freight dá para comprar um porco mais bonito
É interessante que esse tipo de trabalho muitas vezes fica fora da experiência ou do conhecimento do leitor médio do HN, mas aqui as pessoas parecem especialmente críticas
Está longe de ser uma configuração ideal, mas quem mexe com mecânica gosta de fuçar nessas coisas. Eu incluído
O DIY em si é divertido, mas, para pensar em uma escala maior, vale a pena ver este material
https://academiccommons.columbia.edu/doi/10.7916/D81N8CPF
O resumo destaca o valor de adaptar pequenos motores de pistão de combustão interna produzidos em massa para projetos de sistemas que não sejam automóveis. Parte da observação de que, quando normalizados por potência, os motores de combustão interna são 100 vezes mais baratos que as grandes usinas convencionais. Além disso, a maior parte do artigo trata de modelar, projetar, adaptar e testar motores de pistão alternativos como compressores. Aproveitando o fato de que um motor na forma existente é essencialmente um compressor alternativo, ele avalia se é possível adaptá-lo de forma econômica para uso como compressor de gás de pequena escala
Para backup de emergência ou para o uso de reserva operacional mencionado no artigo, tudo bem; mas, para geração elétrica comum, o custo operacional é muito alto. A ideia de modularização é boa, mas é um conceito que já está incluído nas usinas virtuais de energia (VPP) que estão sendo criadas hoje
Esse gerador de 2 polos é feito para um motor monocilíndrico a gasolina girar berrando a 3600 rpm
Geradores maiores são de 4 polos, então podem girar a 1800 rpm em 60 Hz e a 1500 rpm em 50 Hz. 5500 W também não é algo tão potente; é o nível de uma cabeça de gerador portátil padrão a gasolina. Um motor de carro tem potência excessiva e provavelmente não vai operar perto do ponto de melhor eficiência. A velocidade de um motor ou gerador CA é RPM = 120f/p, onde f é a frequência em Hz e p é o número de polos