Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ
ANDRÉS MARTIN SAMWAYS VALINAS
CARLOS EDUARDO MOREIRA
GUILHERME ORSO
AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL
CURITIBA
2016
ANDRÉS MARTIN SAMWAYS VALINAS
CARLOS EDUARDO MOREIRA
GUILHERME ORSO
AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL
Trabalho apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica, da Universidade Tuiuti do Paraná, como Trabalho de Conclusão de Curso 2.
Professor Orientador: Tiago José Antoszczyszyn
CURITIBA
2016
AGRADECIMENTOS
Agradecemos a Deus, as nossas famílias, aos amigos e professores.
In memoriam, Nono Beja e Vó Ady, vocês sempre estarão em nossos corações.
RESUMO
O presente trabalho exterioriza o estudo e o desenvolvimento de um transformador mecânico da energia cinética do vento em energia elétrica. No primeiro momento são aplicadas as ferramentas de pesquisas de mercado para conhecer os possíveis clientes e concorrentes, análises de riscos do projeto e desenhos técnicos, além da história ao longo do tempo e o futuro da energia eólica no Brasil e no mundo. Em seguida é realizado um estudo sobre os fundamentos dos aerogeradores, dos ventos, da geração de energia e é abordado a questão do preço da energia e sua legislação. O desenvolvimento do projeto contempla o estudo dos perfis das pás, a construção do protótipo, os materiais utilizados e o investimento realizado. Os testes foram realizados no túnel de vento, avaliando seu desempenho em diferentes velocidades e distancias. Finalizando com as possíveis melhorias que podem ser realizadas nas próximas etapas. Palavras-chave: Aerogerador, perfil de pá, ventos, ângulo de ataque
LISTA DE EQUAÇÕES
EQUAÇÃO 1 – ÂNGULO DE ATAQUE ..................................................................... 56
EQUAÇÃO 2 – CONVERSÃO JOULE EM WATT ..................................................... 58
EQUAÇÃO 3 - FORÇA .............................................................................................. 58
EQUAÇÃO 4 - ENERGIA .......................................................................................... 58
EQUAÇÃO 5 – ENERGIA CINÉTICA ........................................................................ 60
EQUAÇÃO 6 - TVP ................................................................................................... 60
EQUAÇÃO 7 – TAMANHO DAS PÁS ....................................................................... 60
EQUAÇÃO 8 – TAMANHO DAS PÁS 2 .................................................................... 60
EQUAÇÃO 9 – POTENCIA MECANICA EXTRAIDA DO VENTO ............................. 61
EQUAÇÃO 10 - RPM ................................................................................................ 63
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – MOINHO DE VENTO ............................................................................ 14
FIGURA 2 – PREVISÃO DE CRESCIMENTO ENERGÉTICO .................................. 15
FIGURA 3 – GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA NO BRASIL ................................... 16
FIGURA 4 - FORMAÇÃO DOS VENTOS DEVIDO AO DESLOCAMENTO DAS
MASSAS DE AR ....................................................................................................... 33
FIGURA 5 – AEROGERADOR .................................................................................. 36
FIGURA 6 – FONTE EVOLUÇÃO ENERGIA EÓLICA .............................................. 37
FIGURA 7 - MOTOR CC ........................................................................................... 41
FIGURA 8 – MOVIMENTO MOTORES CC............................................................... 42
FIGURA 9 - ESPIRAS ............................................................................................... 43
FIGURA 10 - GERADOR........................................................................................... 44
FIGURA 11 – REPRESENTAÇÃO DE UM PERFIL ALAR ....................................... 45
FIGURA 12 – CONVENÇÃO GÖNTTINGEN (ESQUERDA) E NACA (DIREITA) ..... 45
FIGURA 13 – TURBINA DE SUSTENTAÇÃO .......................................................... 47
FIGURA 14 – FORÇAS AERODINÂMICAS QUE ATUAM SOBRE UMA PÁ
EXPOSTA A UMA CORRENTE ................................................................................ 47
FIGURA 15 – REPRESENTAÇÃO DO STOL ........................................................... 48
FIGURA 16 – FORÇAS DE SUSTENTAÇÃO E DE ARRASTE NA PÁ .................... 50
FIGURA 17 - CURVA POLAR DE UM DETERMINADO PERFIL .............................. 51
FIGURA 18 - DISTRIBUIÇÃO DE UM PERFIL AERODINÂMICO ............................ 51
FIGURA 19 - ESQUEMA DAS FORÇAS AERODINÂMICAS RESULTANTES DAS
FORÇAS QUE GIRAM A PÁ ..................................................................................... 52
FIGURA 20 – PÁ EM 3D ........................................................................................... 54
FIGURA 21 – REPRESENTAÇÃO NO SOLIDWORKS ............................................ 55
FIGURA 22 – FLUXO DE AR ATRAVÉS DE UMA ÁREA TRANSVERSAL.............. 59
FIGURA 23 – PERDAS DE VELOCIDADE DO VENTO NA PASSAGEM POR UM
CONJUNTO DE PÁS ................................................................................................ 59
FIGURA 24 – FORÇAS ATUANTES EM UMA PÁ DE TURBINA ............................. 61
FIGURA 25 – DEFINIÇÃO TVP ................................................................................ 63
FIGURA 26 – PREÇO DA ENERGIA ........................................................................ 67
FIGURA 27 – FABRICAÇÃO DA ESTRUTURA ........................................................ 71
FIGURA 28 – CORTE A LASER ............................................................................... 72
FIGURA 29 – PERFIS CORTADOS .......................................................................... 72
FIGURA 30 – ESPUMA EXPANSIVA APLICADA ..................................................... 73
FIGURA 31 – CORTANDO ESPUMA ....................................................................... 73
FIGURA 32 – LIXANDO A ESPUMA ......................................................................... 74
FIGURA 33 – ESPUMA LIXADA ............................................................................... 74
FIGURA 34 – LIXANDO A MASSA PLASTICA ......................................................... 75
FIGURA 35 – COMPARATIVO DAS PÁS ................................................................. 75
FIGURA 36 – COMPARATIVO DAS PÁS 2 .............................................................. 76
FIGURA 37 – PÁ FINALIZADA ................................................................................. 76
FIGURA 38 - MOTOR ............................................................................................... 77
FIGURA 39 - AEROGERADOR PRONTO PARA OS TESTES ................................ 77
FIGURA 40 – TÚNEL DE VENTO ............................................................................. 78
FIGURA 41 – AJUSTANDO O ÂNGULO DA PÁ ....................................................... 78
FIGURA 42 – POSICIONAMENTO DO AEROGERADOR........................................ 79
FIGURA 43 – MARCAÇÃO PARA OS TESTES ....................................................... 79
FIGURA 44 – MEDIDOR DE FREQUENCIA ............................................................. 80
LISTA DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1 – CRESCIMENTO ENERGÉTICO ........................................................ 17
GRÁFICO 2 – EMPRESAS QUE ATUAM NO MERCADO NACIONAL .................... 20
GRÁFICO 3 – CONSUMO DE ENERGA EM REAIS ................................................ 22
GRÁFICO 4 – TIPOS DE ENERGIA RENOVÁVEL .................................................. 22
GRÁFICO 5 – INTERESSE EM UM AEROGERADOR ............................................. 23
GRÁFICO 6 – VALOR INVESTIDO ........................................................................... 23
GRÁFICO 7 – EVOLUÇÃO DO TAMANHO DOS AEROGERADORES COMERCIAIS
.................................................................................................................................. 31
GRÁFICO 8 – TENSÃO X VELOCIDADE DO VENTO................................................81
GRÁFICO 9 – RPM X VELOCIDADE DO VENTO......................................................82
GRÁFICO 10 – TENSÃO X RPM................................................................................82
GRÁFICO 11 – RPM X VELOCIDADE DO VENTO....................................................83
GRÁFICO 12 – TENSÃO X VELOCIDADE DO VENTO..............................................84
GRÁFICO 13 – RPM X VELOCIDADE DO VENTO....................................................84
GRÁFICO 14 – TENSÃO X RPM................................................................................85
GRÁFICO 15 – RPM AEROGERADOR X FREQUENCIA TUNEL DE VENTO...........85
GRÁFICO 16 – TENSÃO 1 X TENSÃO 2....................................................................86
GRÁFICO 17 – RPM AEROGERADOR 1 X AEROGERADOR 2................................87
GRÁFICO 18 – TENSÃO X VELOCIDADE DO VENTO..............................................88
GRÁFICO 19 – RPM X VELOCIDADE DO VENTO....................................................89
GRÁFICO 20 – TENSÃO X RPM................................................................................89
GRÁFICO 21 – RPM AEROGERADOR X FREQUENCIA TUNEL DE VENTO...........90
GRÁFICO 22 – TENSÃO 1 X TENSÃO 2 ...................................................................90
LISTA DE QUADROS
QUADRO 1 – QFD .................................................................................................... 25
QUADRO 2 - MATRIZ DE DECISÃO ...................................................................... 26
QUADRO 3 – INTEGRAÇÃO CUMULATIVA ............................................................ 32
LISTA DE SÍMBOLOS
MW Megawatts
GW Giga watts
M/s Metros por segundo
KWh Quilowatt-hora
𝐽 Joule
E Energia cinética
M Massa
V Velocidade
P Potência do vento
𝜌 Massa específica do ar [kg/m³]
A Área de seção transversal
Cp Coeficiente de potência
𝜆 Razão entre a velocidade tangencial da ponta da pá e a velocidade do vento incidente
𝜔𝑤𝑡 Velocidade angular da turbina eólica
𝑅 Raio da turbina eólica
A Área varrida pelo rotor da turbina eólica
Rpm Rotações por minuto
D Diâmetro do rotor
W Velocidade relativa
𝑈𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙 Velocidade no sentido axial
Utan Velocidade tangencial
ua Velocidade axial induzida
ut Velocidade tangencial induzida
𝛼 Fator de interferência axial
𝛼′ Fator de interferência tangencial
Rotação angular
r Raio local
Ângulo de fluxo
Velocidade angular
dFN Força normal no elemento de pá
dFt Força tangencial no elemento de pá
B Número de pás
CN Coeficiente de força normal
CT Coeficiente de força tangencial
CL Coeficiente de sustentação
CD Coeficiente de Arrasto
dm Fluxo Mássico
u1 Velocidade distante atrás do motor
u Velocidade axial
λ Relação de velocidade de pontas
λr Relação de velocidades local
R Raio da turbina
Ângulo de ataque
Ângulo de passo
Solidez
𝐹𝑆 Força de sustentação;
𝐹𝑎 Força de arraste;
𝐶𝑆 Coeficiente de sustentação (para um ângulo de ataque específico);
𝐶𝑎 Coeficiente de arraste (para um ângulo de ataque específico);
𝛼𝐴 Ângulo de ataque
𝛽 Ângulo de velocidade resultante (vento- velocidade rotativa da seção da pá);
𝐹𝑆 Força de sustentação;
𝐹𝑎 Força de arraste;
𝐹𝑟 Força radial;
𝐹𝑎𝑥 Força axial;
Rot Rotação
Pos Posição
TVP Taxa de velocidade da ponta
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – BENCHMARKING ................................................................................ 19
TABELA 2 – CAPACIDADE INSTALADA DE ENERGIA EM 2014 ........................... 21
TABELA 3 – AEROFÓLIOS NREL ............................................................................ 53
TABELA 4 - COORDENADAS .................................................................................. 54
TABELA 5 - NCRIT ................................................................................................... 56
TABELA 6 – DEFINIÇÃO ÂNGULO DE ATAQUE .................................................... 57
TABELA 7 - RPM ...................................................................................................... 63
TABELA 8 – CUSTOS PREVISTOS ......................................................................... 65
TABELA 9 – RESULTADOS OBTIDOS NOS TESTES A 500MM ............................ 81
TABELA 10 – RESULTADOS OBTIDOS NOS TESTES A 1000 .............................. 83
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 14
2. BENCHMARKING ........................................................................................ 18
3. PESQUISA DE MERCADO .......................................................................... 20
3.1 EMPRESAS ATUANTES ............................................................................. 20
3.2 GERAÇÃO DE ENERGIA NO PAIS ............................................................. 21
3.3 PESQUISA COM PUBLICO ALVO ............................................................... 21
4. QFD .............................................................................................................. 24
5. MATRIZ DE DECISÃO ................................................................................. 26
6. FMEA ........................................................................................................... 27
6.1 FMEA SYSTEM ............................................................................................ 27
6.2 FMEA DESIGN ............................................................................................. 27
7. ENERGIA EÓLICA ....................................................................................... 29
7.1 FUNDAMENTOS DA ENERGIA EÓLICA ..................................................... 30
7.1.1 Potencial Eólico Brasileiro ............................................................................ 31
7.1.2 O vento ......................................................................................................... 32
7.1.3 Ventos em Curitiba ....................................................................................... 34
7.1.4 O Ruído ........................................................................................................ 34
7.2 FUNDAMENTOS DO AEROGERADOR ....................................................... 35
7.2.1 Rotores de eixo horizontal ............................................................................. 36
8. GERAÇÃO DE ENERGIA ............................................................................. 38
8.1 MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA E CONTÍNUA ............................ 38
8.1.1 Motores de corrente alternada (CA) .............................................................. 39
8.1.2 Motor ou gerador síncrono ............................................................................ 39
8.1.3 Princípio de funcionamento ........................................................................... 40
8.1.4 Motores assíncronos ..................................................................................... 40
8.1.5 Motor de corrente continua ............................................................................ 40
8.1.6 Tipos de motores de corrente contínua ......................................................... 43
8.2 GERAÇÃO DE ENERGIA .............................................................................. 43
9. PERFIL DAS PÁS ......................................................................................... 45
9.1 FORÇAS AERODINÂMICAS ......................................................................... 46
9.2 FLUXO DE AR NO PERFIL ............................................................................ 47
9.3 FENÔMENO DE ESTOL ................................................................................ 50
9.4 DEFINIÇÃO PERFIL DA PÁ ........................................................................... 52
10. ÂNGULO DE ATAQUE ................................................................................... 56
10.1 DEFINIÇÃO DO ÂNGULO DE ATAQUE............................................................57
11. DESENVOLVIMENTO MATEMÁTICO ........................................................... 58
11.1 ENERGIA E POTÊNCIA .................................................................................. 58
11.2 RPM ................................................................................................................ 62
12. CUSTOS ......................................................................................................... 64
12.1 CUSTOS AEROGERADOR ......................................................................... 64
12.2 CUSTOS DA ENERGIA ................................................................................... 65
12.3 PESQUISA DE MERCADO – PREÇO DA ENERGIA ...................................... 66
13. ANEEL ............................................................................................................ 69
14. CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO .................................................................. 71
15. TESTES .......................................................................................................... 78
16. CONCLUSÃO ................................................................................................. 92
17. PROJETOS FUTUROS ................................................................................... 94
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 95
APENDICÊS ............................................................................................................. 97
14
1. INTRODUÇÃO
Ao longo dos anos, o homem aprendeu também a produzir luz, calor e
movimento a partir de outros recursos naturais - as chamadas fontes de energia
primária, como a água, o carvão, o gás e o petróleo. Esses recursos podem ser
renováveis ou não-renováveis. Ao chegar aos consumidores, na cidade ou no campo,
a energia recebe a denominação de energia final.
Energia renovável é aquela originária de fontes naturais que possuem a
capacidade de regeneração (renovação), ou seja, não se esgotam. A energia eólica
é uma forma de energia cinética produzida pelo aquecimento diferenciado das
camadas de ar, originando uma variação da massa especifica e gradientes de
pressão.
É datado por volta de 200 A.C, o primeiro registro histórico da utilização da
energia eólica para bombeamento de água e moagem de grãos através de cata-
ventos na Pérsia. Tratava-se de um cata-vento de eixo vertical. Esse tipo de moinho
de eixo vertical difundiu-se pela região islâmica sendo utilizado por diversos séculos.
Existem indícios que levam a crer que antes da invenção dos cata-ventos na Pérsia,
como mostra um exemplo a figura 1, a China (2000 A.C.) e o Império Babilônico (1700
A.C.) também utilizavam cata-ventos rústicos para irrigação (SHEFHERD, 1994).
FIGURA 1 – MOINHO DE VENTO
FONTE: SHEFHERD, 1994
A primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública foi instalada
em 1976, na Dinamarca. Atualmente, existem mais de 30 mil turbinas eólicas em
operação no mundo. Em 1991, a Associação Europeia de Energia Eólica estabeleceu
como metas a instalação de 4.000 MW de energia eólica na Europa até o ano 2000 e
15
11.500 MW até o ano 2005. Essas e outras metas estão sendo cumpridas muito antes
do esperado (4.000 MW em 1996, 11.500 MW em 2001). As metas atuais são de
40.000 MW na Europa até 2020. Nos Estados Unidos, o parque eólico existente é da
ordem de 4.600 MW instalados e com um crescimento anual em torno de 10%. Estima-
se que em 2020 o mundo terá 12% da energia gerada pelo vento, com uma
capacidade instalada de mais de 1.200GW (WIND FORCE, 2003).
Segundo a Equipe de Pesquisa Energética, aponta uma expansão média
anual de 4,3% no consumo de energia elétrica no período 2012-2022, esse
crescimento pode ser visto como o efeito combinado de um crescimento médio de
2,4% ao ano o número de consumidores e de um consumo por consumidor
expandindo a um ritmo de 1,9% ao ano (EPE, 2015).
Observa-se, na figura 2 que o consumo por consumidor residencial no Brasil,
ao final do horizonte (2022), deverá situar-se em torno de 191 kWh/mês.
FIGURA 2 – PREVISÃO DE CRESCIMENTO ENERGÉTICO
FONTE: MME, 2012
Com o intuito de dar rapidez aos projetos de ampliação de geração e de
transmissão de energia no pais, o Governo Federal lançou o Programa de
Investimento em Energia Elétrica (PIEE), que prevê a aplicação de R$186 bilhões
entre agosto de 2015 a dezembro de 2018. Do Total, R$116 bilhões serão investidos
em obras de geração. Ao ampliar a oferta de energia, o governo busca ampliar a
competitividade do setor, de forma a reduzir o custo da energia no país. Com os novos
16
projetos de geração de energia a serem contratados, serão investidos R$ 42 bilhões
até 2018, e outros R$ 74 bilhões após 2018. Essas obras vão aumentar entre 25 mil
megawatts (MW) e 31,5 mil MW a energia fornecida ao sistema (MME, 2014).
A energia eólica tem sido uma das prioridades do Governo Federal do Brasil,
a figura 2 a seguir mostra a produção de energia através do vento no país. Por meio
do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) foram feitos
financiamentos para 291 novos parques eólicos entre 2005 e 2014, agregando mais
7,5 mil megawatts na capacidade instalada do país, a figura 3 mostra o mercado de
energia eólica no território nacional (MME, 2015).
FIGURA 3 – GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA NO BRASIL
FONTE: ABEEÓLICA, 2010
17
Com isso, a expectativa é de que até 2023 as usinas eólicas sejam
responsáveis por 11,4% da produção elétrica do país, o que representa uma potência
instalada de 22,4 mil MW, assim ilustrado no gráfico 1.
GRÁFICO 1 – CRESCIMENTO ENERGÉTICO – FONTE: MME, 2015, ADAPTADO
O projeto tem como objetivo o desenvolvimento de um transformador
mecânico da energia cinética do vento em energia elétrica. O projeto visa adaptar a
tecnologia já existente de conversão de energia em um protótipo de aerogerador.
0,220,8
2,45
11,4
2009 2012 2014 2023
18
2. BENCHMARKING
Processo contínuo e sistemático que permite a comparação das performances das organizações e respetivas funções ou processos face ao que é considerado 'o melhor nível', visando não apenas a equiparação dos níveis de performance, mas também a sua ultrapassagem (COMISSÃO EUROPEIA, 1996).
A ferramenta Benchmarking consiste na pesquisa dos melhores métodos
utilizados nos diferentes processos de negócio e funções empresariais, com especial
ênfase naquele cujo impacto, no desempenho, permite assegurar e sustentar
vantagens competitivas.
Através da pesquisa de benchmarking, na tabela 1 é possível analisar uma
diferença muito gritante de valores e potência de cada gerador encontrado no
mercado. Verificando os resultados pode-se notar que quanto maior o valor do
aerogerador maior será a sua potência gerada. Com relação ao diâmetro do rotor,
varia entre 1,17 m até 7,2 m, no peso vê-se uma variação que vai de 5,9 Kg até 77
Kg, a vida útil de todos os aerogeradores pesquisados equiparam-se em 20 anos, a
potência nominal por sua vez varia entre 0,16 KWh/mês à 9,17 KWh/mês, o vento
nominal tem uma certa semelhança entre os aerogeradores variando de 9,4 m/s à
12,5 m/s, o vento limite ou seja a velocidade que o aerogerador suporta sem
apresentar danos varia entre 40m/s até 63m/s, o vento mínimo não apresenta muita
diferença entre os aerogeradores pesquisados variando entre 2,2 m/s e 3,5 m/s , o
número de pás é igual entre eles sendo todos equipados com três pás.
19
FO
TO
MA
RC
AP
RE
ÇO
DIA
ME
TR
O D
O
RO
TO
R (
m)
PE
SO
(k
g)
VID
A Ú
TIL
(a
no
s)
PO
TÊ
NC
IA
NO
MIN
AL
(kW
h/m
ês
)
VE
NT
O
NO
MIN
AL
(m
/s)
VE
NT
O L
IMIT
E
(m/s
)
VE
NT
O M
ÍNIM
O
(m/s
)N
º P
ÁS
1S
kys
tre
am
Ma
rine
54
.95
0,0
0R
$
3.7
27
72
0 a
no
s2
.49
.46
33
.53
2A
ir 4
04
.99
9,0
0R
$
1.1
75
.92
00
,16
12
.54
9.2
2.6
83
3X
ZE
RE
S 4
4S
2R
42
5.0
00
,00
R$
7.2
x2
09
.17
1
1x
2.2
3
4X
ZE
RE
S 5
01
.39
7.8
45
,00
R$
16
.55
5.5
20
51
11
x3
.53
5IS
TA
BR
EE
ZE
I-
50
01
.50
0,0
0R
$
1.3
24
.52
00
,41
2.5
45
33
6N
ew
Bre
eze
6.5
90
,00
R$
2.7
20
.32
01
,51
24
03
.53
7F
D 1
00
02
4.0
00
,00
R$
X1
8.5
20
0,6
12
45
33
TABELA 1 – BENCHMARKING – FONTE: ENERGIA PURA, 2015
20
3. PESQUISA DE MERCADO
A Pesquisa de Mercado é uma ferramenta importante para que você obtenha
informações valiosas sobre o mercado em que atua ou pretende atuar. Quanto maior
o seu conhecimento sobre o mercado, clientes, fornecedores, concorrentes, melhor
será o desempenho do seu empreendimento. Serve também, para dimensionar o
mercado, identificar o segmento de mercado mais lucrativo, detectar novas
tendências, avaliar a performance de seus produtos e serviços, identificar a
quantidade ou volume que o mercado é capaz de absorver e a que preços esses
produtos poderão ser vendidos.
A pesquisa foi dividida em três etapas: a primeira era descobrir as empresas
atuantes no mercado, a segunda etapa foi buscar dados sobre a geração de energia
no pais e por último a pesquisa de campo, entrevistando o público alvo do produto.
3.1 EMPRESAS ATUANTES
A primeira etapa foi pesquisar dentro do mercado as possíveis empresas
concorrentes, que já tenham um produto semelhante e/ou produzem peças para o
mercado energético. A pesquisa mostrou que somente em 2014, 95 novos parques
eólicos foram construídas, com a capacidade instalada em torno de 2.5GW. Até o final
de 2014, o Brasil acumula uma capacidade de produção eólica de 5.9 GW em 237
parques eólicos.
GRÁFICO 2 – EMPRESAS QUE ATUAM NO MERCADO NACIONAL – FONTE: ABEEOLICA, 2014
21
O gráfico 2, mostra a capacidade instalada de geradores eólicos no mercado
nacional por fornecedor, conforme dados coletados em 2014. O destaque vai para as
cinco gigantes: Gamesa, Siemens, GE, Alstom e Suzlon que somadas dominam mais
da metade do mercado nacional.
3.2 GERAÇÃO DE ENERGIA NO PAIS
A segunda etapa, foi mapear a capacidade instalada de geração no pais. A
tabela 2, mostra que o Rio Grande do Norte se destaca. Ao final de 2014 sua
capacidade acumulada de geração ficara em torno de 2092 MW. Já o Paraná tinha
uma previsão de crescimento de 2.5 MW até o final de 2014.
ESTADO CAPACIDADE INSTALADA EM
2014 (MW) CAPACIDADE ACUMULADA ATE
O FIM DE 2014 (MW)
BAHIA 342.8 931.4
CEARÁ 572.2 1233.2
PARAÍBA - 69
PERNAMBUCO 79.9 104.7
PIAUÍ 70 88
PARANÁ - 2.5
RIO DE JANEIRO - 28.1
RIO GRANDE DO NORTE 751.6 2092
RIO GRANDE DO SUL 654-9 1118.8
SANTA CATARINA - 263.4
SERGIPE - 34.5
TABELA 2 – CAPACIDADE INSTALADA DE ENERGIA EM 2014 - FONTE: ABEEOLICA, 2014
3.3 PESQUISA COM PUBLICO ALVO
E por fim, a terceira e última etapa foi a definição do público alvo, isso é
essencial porque os produtos existem, em primeiro lugar, para satisfazer a uma
necessidade do cliente. A entrevista foi realizada na cidade de Curitiba-PR, com 60
pessoas, sendo 45 homens e 15 mulheres, entre 18 e 50 anos. Uma cópia do
questionário se encontra em apêndice B.
O estudo mostrou que 98% dos entrevistados considera que a energia elétrica
no Brasil está cara. Cerca de 18% tem um consumo médio de até R$100 reais em sua
residência, em quanto isso 52% gastam entre R$100 e R$ 200 reais e outros 30% tem
22
um gasto acima de R$200 por mês, como mostra o gráfico 3. Para tentar reduzir esses
gastos, apenas 41% das pessoas realizam algum tipo de racionamento em casa.
GRÁFICO 3 – CONSUMO DE ENERGA EM REAIS – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2015
Outra forma de economia é apostar em outras fontes de energia,
especificamente nas renováveis. De acordo com os resultados, 88% dos entrevistados
já ouviram falar a respeito de energia renováveis e 91% estaria disposto a investir em
algum tipo de fonte de energia renovável para sua casa ou comércio. O tipo de energia
renovável mais popular entre os entrevistados é a energia solar, cerca 65%
escolheram ela, 33% preferem a eólica, enquanto outros 2% apostariam em outros
tipos como biomassa, como mostra o gráfico 4.
GRÁFICO 4 – TIPOS DE ENERGIA RENOVÁVEL – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2015
Credita-se a escolha da energia solar como a principal, algumas reclamações
em relação ao ruído produzido pelo aerogerador, 43% dos entrevistados não possuem
espaço físico suficiente para a instalação do mesmo e também o fato de que é a
ate R$10018%
entre R$100 e R$20052%
acima de R$20030%
ate R$100 entre R$100 e R$200 acima de R$200
EOLICA33%
SOLAR65%
OUTROS:2%
EOLICA SOLAR OUTROS:
23
energia solar é a mais comum nas propagandas de rádio e tv. Apesar do lançamento
do Plano Nacional de Energia, 86% dos entrevistados acredita que o governo federal
não incentiva o uso de recursos renováveis e 94% nunca ouviu falar sobre algum
programa de investimento em energias renováveis.
Focando agora na premissa do projeto que é a geração de energia através da
transformação mecânica da energia cinética do vento em energia elétrica, cerca de
68% tem interesse na instalação de um mini aerogerador em casa ou na sua empresa.
Dentro desse nicho 59% dos entrevistados estariam dispostos a investir em energia
eólica, como mostra o gráfico 5.
GRÁFICO 5 – INTERESSE EM UM AEROGERADOR – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2015
Sendo que 70% dos entrevistados investiria até R$1500,00 reais, 27%
investiria até R$5000,00 reais e 3% investiria acima de R$5000,00, esses valores
apresentados no gráfico 6.
GRÁFICO 6 – VALOR INVESTIDO – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2015
SIM68%
NÃO25%
OUTROS7%
SIM NÃO OUTROS
ate R$1500,00
70%
ate R$5000,00
27%
acima de R$ 5000,00
3%
ate R$1500,00 ate R$5000,00 acima de R$ 5000,00
24
4. QFD
O QFD pode ser conceituado como, segundo Cheng, Melo Filho (2007) "uma
forma de comunicar sistematicamente informação relacionada com a qualidade e de
explicitar ordenadamente trabalho relacionado com a obtenção da qualidade, tem
como objetivo alcançar o enfoque da garantia da qualidade durante o desenvolvimento
de produto e é subdividido em Desdobramento da Qualidade (QD) e Desdobramento
da Função Qualidade no sentido restrito (QFDr)" (CHENG, 2007).
A aplicação deste método tem sido feita mais nas etapas iniciais do processo
de desenvolvimento de produtos. Entretanto, há uma aplicação relatada na etapa de
preparação para produção, porém não na indústria de materiais.
Através da pesquisa de mercado e a pesquisa com os clientes definiu-se que
para atender as necessidades dos clientes eram necessárias cinco diferentes
categorias: design, manutenção, durabilidade, funcionamento, financeiro. A ordem de
importância foi definida como 5% para o Design, 10% para o financeiro, 25% para
manutenção e durabilidade e 35% para o funcionamento.
O funcionamento recebeu a maior carga de importância pois, o cliente estará
contratando um serviço e espera nada menos o que foi vendido, como por exemplo a
potência desejada, eficiência e não haver mais ruído do que o especificado em
manual.
A durabilidade e a manutenção receberam a mesma carga pois são
diretamente ligadas, caso o projeto não tenha a durabilidade calculada e especificada
alcançada a manutenção tem que suprir essa deficiência com a assistência técnica e
peças de reposição, por exemplo. Por último, mas não menos importante, o financeiro
e o design. O preço é essencial para competir no mercado com as empresas já
existentes, mas mais importante do que isso, o que o cliente espera é qualidade. O
design entra como requisito do cliente por causa das dimensões, acabamento, mas o
número de pás ideal será calculado ao longo do projeto.
O requisito técnico mais importante, calculada através das notas dadas e a
importância dada para cada um dos tópicos, foi a potência. Em segundo vem a
vibração, caso o equipamento vibre muito ele afetará, segundo as pesquisas, o
desempenho do aerogerador, podendo até mesmo causar deterioração e reduzir a
sua vida util. No terceiro lugar, está a dimensão das pás. Todos os dados em relação
as pás, número ideal entre outros dados serão calculados, como citado anteriormente.
25
Para outros resultados, assim como analise do telhado e suas pontuações,
analisar o quadro 1.
QUADRO 1 – QFD – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2015
Direção de Relação
Núm
ero
da li
nha
Co
mo
é
Parâ
metr
os d
e p
roje
to
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1
1 5 5 5 0 0 3 3 0 0 0 5 1 3 0 0,05
2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 0,1
3 3 5 5 3 3 1 1 1 5 5 5 5 5 5 0,05
4 3 0 0 5 5 3 5 5 1 5 1 1 1 5 0,03
5 5 5 5 3 5 5 5 0 3 5 5 3 5 1 0,04
6 5 5 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0,03
7 0 5 5 5 5 5 3 5 0 5 0 0 5 5 0,06
9 1 1 1 5 5 1 5 5 3 3 5 1 5 0 0,02
10 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 5 0 0,02
11 0 0 0 1 0 0 3 0 5 0 3 0 5 0 0,02
12 5 0 0 3 1 1 0 5 5 0 1 0 5 1 0,02
13 0 0 0 5 5 0 0 0 0 0 3 3 5 0 0,05
14 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 0,06
15 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 0,15
16 5 5 5 1 1 5 5 5 0 5 5 1 5 5 0,1
17 5 5 5 5 5 5 3 5 3 5 5 1 5 3 0,06
18 3 3 3 5 5 1 1 1 1 1 3 3 5 1 0,01
19 3 1 3 1 1 5 3 3 1 3 3 3 5 5 0,01
20 3 3 5 5 5 5 3 5 0 5 3 3 5 5 0,01
21 1 1 1 0 0 0 3 0 1 0 5 5 0 0 0,01
22 5 5 5 5 5 1 5 0 5 5 5 5 5 0 0,05
23 5 5 5 5 5 5 3 3 5 5 5 5 5 0 0,05
mm
mm
Gra
us
anos
anos
Gra
mas
HR
C
RP
M
mm
³
m/s
²
Unid
ade
Kg
Watts
Mpa
3,7 3,9 3,8 3,7 3,7 3,5 3,5 3,3 2,9 3,9 3,8 2,9 4,4 3,1
8 3 5 7 6 10 9 11 13 2 4 13 1 12
Vib
ração
Peças p
adro
niz
adas
Peso
Potê
ncia
Isola
mento
das p
art
es e
létr
icas
Vid
a u
til dos r
ola
mento
s
Bala
nceam
ento
das p
art
es r
ota
tivas
Mate
rial das p
ás
Rota
ção d
as p
ás
Esfo
rço s
obre
as p
ás
Import
ância
para
o c
liente
Certificação ambiental
Proteção contra choques elétricos
Temperatura do conjunto
Desig
n
5%
Certificação de qualidade
Dim
ensão d
o r
oto
r
Dim
ensão d
a p
á
Angula
ção d
a p
á
Design
Funcio
nam
ento
35%
Fin
anceiro
10%
Vazão
Alta potência
Manual simplificado
Baixo ruído
Resistência a água
Garantia
CLASSIFICAÇÃO POR IMPORTÂNCIA
Baixa vibração
Mobilidade
Preço do Produto
Preço da Manutenção
Dura
bili
dade 2
5%
Eficiência
UNIDADES
VALOR DE IMPORTÂNCIA
Velocidade do vento (resistência)
Vid
a u
til do e
quip
am
ento
Manute
nção 2
5% Assistência técnica
Peças de reposição
Frequencia de Quebra
Preço
Acessibilidade para reparos
O que éNecessidade do Consumidor
26
5. MATRIZ DE DECISÃO
A Matriz de Decisão é uma ferramenta que permite uma rápida análise através
de critérios que favorecem uma visão mais ampla e coerente de várias alternativas.
Dentro do nicho de mercado pesquisado, dois tipos de aerogeradores se
destacam como os principais e um vem surgindo como novidade. Os aerogeradores
horizontais, são eles os mais tradicionais no mercado, os verticais mais utilizados para
pequenos espaços e lugares que não possuem tanto vento. A diferença principal entre
eles além do design é a eficiência, enquanto o horizontal possui uma eficiência
energética de 80%, já o outro possui uma eficiência de apenas 20%. O terceiro citado,
é o que aproveita a vibração que o atrito do vento gera. É uma tecnologia pioneira,
cara, mas que daqui alguns anos pode ser um dos grandes concorrentes de mercado.
A seguir, o quadro 2 com o a análise dos três tipos. O aerogerador de eixo
horizontal terminou com uma pontuação de 4,62, enquanto o de eixo vertical 3,98 e o
por vibração ficou com 3,5. Como não houve nenhuma disparidade nos resultados,
optou-se por não realizar uma segunda pesquisa.
REQUISTOS DO CONSUMIDOR SOLUÇÕES
PESO HORIZONTAL VERTICAL VIBRAÇÃO
Design 5 5 5 0,05
Assistência técnica 5 5 1 0,1
Peças de reposição 5 5 3 0,05
Frequência de Quebra 3 3 3 0,03
Preço 5 5 1 0,04
Acessibilidade para reparos 3 3 5 0,03
Velocidade do vento (resistência) 5 3 3 0,06
Certificação ambiental 3 3 3 0,02
Proteção contrachoques elétricos 5 5 5 0,02
Temperatura do conjunto 5 5 5 0,02
Resistência a água 5 5 5 0,05
Garantia 5 5 5 0,06
Eficiência 5 3 5 0,15
Vazão 5 3 5 0,1
Alta potência 3 3 3 0,06
Baixo ruído 1 1 5 0,01
Baixa vibração 5 5 3 0,01
Mobilidade 3 1 3 0,01
Preço do Produto 5 5 1 0,05
Preço da Manutenção 5 5 1 0,05
TOTAL 4,62 3,98 3,5 1 QUADRO 2 - MATRIZ DE DECISÃO – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2015
27
6. FMEA
A metodologia de Análise do Tipo e Efeito de Falha conhecida como FMEA,
(do inglês Failure Mode and Effect Analysis), é uma ferramenta que busca, em
princípio, evitar, por meio da análise das falhas potenciais e propostas de ações de
melhoria, que ocorram falhas no projeto do produto ou do processo.
Tanto o FMEA System quanto o FMEA Design, se encontram nos apêndices.
6.1 FMEA SYSTEM
São considerados sistemas e subsistemas nas fases conceituais e de projeto. O objetivo desta análise é focalizar nos modos de falhas entre funções do sistema. São inclusas as interações entre sistemas e elementos dos sistemas (SAYURI TAHARA – USP, 2008.).
Para as considerações sobre o FMEA System, é preciso dizer que
inicialmente foram definidos os subconjuntos: HÉLICES (PÁS), MOTOR/ROTOR e
ESTRUTURA, como mostra o apêndice D.
De acordo com os resultados alcançados, pode-se observar que as
prioridades que necessitam maior atenção são: a não transmissão de energia, o mal
dimensionamento da estrutura, o mal dimensionamento da carcaça, e os rolamentos
quebrados ou presos.
Essas falhas podem ocasionar tanto o dando do produto, como também pode
causar algum acidente ao cliente que adquirir o produto.
6.2 FMEA DESIGN
São consideradas as falhas que poderão ocorrer com o produto dentro das especificações do projeto. O objetivo desta análise é evitar falhas no produto ou no processo decorrentes do projeto. É comumente denominada também de FMEA de projeto ou produto (SAYURI TAHARA – USP, 2008.).
Considerando os mesmos subconjuntos citados anteriormente no FMEA
System, foram encontradas 3 principais possíveis falhas como pode-se ver no
apêndice E.
O que teve a maior prioridade foi o isolamento elétrico, caso haja um
isolamento com qualidade baixa ou até mesmo um erro e o equipamento fique
exposto, pode causar acidentes com risco a saúde do cliente e também reduz a vida
28
útil do equipamento. Seguido pelo isolamento térmico e também pelo limite máximo
de vento que o equipamento aguenta sem nenhum problema com sua estrutura física.
29
7. ENERGIA EÓLICA
A energia eólica é a energia produzida pelo vento resultante das diferenças
de pressão atmosférica causadas pelo aquecimento diferencial terrestre provocado
pela radiação solar. A deslocação de massas de ar (vento) é influenciada pelas
condições atmosféricas (intensidade e direção) por obstáculos e condições do solo. O
aproveitamento da energia cinética do vento para produção de energia elétrica é
efetuado através de turbinas eólicas acopladas a geradores. A este conjunto turbina-
gerador é habitualmente chamado Aerogerador ou Turbina Eólica. Existem vários
tipos de turbinas eólicas cujas as diferenças incidem essencialmente na direção do
eixo de rotação (vertical e horizontal), forma e número de pás que constituem o rotor.
Tal como a energia solar a energia eólica é uma energia limpa, a sua inclusão
em áreas ventosas em ambientes domésticos pode rapidamente trazer o retorno do
investimento efetuado. Pode funcionar em simultâneo com módulos energéticos
solares. O seu funcionamento não difere substancialmente, a energia captada por um
aerogerador carrega um conjunto de baterias ou é injetada diretamente na rede
pública (ELETRONICA PT, 2015).
A produção de energia elétrica a partir do vento tem vantagens e
desvantagens que devem ser ponderadas
Vantagens:
Não gera resíduos e não emite gases poluentes;
É uma fonte de energia inesgotável;
Os parques eólicos podem ser usados para outros fins, agricultura, pastorícia ou
criação de gado;
É uma fonte barata de energia que pode competir com as fontes de energia
tradicionais em termos de rentabilidade;
Não requer uma manutenção frequente e tem uma manutenção reduzida.
Desvantagens da utilização da energia eólica:
Não tem uma produção constante, fatores como a falta de vento podem, durante
períodos, tornar nula a produção;
Impacto visual e sonoro dos parques eólicos ou mesmo de um gerador caseiro;
Em larga escala, pode afetar o comportamento migratório de algumas espécies de
aves.
30
A energia cinética, resultante das deslocações de massas de ar, pode ser
transformada em:
Energia mecânica através de aero motores;
Energia elétrica através de turbinas eólicas ou aerogeradores.
7.1 FUNDAMENTOS DA ENERGIA EÓLICA
A energia eólica tem-se mostrado como uma alternativa viável para o
fornecimento de energia, se inserindo como uma importante fonte no mercado
energético mundial. Historicamente, a energia eólica tem ajudado o homem em
diversas atividades, já desde épocas remotas, com a utilização de máquinas simples
e rusticas para o bombeamento de água e moagem de grãos.
Nos últimos vinte anos, a indústria eólica mundial cresceu significativamente no
amadurecimento de suas tecnologias e também na procura de novos mercados. A
partir de iniciativas políticas, diversos países como a Alemanha, Estados Unidos da
América, Dinamarca e Espanha alcançaram um importante destaque na energia
eólica mundial. No final de 2006, existiam mais de 70GW de potência instalada no
mundo.
Além de ser uma alternativa energética cada vez mais competitiva
economicamente, um dos grandes incentivos para o uso dessa forma de energia está
nos baixos impactos ambientais causados por ela.
O rápido desenvolvimento da tecnologia e aumento da capacidade de geração
das turbinas eólicas no mundo durante os últimos 30 anos foi elevado. O gráfico 7 a
seguir mostra o desenvolvimento do tamanho e da potência das turbinas eólicas
desde 1980. A grande variedade de tipos e modelos disponíveis no mercado ainda
não parou de crescer. Atualmente, a grande maioria das turbinas comerciais da classe
MW está instalada na Alemanha, fato esse que mostra a importância do mercado
alemão no desenvolvimento técnico mundial. Segundo Dutra (2001) em termos gerais,
os aerogeradores ainda não alcançaram seus limites de tamanho tanto onshore
quanto offshore.
31
GRÁFICO 7 – EVOLUÇÃO DO TAMANHO DOS AEROGERADORES COMERCIAIS FONTE: DEWI,
2015
O aproveitamento dos ventos para geração de energia apresenta, como toda
tecnologia energética, algumas características ambientas desfavoráveis como:
impacto visual, ruído, interferência eletromagnética, ofuscamento e danos á fauna.
Mas através do planejamento adequado e também do uso de inovações tecnológicas
esses aspectos aparentemente negativos podem ser reduzidos significativamente ou
até mesmo eliminados. Uma das características ambientais favoráveis da energia
eólica está na não necessidade do uso da água como elemento motriz ou mesmo
como fluido de refrigeração e também em não produzir resíduos radioativos ou
gasosos. Além disso, 99% de uma área usada em um parque eólico podem ser
utilizados para outros fins, como a pecuária e atividades agrícolas (DUTRA, 2001).
7.1.1 Potencial Eólico Brasileiro
Apesar de existir divergências entre especialistas e instituições na estimativa
do potencial eólico brasileiro, vários estudos indicam valores bastantes expressivos.
Estas divergências decorrem, principalmente, da falta de informação e das diferentes
metodologias empregadas. Há poucos anos atrás, as estimativas eram de origem de
ordem de 20.000 MW. Hoje, estimativas superiores a 60.000 MW são indicadas na
maioria dos estudos (FERREIRA, 2005).
32
Segundo cálculos apresentados pelo Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, o
potencial bruto de potência instalável está estimado em 143,41 GW em áreas onde a
velocidade média anual do vento seja maior que 7,0 m/s. O quadro 3, mostra a
integração cumulativa do potencial instalável de energia eólica e a energia anual
gerada para todo o território brasileiro.
Ventos [m/s]
Area (Comulativa) [km²]
Potência Instalável [GW]
Energia Anuak [TWh/ano]
> 6 667391 1334 1711,6
> 6,5 231746 463 793,72
> 7 71735 143 272,2
> 7,5 21676 43 100,3
> 8 6679 13 35,9
>8,5 1775 3 10,7
QUADRO 3 – INTEGRAÇÃO CUMULATIVA – FONTE: CEPEL, 2001
7.1.2 O vento
O vento pode ser caracterizado como o movimento de massas de ar resultante
do aquecimento não uniforme da superfície terrestre. Logo, a energia eólica é
proveniente da radiação solar. Uma estimativa da energia total disponível dos ventos
ao redor do planeta pode ser feita a partir da hipótese, aproximadamente, 2 % da
energia solar absorvida pela terra são convertidas em energia cinética dos ventos.
Esse percentual representa centena de vezes a potência anual instalada nas centrais
elétricas do mundo (DUTRA, 2001).
Todos os planetas em nosso sistema solar envolvidos por camadas gasosas
demostram a existência de distintas formas de circulação atmosférica e apresentam
ventos em sua superfície. Como se trata de um mecanismo solar-planetário
permanente, com duração mensurável na escala de bilhões de anos, o vento é
considerado uma fonte renovável de energia (CEPEL, 2001).
Os regimes dos ventos, tantos globais como regionais, são influenciados por
diferentes aspectos entre os quais se destacam a altura, a rugosidade, os obstáculos
e o relevo.
As regiões tropicais, que recebem os raios solares quase que
perpendicularmente, são mais aquecidos do que as regiões polares.
Consequentemente, o ar quente que se encontra nas baixas altitudes das regiões
33
tropicais tende a subir, sendo substituído por uma massa de ar mais frio que se
desloca das regiões polares. O deslocamento de massas de ar determina a formação
os ventos. A figura 4 apresenta esse mecanismo (DUTRA, 2001).
FIGURA 4 - FORMAÇÃO DOS VENTOS DEVIDO AO DESLOCAMENTO DAS MASSAS DE AR
FONTE: ATLAS EÓLICO DO BRASIL, 1998
Durante o dia, o ar quente nas encostas das montanhas se eleva e o ar mais
frio desce sobre o vale para substituir o ar que subiu. No período noturno, a direção
em que sopram os ventos é novamente revertida e o ar frio das montanhas desce e
se acumula nos vales.
Observando o fato de que a velocidade do vento pode variar
significativamente em curtas distancias (algumas centenas de metros), os
procedimentos de avaliação do sitio para instalação de aerogeradores devem
considerar todos os parâmetros regionais que influenciam as condições do vento.
Entre os principais fatores de influência no regime dos ventos destacam-se:
A variação da velocidade com a altura;
A rugosidade do terreno, que é caraterizada pela vegetação, utilização de terras e
construções;
Presença de obstáculos nas redondezas;
Relevo que pode causar efeito de aceleração ou desaceleração no escoamento do
ar.
34
7.1.3 Ventos em Curitiba
Neste trabalho são apresentados os resultados da análise de vento baseados
em séries históricas do “XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR,
2002” sobre a Frequência E Intensidade Dos Ventos No Estado Do Paraná e a
Dissertação do Rafael Cabral Gonçalves que fala sobre a “Análise de Frequência
Regional de Ventos Extremos no Paraná”, a velocidade média do vento fica em torno
de 5 a 12 Km/h.
O aquecimento diferencial das massas de ar no Paraná, faz com que ao longo
do ano hajam diferenças na direção e intensidade do vento. Além disso, a existência
de uma região de pressão baixa das massas de ar equatorial e continental quentes, à
noroeste da depressão do Paraná, formam ciclones condutores de chuva com ventos
norte e noroeste sobre o Estado.
Assim as modificações no regime de ventos são sazonais, impondo
constância, direção e velocidades diferentes à medida que a intensidade da radiação
vai mudando ao longo das estações do ano. Sua intensidade e variação passa a afetar
as condições de vida, bem como tem influência direta sobre as plantas.
O crescimento das plantas é afetado pelas trocas físicas de calor, CO2 e
vapor d’água entre a atmosfera e a vegetação assim como várias outras atividades
humanas são influenciadas pelos ventos. A instalação de indústrias, áreas
residenciais, localização de aeroportos, atividades agrícolas e outras atividades
sofrem influência direta do vento necessitando, portanto, de estudos que forneçam
sua caracterização climática para o planejamento e execução das atividades (XII
CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 2002).
7.1.4 O Ruído
Quanto aos níveis de ruído, turbinas eólicas satisfazem os requisitos
ambientais (cerca de 45 decibéis-dB) mesmo quando instaladas a distâncias da ordem
de 300m de áreas residenciais. Esses aspectos contribuem para que a tecnologia
eólico-elétrica apresente o mínimo impacto ambiental entre as fontes de geração na
mesma ordem de GW (ASSOCIAÇÃO AMERICANA DE ENERGIA EÓLICA – AWEA).
O ruído proveniente das turbinas eólicas tem duas origens: mecânica e
aerodinâmica. O ruído mecânico é proveniente, principalmente da caixa de
35
engrenagens que multiplica a rotação das pás para o gerador. A tecnologia
convencional emprega geradores convencionais que necessitam de alta rotação para
funcionarem. Com baixa rotação da hélice comparada à rotação do gerador, o sistema
precisa de um sistema de engrenagens para multiplicar a rotação necessária no
gerador. Uma tecnologia que vem sendo utilizada em turbinas eólicas é o uso de um
gerador elétrico multipolo de velocidade, pois esse gerador funciona mesmo em
baixas rotações. Sem a principal fonte de ruído presente nos sistemas convencionais,
as turbinas que empregam o sistema multipolo de geração de energia elétrica são
significativamente mais silenciosas (GASCH, 2002).
O ruído aerodinâmico é um fator influenciado diretamente pela velocidade do
vento incidente sobre a turbina eólica. Ainda existem vários aspectos a serem
pesquisados e testados tanto nas formas das pás quanto na própria torre para a sua
redução. Pesquisas em novos modelos de pás, procurando um máximo
aproveitamento aerodinâmico com redução de ruído, são muitas vezes realizadas de
modo semi-impírico, proporcionando o surgimento de diversos modelos e novas
concepções em formatos aerodinâmicos das pás (GASCH, 2002).
7.2 FUNDAMENTOS DO AEROGERADOR
O aerogerador conta com um rotor com rolamentos que, em funcionamento
com todo o sistema de medição (anemômetro) e pás giratórias, geram uma força
mecânica. Com isso, a energia eólica é transmitida das pás ao rolamento que, por sua
vez, é ligado diretamente a um multiplicador que aumenta imediatamente a velocidade
do eixo do aerogerador.
A movimentação do eixo gera energia mecânica, que é retransmitida até um
gerador elétrico já conectado. A energia sai do aerogerador já em formato de
eletricidade, indo direto para a rede elétrica.
Hoje, o Brasil possui dois modelos de aerogeradores: de eixo vertical e eixo
horizontal. O modelo horizontal é mais difundido e apresenta um padrão técnico mais
desenvolvido, o que facilita sua instalação. Também é um aerogerador mais indicado
para produção em grande escala de energia eólica.
Os aerogeradores possuem as vantagens de ser menos poluentes, podem
ser instalados mais afastados dos grandes centros, não agridem tanto ao meio
ambiente e possuem a energia 100% renovável.
36
O grande problema do gerador com eixo horizontal é a necessidade de medir
constantemente a velocidade do vento para decidir se ele deve permanecer ligado ou
não. Caso esteja ventando muito pouco, o custo para manter o gerador ligado é maior
do que a energia produzida por ele, tornando necessário que o mesmo seja
temporariamente desligado.
7.2.1 Rotores de eixo horizontal
Os rotores de eixo horizontal, figura 5 a seguir, são os mais comuns e grande
parte da experiência mundial está voltada para a sua utilização.
FIGURA 5 – AEROGERADOR
FONTE: TECNOGERADORES, 2010
São movidos por forças aerodinâmicas chamadas de forças de sustentação
(lift) e as forças de arrasto (drag). Um corpo que obstrui o movimento do vento sofre
a ação de forças que atuam perpendicularmente ao escoamento (forças de
sustentação) e de forças que atuam na direção do escoamento (força de arrasto).
Ambas são proporcionais ao quadrado da velocidade relativa do vento.
Adicionalmente as forças de sustentação dependem da geometria do corpo e do
ângulo de ataque (formado entre a velocidade relativa do vento e o eixo do corpo)
(GASCH, 2002).
Os rotores que giram predominantemente sob o efeito de forças de
sustentação permitem liberar muito mais potência do que aqueles que giram sob efeito
37
de forças de arrasto, para uma mesma velocidade de vento, conforme figura 6 a seguir
(DUTRA, 2001).
FIGURA 6 – FONTE EVOLUÇÃO ENERGIA EÓLICA
(EVOLUÇÃO ENERGETICA EÓLICA, 2010)
Os rotores de eixo horizontal ao longo do vento (aerogeradores
convencionais) são predominantemente movido por forças de sustentação e devem
possuir mecanismos capazes de permitir que o disco varrido pelas pás esteja sempre
em posição perpendicular ao vento. Tais rotores podem ser constituídos de uma pá e
contrapeso, duas pás, três pás ou múltiplas pás (multivane fans). Construtivamente,
as pás podem ter as mais variadas formas e empregar os mais variados materiais. Em
geral, utilizam-se pás rígidas de madeira, alumínio ou fibra de vidro reforçada (DUTRA,
2001).
38
8. GERAÇÃO DE ENERGIA
Para gerar energia é necessário entender os dois tipos de correntes
existentes: a corrente continua e a corrente alternada. Uma corrente elétrica nada
mais é que um fluxo de elétrons (partículas que carregam energia) passando por um
fio, algo como a água que circula dentro de uma mangueira. Se os elétrons se
movimentam num único sentido, essa corrente é chamada de contínua. Se eles
mudam de direção constantemente, estamos falando de uma corrente alternada. Na
prática, a diferença entre elas está na capacidade de transmitir energia para locais
distantes. A energia que usamos em casa é produzida por alguma usina e precisa
percorrer centenas de quilômetros até chegar à tomada. Quando essa energia é
transmitida por uma corrente alternada, ela não se dissipa com tanta facilidade em
grandes distâncias. Já na contínua o desperdício é muito grande. Isso porque a
corrente alternada pode, facilmente, ficar com uma voltagem muito mais alta que a
contínua, e quanto maior é essa voltagem, mais longe a energia chega sem que se
dissipe qualquer quantidade de energia.
Portanto, a corrente que chega nas residências continua sendo alternada,
mas com uma voltagem bem mais baixa. Já a corrente contínua sai, por exemplo, de
pilhas e baterias, pois a energia gerada por elas, usada nos próprios aparelhos que
as carregam, não precisa ir longe. Também há muitos equipamentos eletrônicos que
só funcionam com corrente contínua, possuindo transformadores internos, que
adaptam a corrente alternada que chega pela tomada (ALMEIDA, J. E. MOTORES
ELÉTRICOS).
8.1 MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA E CONTÍNUA
O motor elétrico é uma máquina que transforma a potência elétrica em
potência mecânica, em trabalho, e em uma reduzida porcentagem de perdas. Quando
o motor elétrico é ligado à rede elétrica, ele absorve certa quantidade de energia
elétrica e a transforma em torque para acionar uma determinada carga, como por
exemplo, um eixo de uma máquina.
39
8.1.1 Motores de corrente alternada (CA)
A inexistência de contatos móveis em sua estrutura garante seu
funcionamento por um grande período, sem a necessidade de manutenção. A
velocidade dos motores de CA é determinada pela frequência da fonte de
alimentação, o que resulta em excelentes condições para seu funcionamento a
velocidades constantes.
Os motores de CA, como são conhecidos, podem ser classificados em dois
grandes grupos, dependendo do critério usado em sua classificação.
Quando essa classificação leva em conta se a velocidade de rotação do motor
está sincronizada ou não com a frequência da tensão elétrica fornecida para fazer o
motor funcionar, eles podem ser:
Motores de CA síncronos;
Motores de CA assíncronos (ou de indução).
Se a classificação considera a tensão elétrica fornecida pela rede de
distribuição, os motores elétricos podem ser:
Motor de CA monofásico;
Motor de CA trifásico.
Um motor monofásico pode ser síncrono ou assíncrono. Da mesma forma, um
mesmo motor trifásico pode ser síncrono ou assíncrono. Nem todas essas
configurações são comercializadas, porque têm pouca relação custo-benefício. Por
isso, abordaremos em mais detalhes apenas os motores que têm maior aplicação
prática. Os motores trifásicos de CA funcionam sob o mesmo princípio dos motores
monofásicos, ou seja, sob a ação de um campo magnético rotativo gerado no estator,
provocando com isto uma força magnética no rotor. Esses dois campos magnéticos
agem de modo conjugado, obrigando o rotor a girar (FONTE: ALMEIDA, J. E.
MOTORES ELÉTRICOS).
8.1.2 Motor ou gerador síncrono
Trata-se de uma importante máquina elétrica rotativa que pode ser usada
como gerador, quando converte energia mecânica em energia elétrica, ou como
motor, quando transforma energia elétrica em energia mecânica. O motor síncrono é
o motor elétrico cuja velocidade de rotação é sincronizada com a frequência da sua
40
alimentação. O motor síncrono pode ser usado para geração de potência reativa, para
corrigir o fator de potência gerado por outros motores de indução. Assim, havendo a
possibilidade, é frequentemente preferível a utilização de motores síncronos para a
geração de potência reativa de forma controlável, graças a seu alto fator de potência.
Os geradores síncronos são usados em todas as usinas geradoras de eletricidade,
seja hidrelétrica, seja termoelétrica.
A máquina síncrona é composta pelas seguintes partes:
Estator, onde está montado um conjunto de bobinas alimentadas em CA;
Rotor, que também tem um conjunto de bobinas conectado a pares de anéis
alimentados em CC, formando os polos;
Escovas que deslizam sobre os anéis e que estão fixadas nos porta-escovas, presos
no estator.
8.1.3 Princípio de funcionamento
Na máquina síncrona, como na máquina de CC, o enrolamento de campo é
excitado por uma fonte CC. O enrolamento dos polos (bobina polar), colocado no rotor,
é levado a anéis coletores.
8.1.4 Motores assíncronos
O motor assíncrono (ou motor de indução) é um motor que gira a uma
velocidade muito próxima à velocidade síncrona, ou seja, muito próximo ao
sincronismo com a frequência da rede de alimentação em corrente alternada no Brasil,
que é de 60 Hz.
8.1.5 Motor de corrente continua
O motor de corrente contínua é aquele que necessita de uma fonte de corrente
contínua para funcionar. Trata-se de uma máquina de alto custo de instalação que
pode funcionar com velocidade ajustável dentro de limites amplos. Este tipo de motor
é indicado para casos em que é necessário partir com toda a carga. Por isso, ele é
41
usado em guindastes, elevadores e locomotivas, por exemplo. O motor de CC, como
é comumente conhecido, é composto por:
Uma armadura ou induzido (rotor);
Um indutor ou campo (bobinas);
Uma carcaça;
Um conjunto de escovas.
A figura 7 mostra a representação esquemática do motor de CC com suas
partes identificadas.
FIGURA 7 - MOTOR CC
FONTE: WEG, 2016
A armadura é a parte girante da máquina, e é composta de um eixo, de um
núcleo da armadura que é feito de chapas de aço com ranhuras, onde se localizam
as bobinas chamadas de enrolamento da armadura e ainda de um comutador fixado
no eixo, formado por um conjunto de lâminas de cobre isoladas entre si. É capaz de
suportar altas correntes.
O estator (ou bobinas de campo) é responsável pelo campo magnético que
interage com a armadura. É a parte estática da máquina, montada em volta da
armadura. Também é construído com material ferromagnético e envolto em um
enrolamento de baixa potência, que tem a função de produzir um campo magnético
fixo para interagir com o campo da armadura. Quando os motores são de grande porte
podem apresentar interpolos para reduzir o efeito de distorção do fluxo de campo
magnético e, em alguns casos, podem apresentar, também, enrolamentos de
compensação. A carcaça é formada por chapas onde é fixado o enrolamento de
campo. As bobinas são posicionadas de modo a formar os polos. As escovas são
responsáveis pela condução da energia do comutador para o rotor (armadura). Com
seus respectivos porta-escovas, são fixadas à carcaça por meio de molas que as
pressionam contra o comutador. Funcionamento do motor de corrente contínua O
42
funcionamento do motor de corrente contínua baseia-se no princípio da reação de um
condutor, colocado num campo magnético fixo, ao ser percorrido por uma corrente
elétrica. A interação entre o campo magnético fixo e o campo magnético produzido
pela corrente, que circula no condutor, provoca o aparecimento de uma força. Essa
força expulsa o condutor para fora do campo magnético fixo e com isso produz o
movimento. A representação esquemática a seguir ilustra esse princípio (ALMEIDA,
J. E. MOTORES ELÉTRICOS).
De acordo com a figura a seguir, de um lado do condutor há uma diminuição
das linhas magnéticas. Do lado oposto, há um acúmulo dessas linhas. Estas
provocam o aparecimento da força magnética, que é a responsável pelo movimento
do condutor. No motor de CC existe um campo magnético fixo formado pelas bobinas
de campo. Há também condutores instalados nesse campo (no rotor), que são
percorridos por correntes elétricas. A figura 8, mostra como aparece o movimento
girante em motores de CC.
FIGURA 8 – MOVIMENTO MOTORES CC
FONTE: WEG, 2016
Na Figura a seguir, pode-se observar que a corrente que circula pela espira
do rotor movimenta-se nos dois sentidos: por um lado, a corrente está entrando e, por
outro, saindo. Isso provoca a formação de duas forças contrárias de igual valor
(binário), das quais resulta um movimento de rotação (conjugado), uma vez que a
espira está presa à armadura (ou rotor) e suspensa por um mancal. Essas forças não
são constantes em todo o giro. À medida que o condutor vai se afastando do centro
do pólo magnético, a intensidade das forças vai diminuindo. Nos motores de CC, para
que haja força constante, as espiras colocadas nas ranhuras da armadura estarão
defasadas entre si e interligadas ao circuito externo por meio do coletor e das escovas,
como mostra a figura 9.
43
FIGURA 9 - ESPIRAS
FONTE: WEG, 2016
8.1.6 Tipos de motores de corrente contínua
Os motores de corrente contínua são classificados segundo o tipo de ligação
de seus campos. Assim, temos:
Motor de ímã permanente;
Motor de campo série;
Motor de campo paralelo;
Motor de excitação independente;
Motor composto.
O motor CC é utilizado principalmente devido à precisão no controle de
velocidade. Por seu custo elevado, seu uso é restrito a casos especiais em que as
exigências de aplicação compensam o alto custo de instalação.
8.2 GERAÇÃO DE ENERGIA
Quando se trata de um gerador, como mostra a figura 10 a seguir, a energia
mecânica é suprida pela aplicação de um torque e da rotação do eixo do mesmo, uma
fonte de energia mecânica pode ser, por exemplo, uma turbina hidráulica. A fonte de
energia mecânica tem o papel de produzir o movimento relativo entre os condutores
elétricos dos enrolamentos de armadura e o campo magnético produzido pelo
enrolamento de campo e desse modo, provocar uma variação temporal da intensidade
do mesmo, e assim pela lei de Faraday induzir uma tensão entre os terminais do
condutor.
44
FIGURA 10 - GERADOR
(WEG, 2016)
Também chamada de lei da indução magnética, esta lei, elaborada a partir de
contribuições de Michael Faraday, Franz Ernst Neumann e Heinrich Lenz entre 1831
e 1845, quantifica a indução eletromagnética.
A lei de Faraday-Neumann relaciona a força eletromotriz gerada entre os
terminais de um condutor sujeito à variação de fluxo magnético com o módulo da
variação do fluxo em função de um intervalo de tempo em que esta variação acontece.
No momento da comutação não deveria ter corrente pela espira (neutro
magnético) mas, com o neutro deslocado esta acaba cortando linhas de indução na
hora da comutação e é então curto-circuitada (normal na comutação) com corrente
passando por ela. Após a comutação observa-se um centelhamento nas escovas
devido a interrupção do caminho dessa corrente indesejada e retomada da corrente
normal.
Este fenômeno é conhecido como Reação do Induzido e além do perigo do
centelhamento em áreas onde se trabalha com material inflamável, ela reduz a vida
útil das escovas e causa queda da tensão induzida gerada pelo gerador. Soluções:
Deslocar escovas para o novo neutro magnético. É uma operação complexa que
precisa ser feito com frequência);
Inclusão de interpolos ou polos de comutação para corrigir o campo induzido. São
colocados na linha neutra geométrica e ligados em série com o induzido. Produzem
campo magnético oposto ao do induzido (não resolve a questão da queda de tensão
já que consomem corrente).
45
9. PERFIL DAS PÁS
Denomina-se Perfil Alar a secção obtida por um corte transversal, sobre esse
perfil age a força de sustentação, que é perpendicular ao vento incidente, o que origina
o movimento da pá, e também uma força contrária, a chamada força de arrasto.
A pá é formada por duas regiões, o extradorso e o intradorso, e a diferença
de pressão entre ela origina a força, conforme a figura 11.
FIGURA 11 – REPRESENTAÇÃO DE UM PERFIL ALAR
FONTE: RODRIGUES, 2004
De acordo com Henn (2006) usam-se tabelas fornecidas por laboratórios
aerodinâmicos para auxiliar na tarefa de desenhar, onde são normalmente indicados,
através de códigos desenhados para a indústria aeronáutica.
Dentre esses perfis podemos destacar o NACA, ensaiados nos Estados
Unidos da América, e o GÖNTTINGEN, ensaiados na Alemanha, esses dois se
distinguem por suas convenções, conforme figura 12.
FIGURA 12 – CONVENÇÃO GÖNTTINGEN (ESQUERDA) E NACA (DIREITA)
FONTE: HEEN, 2006
Embora os aerofólios NACA sejam ainda bastante utilizados, sabe-se que,
para turbinas de grande porte, eles não são particularmente eficientes, principalmente
devido à alta sensibilidade à rugosidade e número de Reynolds. Para minimizar
perdas de energia, foram desenvolvidas famílias de aerofólios especificas para
46
turbinas eólicas, os perfis NREL (Tangler e Sormers, 1995). Esses aerofólios foram
desenvolvidos para acomodar as necessidades de turbinas controladas tanto por pitch
quanto por stall.
Existem atualmente 35 aerofólios NREL, sendo alguns deles adequados
somente para a base ou raiz de pás, considerando-se pás com perfis variáveis ao
longo do span. Os aerofólios foram desenvolvidos levando também em conta o
tamanho previsto do rotor, sendo alguns deles apropriados para turbinas de pequeno
porte e outros para grande porte.
Outro aspecto importante das pesquisas em aerogeradores se refere ao efeito
da turbulência em seu desempenho, já que, dependendo de seu porte, podem operar
dentro da camada limite atmosférica ou na esteira de outras turbinas, se forem parte
de fazendas eólicas. Porém, o efeito real da turbulência é discutível, e os resultados
de estudos contraditórios.
Sicot et al. (2006) estudou em túnel de vento as consequências da turbulência
no rotor de uma turbina eólica, com perfil NACA 65-421, e encontrou que seu efeito
era desprezível para ângulos de ataque pequenos. Para ângulos de ataque maiores
que 12º, há um pequeno aumento no coeficiente máximo de sustentação, e, portanto,
no de potência, mas ainda assim, não há uma variação significativa.
Entretanto Devinant et al. (2002), tendo estudado também o efeito da
turbulência em turbinas eólicas e utilizado o mesmo perfil de aerofólio, conclui que a
alta turbulência influencia fortemente nas características aerodinâmicas do aerofólio.
Foi encontrado que o aumento da turbulência diminui a sustentação e aumenta
ligeiramente o arraste da turbina.
9.1 FORÇAS AERODINÂMICAS
As turbinas de arraste são caracterizadas devido a ação do vento empurrar
as pás fazendo o motor girar.
Nas turbinas de sustentação, cria-se um diferencial de pressão no lado mais
longo da pá, onde tem-se uma área de baixa pressão e onde o vento passa com maior
velocidade, resultando em uma força de sustentação. Ao contrário das pás dos aviões,
onde ocorre uma força de sustentação, e na turbina como as pás estão fixadas no
cubo ocasionará a rotação das mesmas, conforme figura 13.
47
FIGURA 13 – TURBINA DE SUSTENTAÇÃO
FONTE: ROCHA, 2008
Por efeito da corrente de vento que incide sobre a área varrida das pás
manifestam-se forças aerodinâmicas que atuam sobre a estrutura e que contribuem
com o torque resultante. Conhecendo-se a velocidade relativa que atua em cada
elemento de pá se pode determinar o ângulo de ataque e calcular as forças
aerodinâmicas da turbina. A dificuldade é encontrada em calcular as velocidades
induzidas que compõem a velocidade relativa devido à formação de esteira de
turbulência pelo giro do rotor, conforme figura 14.
FIGURA 14 – FORÇAS AERODINÂMICAS QUE ATUAM SOBRE UMA PÁ EXPOSTA A UMA
CORRENTE
FONTE: E.HAU, 2006
9.2 FLUXO DE AR NO PERFIL
Para a remoção da energia do vento, a massa de ar sofre desaceleração após
passar pelo disco do motor. Para transformar energia cinética do vento em energia
48
cinética rotativa, precisamos do rotor, que é um dispositivo aerodinâmico e pode
possuir de duas a três pás nos aerogeradores modernos, nele as pás funcionam como
uma asa rotativa muito similar ao que acontece no rotor de um helicóptero. A seção
transversal de uma pá à de uma a comum. O perfil é dimensionado numa forma
aerodinâmica de modo que forças estáticas são geradas na estrutura após a
passagem de ar (GASCH,2007)
Quando a pá está em movimento, sendo que isso ocorre por ter uma força
que é decorrente de uma diferença de pressão da parte superior e inferior da pá, ela
força a aceleração do fluxo de ar pela face superior, por ter sua geometria curvada
para cima.
Por causa da velocidade que a pá está girando ela experimentará um vento
de frente no sentido da rotação em relação a massa de ar. Já que o plano de rotação
do rotor é sempre posicionado perpendicular em relação à massa de ar, o vento
sempre será perpendicular a esta direção.
Dependendo do ângulo de ataque, o fluxo na continuação pode se afastar
completamente da superfície do perfil, deixando uma camada turbulenta estacionária
entre o fluxo e a superfície da pá. Para grandes ângulos de ataque, isto pode resultar
num afastamento da camada de ar sobre a pá inteira, o que provoca uma queda
instantânea e brusca da força da sustentação, fenômeno chamado estol, conforme
figura 15.
FIGURA 15 – REPRESENTAÇÃO DO STOL
FONTE: ANDERSON, 199
49
Os aerogeradores de eixo horizontal baseiam-se no princípio de
funcionamento dos moinhos de vento, são constituídos por turbinas de uma a três pás
ou múltiplas, quando se tem acima de três pás.
Rotores de 3 pás são mais comuns, pois são superiores na velocidade de
rotação, no custo, no coeficiente de potência, são menos propensos a turbulência,
garantindo menos risco a estrutura, e também na estética comparados ao de duas
pás.
Os aerogeradores de eixo horizontal são mais usados em relação aos de eixo
vertical, pois seu rendimento aerodinâmico é melhor, estão menos expostos aos
esforços mecânicos, compensando seus maiores custos.
Por efeito da corrente de vento que incide sobre a área varrida das pás
manifestam-se forças aerodinâmicas que atuam sobre a estrutura e que contribuem
com o torque resultante. Conhecendo-se a velocidade relativa que atua em cada
elemento de pá se pode determinar o ângulo de ataque e calcular as forças
aerodinâmicas da turbina. A dificuldade é encontrada em calcular as velocidades
induzidas que compõem a velocidade relativa devido à formação de esteira de
turbulência pelo giro do rotor.
Para o desenho aerodinâmico das pás em turbinas eólicas se utiliza
principalmente uma metodologia formada por duas teorias:
Teoria do Elemento da Pá
Teoria da Quantidade de Movimento.
Para se obter o torque e a potência da turbina, deve-se aplicar em cada
elemento da pá, ângulos e forças aerodinâmicas a relação de expressões de forças
axiais e tangenciais dessas teorias. O desenho aerodinâmico das pás depende da
adequada obtenção dos fatores de interferência. Para considerar o efeito
aerodinâmico de perdas pelas pontas das pás, se introduz um fator de correção que
modifica os valores de interferência e, portanto, o desenho aerodinâmico das pás.
Todas as teorias e equações, nesse capitulo, foram baseados na obra ‘A direct
method for evaluating performance of horizontal axis wind turbine’ (Um método direto
para avaliar o desempenho de turbinas eólicas eixo horizontal) de Karam Y. Maalawi,
engenheiro mecânico responsável pelo Centro Nacional de Pesquisa do Egito,
localizado em Dokki no Cairo.
50
9.3 FENÔMENO DE ESTOL
É uma técnica utilizada para proteger o aerogerador de danos causados por
ventos fortíssimos, acima dos 25m/s. neste caso, o projeto aerodinâmico usa perfis
que, a partir de uma velocidade definida do vento, entrem em estol; a força de araste
aumenta e a força de sustentação cai significativamente. Assim, a soma das forças
resultantes ao longo da pá diminui e, com elas, o momento de rotação. A figura 16,
mostram as forças de sustentação e arraste na pá
.
FIGURA 16 – FORÇAS DE SUSTENTAÇÃO E DE ARRASTE NA PÁ
FONTE: GASCH, 2006
As forças de sustentação e arraste podem ser definidas a partir das
expressões a seguir. Note- se, porém, que nelas as forças aumentam com o quadrado
da velocidade.
Consegue-se os coeficientes de sustentação e de arraste são obtidos através
de medidas empíricas realizadas em túneis de vento. Neles o coeficiente de Reynolds
pode ser mensurado e adotado para o desenvolvimento das pás, onde o escoamento
de fluído pode ser lamelar ou turbulento conforme o coeficiente.
Cada ângulo de ataque (𝛼) específico resulta em valores específicos de
coeficientes de sustentação e de arraste, conforme mostrado no exemplo de curva
polar, como mostra a figura 17.
51
FIGURA 17 - CURVA POLAR DE UM DETERMINADO PERFIL
FONTE: GASCH, 2007
Em relação à velocidade, o ângulo de ataque, e o tipo de fluxo sendo ele
laminar ou turbulento, variam as pressões diferentes desenvolvidas, que resultam m
forças atuando em várias superfícies, como mostra a figura 18 (GASCH,2007).
FIGURA 18 - DISTRIBUIÇÃO DE UM PERFIL AERODINÂMICO
FONTE: McCORMICK, 1995
As forças de sustentação e de arraste que são de origem aerodinâmica, são
as forças responsáveis por girar as pás em torno do centro do rotor. A resultante se
divide em dois vetores: duas forças resultantes, uma que é perpendicular à rotação
do rotor e outra no sentido de rotação do rotor, como mostra a figura 19.
52
FIGURA 19 - ESQUEMA DAS FORÇAS AERODINÂMICAS RESULTANTES DAS FORÇAS QUE
GIRAM A PÁ
FONTE: McCORMICK, 1995
9.4 DEFINIÇÃO PERFIL DA PÁ
Após verificar os modelos de pás existentes, foi definido que o modelo usado
será o S834 da família dos aerofólios NREL. Para essa escolha foi necessário analisar
a tabela 3 a seguir, que possui todos os modelos NREL disponíveis. A escolha foi feita
a partir do diâmetro do rotor, para o projeto foi definido um diâmetro de
aproximadamente 1 metro, que se encaixa na família S834.
53
TABELA 3 – AEROFÓLIOS NREL
FONTE: NREL, 2016
Após a escolha do perfil, foi feito um primeiro modelo no Solid Works a partir
dos dados extraídos do site da NREL. Neste modelo existem 66 coordenas com
valores unitários em X e Y que descrevem o perfil, adaptamos esta sequência de
pontos no software 3D – Solid Works, para fazer o protótipo e também uma simulação
de comportamento da pá. No site NREL é encontrada uma série de tabelas
correspondente a cada família de aerofólio escolhido em arquivo de texto, como
mostra a tabela 4, e em seguida as figuras 20 e 21 mostram o solidworks e a
representação da pá em 3D (NREL, 2016).
Diametro do
RotorCategoria Rotação Primiaria Ponta
1–3 m Grosso S835 S833 S834
3–10 m Grosso S823 - S822
Fino S804 S801 S802
Fino S804 S801 S803
Fino S807 S805 S806
Fino S807 S805A S806A
Fino S808 S805A S806A
Grosso S821 S819 S820
Grosso S811 S809 S810
Grosso S814 S812 S813
Grosso S815 S812 S813
- S814 S825 S826
- S815 S825 S826
- - - S829
30–50 m Grosso S818 S816 S817
Grosso S818 S830 S831
Grosso S818 S830 S832
Grosso S818 S827 S828
40–50 m
Familia de aerofólios NREL
10–20 m
20–30 m
20–40 m
54
TABELA 4 - COORDENADAS
FONTE: NREL, 2016
FIGURA 20 – PÁ EM 3D
FONTE: NREL, 2016
x/c y/c x/c y/c x/c y/c
1.000.000 0.000000 0.179743 0.070615 0.170598 -0.058239
0.996064 0.000606 0.143372 0.064126 0.209956 -0.061194
0.984816 0.003101 0.110502 0.056817 0.252411 -0.062996
0.967539 0.007914 0.081485 0.048795 0.297656 -0.063666
0.945483 0.014649 0.056518 0.040187 0.345187 -0.063248
0.919407 0.022470 0.035873 0.031189 0.394605 -0.061807
0.889501 0.030561 0.019660 0.022005 0.445343 -0.059431
0.855652 0.038699 0.008118 0.012967 0.496925 -0.056213
0.818293 0.046926 0.001394 0.004469 0.548737 -0.052268
0.777966 0.055030 0.001039 0.003754 0.600249 -0.047696
0.735169 0.062727 0.000308 0.001855 0.650829 -0.042590
0.690338 0.069726 0.000001 0.000091 0.699974 -0.037023
0.643856 0.075777 0.000250 -0.001671 0.747128 -0.031105
0.596064 0.080708 0.000632 -0.002862 0.791833 -0.024939
0.547330 0.084531 0.000915 -0.003559 0.833594 -0.018671
0.498288 0.087141 0.006099 -0.010998 0.872254 -0.012170
0.449272 0.088341 0.016371 -0.019451 0.907866 -0.006512
0.400592 0.088199 0.031347 -0.027791 0.939211 -0.002526
0.352742 0.086855 0.050767 -0.035619 0.965020 -0.000329
0.306248 0.084371 0.074629 -0.042738 0.984215 0.000393
0.261604 0.080802 0.102659 -0.048948 0.996021 0.000244
0.219296 0.076196 0.134765 -0.054145 1.000.000 0.000000
S834 Aerofólio
55
FIGURA 21 – REPRESENTAÇÃO NO SOLIDWORKS
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
56
10. ÂNGULO DE ATAQUE
Para o cálculo de ângulo de ataque da pá do aerogerador usamos como
referência um software da própria NREL, uma das empresas que dita os perfis de pás
usados em muitos países, para entrarmos em algumas predefinições para o perfil
(S834-nr) que foi determinado para o projeto primeiramente foi preciso calcular o
número de Reynolds, como mostra a equação 1 a seguir e sua resolução.
𝑅𝑒 = 𝑉∗𝑙
𝜈 EQ. 1
Onde:
V= velocidade do fluido que é o vento com média de 6,2 m/s
l = largura da corda do aerofólio que é 0,8 m
𝜈= viscosidade cinemática do fluido a 20°C.
𝑅𝑒 = 𝑉 ∗ 𝑙
𝜈=
6,2 ∗ 0,8
1,5111𝑥10−5= 79,412 𝑟𝑒
A partir dessa equação foi plotado um gráfico aonde nos mostra o coeficiente
de atrito (Cd) pelo coeficiente de sustentação (Cl), também o ângulo de ataque (alpha)
e o momento de arfagem (Cm).
Número de Reynolds (Re) - é um valor adimensional que depende da velocidade,
corda da asa e fluido.
Valor Ncrit – É usado para modelo da turbulência do fluido ou aspereza do aerofólio,
no quadro a seguir podemos verificar alguns valores de Ncrit, como mostra tabela 5
a seguir, e aonde são empregados:
TABELA 5 – NCRIT
SITUAÇÃO NCRIT
Planador 12 até 14
Motoplanador 11 até 13
Túnel De Vento Limpo 10 até 12
Túnel Média Do Vento 9
Túnel De Vento Sujo 4 até 8
FONTE: NREL, 2016
57
10.1DEFINIÇÃO DO ÂNGULO DE ATAQUE
Após análise dos gráficos 6, foi determinado que o angulo de 5,25º é ideal
para o projeto, tendo um coeficiente de arraste, sustentação e arfagem satisfatórios
para as pás do aerogerador.
TABELA 6 – DEFINIÇÃO ÂNGULO DE ATAQUE
FONTE: NREL, 2016
58
11. DESENVOLVIMENTO MATEMÁTICO
Nesse trabalho, não iremos trabalhar com energia elétrica diretamente.
Iremos mensurar e energia gerada pelo aerogerador em Joule. Definido pelo
dicionário Aurélio como uma unidade de energia ou trabalho no Sistema Internacional
(SI); o trabalho realizado por uma força com magnitude de um newton quando o ponto
em que a força é aplicada se desloca um metro na direção da força [símbolo: J]. Na
física o efeito Joule é uma lei que expressa a relação entre o calor gerado e a corrente
elétrica que percorre um condutor em determinado tempo. Um Joule/segundo equivale
a 1 Watt, como mostra a equação 2. Portanto:
1𝑘𝑊𝐻 = 1000 𝑊 ∗ 60 ∗ 60 = 3,6 ∗ 106 𝐽 → 𝑊 = 𝐽/𝑠 EQ.2
O conjunto de lâminas de rotor é o motor que impulsiona a gerador de energia
eólica. As lâminas de produzir energia mecânica para conduzir o alternador. O
alternador irá converter este em energia elétrica. Ambos os tipos de poder podem ser
medidos em watts. É uma boa ideia usar as unidades métricas para aerodinâmico
cálculos. A potência (watts) no vento soprando através do rotor é dada pela seguinte
equação 3 a seguir, aonde a densidade do ar é aproximadamente 1.2 kg/m³:
𝐹𝑜𝑟ç𝑎 = 0.15 ∗ 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜2 ∗ 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑜3 (𝑊𝑎𝑡𝑡) EQ. 3
𝐹𝑜𝑟ç𝑎 = 0.15 ∗ 1,1𝑚2 ∗8𝑚
𝑠3= 13,12 𝑊
11.1 ENERGIA E POTÊNCIA
A energia cinética de uma massa de ar ‘m’ em movimento a uma velocidade
‘V’ é dada por, conforme a equação 4:
𝐸 =1
2∗ 𝑚 ∗ 𝑉2 EQ. 4
𝐸 =1
2∗ 1.25 ∗ 2,772 = 4,79 𝐽
59
FIGURA 22 – FLUXO DE AR ATRAVÉS DE UMA ÁREA TRANSVERSAL
FONTE: GASCH, 2012
Ao reduzir a velocidade do deslocamento da massa de ar, a energia cinética
do vento é convertida em energia mecânica através da rotação das pás. A potência
disponível pelo vento não pode ser totalmente aproveitada pela turbina eólica na
conversão de energia elétrica. Para levar em conta esta característica física, é
introduzido um índice denominado coeficiente de potência Cp, que pode ser definido
como a fração da potência eólica disponível que é extraída pelas pás do rotor.
Para determinar o valor máximo desta parcela de energia extraída do vento
(Cp máximo), o físico alemão Albert Betz considerou um conjunto de pás em um tubo
onde V1 representa a velocidade do vento na região anterior às pás, V2 a velocidade
do vento no nível das pás e V3 a velocidade no vento após deixar as pás, conforme a
figura 23.
FIGURA 23 – PERDAS DE VELOCIDADE DO VENTO NA PASSAGEM POR UM CONJUNTO DE PÁS
FONTE: GASCH, 2012
60
Como a redução da pressão do ar é mínima, a densidade do ar pode ser
considerada constante. A energia cinética extraída pela turbina eólica é a diferença
entre a energia cinética a montante e a energia cinética a jusante do conjunto de pás,
conforme a equação 5:
𝐸𝑒𝑥 =1
2∗ 𝑚(𝑉12 − 𝑉32) EQ. 5
𝐸𝑒𝑥 =1
2∗ 1,25(102 − 52) = 46,87𝐽
Ao considerar o coeficiente de potência Cp em função de 𝑉3
𝑉1 temos que,
conforme a equação 6 a seguir.
O coeficiente de potência representa qual a fração do vento está sendo
extraído pela turbina eólica. Assume-se geralmente ser uma função da relação do tip
speed ratio (taxa de velocidade de ponta, TVP). A TVP é a velocidade que as pontas
das pás viajam dividido pela velocidade do vento naquele momento.
𝐶𝑝𝐵𝑒𝑡𝑧 =𝑉3
𝑉1 EQ.6
𝐶𝑝𝐵𝑒𝑡𝑧 =5
10= 0,5
Para o cálculo do tamanho das pás, será utilizada a equação 7 a seguir.
𝑆 =2∗𝑃
(𝐶𝑝∗𝜌∗𝑉3) EQ. 7
𝑆 =2 ∗ 5
(0,5 ∗ 1,25 ∗ 2,773)= 0,752 𝑚²
E para achar o raio ideal, usa a equação 8 a seguir.
𝑅 = √𝑆
𝜋 EQ. 8
𝑅 = √0,752
𝜋= 0,48𝑚 = 480𝑚𝑚
61
A força de arrasto é produzida na mesma direção de (𝑉𝑟𝑒𝑠). A resultante das
componentes da força de sustentação e de arrasto na direção (𝑉𝑡𝑎𝑛 ) produz o torque
da turbina eólica, como mostra a figura 17.
FIGURA 24 – FORÇAS ATUANTES EM UMA PÁ DE TURBINA
FONTE: CRESESB, 2009
A potência mecânica extraída do vento pela turbina eólica depende de vários
fatores. Mas tratando-se de energia o modelo geralmente apresentado nas literaturas
é simplificado pela equação 9 (PAVINATTO, 2005).
𝐸𝑒𝑥 =1
2∗ 𝜌 ∗ 𝑉𝑤
3 ∗ 𝐶𝑝 ∗ 𝑆 EQ.9
Onde:
𝐶𝑝 – Coeficiente de potência da turbina eólica
𝜌 – Densidade do ar (Kg/m³);
S – Diametro da turbina eólica (m);
𝑉𝑤 – Velocidade do vento incidente na turbina eólica (m/s)
𝐸𝑒𝑥 =1
2∗ 1,25 ∗ 2,773 ∗ 0,5 ∗ (0,482 ∗ 𝜋) = 4.8 𝑤
62
11.2 RPM
A absorção de energia cinética reduz a velocidade do vento a jusante do disco
do rotor gradualmente e essa velocidade recupera-se ao misturar-se com as massas
de ar predominantes do escoamento livre. Das forças de sustentação aerodinâmica
nas pás do rotor resulta uma esteira helicoidal de vórtices, a qual também
gradualmente dissipa-se. Após alguma distância a jusante da turbina, o escoamento
praticamente recupera as condições de velocidade originais e turbinas adicionais
podem ser instaladas, minimizando as perdas de desempenho causadas pela
interferência da turbina anterior. Na prática, essa distância varia com a velocidade do
vento, as condições de operação da turbina, a rugosidade do terreno e a condição de
estabilidade térmica vertical da atmosfera (EVOLUÇÃO ENERGIA EÓLICA, 2015).
O diâmetro “D” é inversamente proporcional à velocidade angular do rotor.
Para minimizar a emissão de ruído aerodinâmico pelas pás, usualmente a rotação é
otimizada no projeto. Descreve-se abaixo a fórmula prática para a avaliação da
rotação nominal de operação de uma turbina eólica, conforme a equação 14 a seguir.
À medida que a tecnologia propicia dimensões maiores para as turbinas, a
rotação reduz-se: os diâmetros dos rotores no mercado atual variam entre 30m e
100m, o que resulta as rotações da ordem de 35 rpm a 12rpm, respectivamente. As
rotações baixas tornam as pás visíveis e evitáveis por pássaros em voo (EVOLUÇÃO
ENERGIA EÓLICA, 2015).
Em alguns casos, as pontas das pás se movem mais rapidamente do que o
vento em uma proporção de até 10 vezes. Mas isso leva-los para mais de 300 km/h,
resultando em uma operação barulhenta e com erosão das pás das bordas. A partir
das pesquisas feitas, foi recomendado o uso de um menor TVP, cerca de 7, como
mostra a figura 25.
63
FIGURA 25 – DEFINIÇÃO TVP
FONTE: NREL, 2016
Para saber qual rpm será executado na melhor das hipóteses para produzir
potência útil, será calculado conforme a equação 10.
𝑟𝑝𝑚 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑣𝑒𝑛𝑑𝑜 ∗ 𝑇𝑉𝑃 ∗60
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜∗𝜋 EQ. 10
A equação 10 foi aplicada no Excel para conseguir um resultado com maiores
variáveis, a seguir a tabela 7 apresenta as velocidades do vento registrados na região
de Curitiba e suas respectivas rpm.
TABELA 7 - RPM
VELOCIDADE [KM/H]
VELOCIDADE [M/S] TVP DIÂMETRO RPM
2 0,556 7 1,1 66,6
3 0,833 7 1,1 99,9
4 1,111 7 1,1 133,2
5 1,389 7 1,1 166,5
6 1,667 7 1,1 199,8
7 1,944 7 1,1 233,1
8 2,222 7 1,1 266,4
9 2,500 7 1,1 299,7
10 2,778 7 1,1 333,0
11 3,056 7 1,1 366,3
12 3,333 7 1,1 399,6
13 3,611 7 1,1 432,9
14 3,889 7 1,1 466,2
15 4,167 7 1,1 499,5
16 4,444 7 1,1 532,8
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
64
12. CUSTOS
Antes de alisarmos os custos do projeto, é necessário à verificação de alguns
fatores:
Quantidade de peças
Materiais diferentes
Custos de produção
Processo de Fabricação dos materiais
Esses fatores podem ser analisados conforme desenho do projeto,
benchmark entre outras coisas. A quantidade de peças geralmente se altera muito
com o andamento do projeto pois a cada momento os participantes visam melhorar o
projeto e o tornar mais rentável, isso é bem similar em relação aos materiais pois
podem ser alterados, visando um lucro maior do projeto ou algum benefício maior que
o material a ser substituído não iria ter.
Em relação ao processo de fabricação dos materiais devemos analisar se irá
construir alguma parte do produto e como irá ocorrer esse processo, se haverá algum
custo e quem irá fazer.
12.1CUSTOS AEROGERADOR
Para a construção do aerogerador teremos alguns custos, para a construção
do equipamento e para seu suporte, dentre os custos especifica-se o material usado
nas pás, no flange e no suporte do aerogerador, além do motor que será de 1,25hp, e
também a usinagem do flange e a soldagem do suporte, apresentado na tabela 8.
Assim como em qualquer indústria, empresa um teto de gastos foi definido,
para este projeto estavam disponíveis R$1500,00.
65
TABELA 8 – CUSTOS PREVISTOS
ITENS DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO
QTDE. UNIDADE CUSTO CUSTO
TOTAL UNITÁRIO
1 Motor Fcm 1,25 hp 1 Peça R$ 240,00 R$ 240,00 2 Fabricação do flange (teste) 2 Hora R$ 78,00 R$ 156,00 3 Tarugo de ferro (150 mm) 1 Peça R$ 40,00 R$ 40,00
4 Tubo quadrado de ferro (50x50mm)
4 Metro R$ 9,50 R$ 38,00
5 Tubo de ferro (20mm de diâmetro)
1,5 Metro R$ 7,80 R$ 11,70
6 Barra de Ferro roscada de 12mm
1,3 Metro R$ 9,90 R$ 12,87
7 Cantoneira 3/4 x 1/8 1,5 Metro R$ 16,00 R$ 24,00 8 Porca de 12mm 1 Peça R$ 2,00 R$ 2,00 9 Lixa para massa 6 Peça R$ 0,90 R$ 5,40
10 Massa plástica 1,5 Kg R$ 20,70 R$ 31,05 11 Lixa para ferro 3 peça R$ 0,80 R$ 2,40 12 Espuma expansiva 2 Peça R$ 28,00 R$ 56,00
13 Barra de Ferro roscada de 6mm
4 Peça R$ 2,20 R$ 8,80
14 Porca de 6mm 42 Peça R$ 0,10 R$ 4,20 15 Flange definitiva 2 Hora R$ 260,00 R$ 520,00
16 Fabricação (coroa e catraca de teste)
1 Peça R$ 150,00 R$ 150,00
17 Fabricação do suporte 3 Hora R$ 60,00 R$ 180,00
Total R$ 1.482,42 FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
12.2 CUSTOS DA ENERGIA
Os valores para a instalação, no mercado mundial, estão entre US$ 1000 a
US$ 1400, o kW de potência instalada. Esses valores podem ser alterados em função
de:
Capacidade
Distância
Topografia – linhas de transmissão
Terreno - custo e características,
Transporte
Montagem
Mão de obra
Tamanho
Incentivos fiscais.
66
Existe também o custo de geração, que varia em função da velocidade média
dos ventos. Este valor está entre US$ 35/MWh (ventos > 10m/s) e US$ 90/MWh
(ventos 5,5m/s). Para fazer frente ao custo, a remuneração, em regra, é bem mais
cara do que a gerada por hidrelétricas. Em um leilão do PROINFA - Programa de
Incentivo à Geração de Eletricidade por Fontes Alternativas, a remuneração do MWh
(megawatt-hora), para o parque Eólico de Osório, foi de R$ 231,00, enquanto o MWh
de fonte hídrica (PCHs) ficou entre R$ 110,00 e R$ 114,00.
A remuneração praticada no mercado internacional varia entre US$ 40 e US$
110 por MWh, dependendo dos incentivos de cada país. Na Alemanha e na Espanha,
com ventos anuais nas faixas de 5,5 a 7,0 m/s (interior e litoral respectivamente),
pagam US$ 93/MWh (Alemanha) e US$ 110/MWh (Espanha) (IMPAVIDO
COLOSSO/VEJA, 2014).
12.3PESQUISA DE MERCADO – PREÇO DA ENERGIA
Com base nos dados coletados, viu-se que os maiores concorrentes do
produto serão as concessionárias de energia, nosso produto deve gerar uma energia
mais barata do que as concessionarias fornecem para as pessoas, caso isso não
aconteça o produto final ficará mais caro não dando oportunidade para o nosso
produto no mercado
Um ranking que mede o custo da energia para a indústria foi divulgado pela
Firjan (Federação das Indústrias do Rio de Janeiro) no dia 9 de janeiro de 2014. Ele
mostra que o custo desse insumo no Brasil é de 402,26 reais por MW-h. O valor é
46% superior à média internacional, de 275,74 por MW-h.
Entre os países analisados, a Índia apresenta o custo de energia elétrica mais
alto (596,96 reais por MW-h). Em seguida vêm Itália (536,14 reais), Singapura (459,38
reais), Colômbia (414,10 reais), República Tcheca (408,91 reais) e Brasil (402,26
reais) (IMPAVIDO COLOSSO/VEJA, 2014).
Em 2014, o Brasil ocupava a 11ª posição no ranking como pode-se ver na
figura 26. Ou seja, as coisas pioraram por aqui.
67
FIGURA 26 – PREÇO DA ENERGIA
FONTE: IMPAVIDO COLOSSO/VEJA, 2014
A energia elétrica fornecida para residências no Brasil é mais cara do que em
diversos países ricos, como Estados Unidos, França, Suíça, Reino Unido, Japão e
Itália. Porém, ainda é mais barata que na Alemanha e na Áustria.
Enquanto no Brasil o quilowatt-hora (kWh) custa US$ 0,254, nos EUA o preço
é de US$ 0,133. Tomando como exemplo uma família que consome mensalmente 300
kWh, o gasto anual com a conta de luz fica em US$ 914,40 no Brasil e US$ 478,80
nos EUA. Na Alemanha, onde a energia é a mais cara entre os 17 países analisados,
o custo anual seria de mais de US$ 1.000.
No Brasil, o preço médio da energia elétrica residencial gira em torno de US$
0,25 / kWh, convertendo em reais (considerando o preço do dólar $4,00) o custo gira
em torno de R$1,00 o kWh, o que equivale a R$0,001 Wh. É um dos mais elevados
do mundo. Isto porque, a carga tributária (tributos e encargos) incidente sobre o setor
elétrico nacional representa 45% do valor da tarifa paga pelo consumidor residencial.
Segundo a OCDE, trata-se da quinta maior carga tributária, atrás apenas da vigente
em países do Norte da Europa.
68
Quando se compara o preço do serviço entre diversos países, observa-se que
em apenas dois, a tarifa é mais alta que a brasileira: Áustria e Alemanha. A tarifa
brasileira é superior a da francesa, onde a matriz energética é muito cara, por ser de
natureza essencialmente nuclear. No Brasil, paga-se quase 70% a mais do que na
França. Em relação aos EUA, a diferença é ainda maior. O preço da energia elétrica
brasileira é o dobro da norte-americana, o maior consumidor per capita desse serviço
no mundo. Desta forma, são penalizadas principalmente as classes de menor renda,
cujo dispêndio com serviços essenciais e alimentação representa parcela majoritária
de seus gastos correntes.
A indústria, no entanto, é setor da economia mais prejudicado pelo alto custo
energético. Segmentos eletro intensivos, como os de alumínio, papel e celulose,
petroquímicos e siderúrgicos, veem parte de sua competitividade ser comprometida.
Alguns não exportam o volume que desejariam, ao mesmo tempo em que enfrentam
crescente concorrência com produtos importados.
Outro problema é que a elevada participação da energia elétrica no custo total
de produção, tanto nesses como em outros setores, afugenta novos investimentos.
Nesse ambiente, não se pode desprezar o risco de que muitas empresas sejam
estimuladas a instalar suas plantas em outros países, onde a tarifa de energia elétrica
seja mais barata que a nossa (APSENGENHARIA, 2014).
69
13. ANEEL
A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) aprovou, no ano de 2016,
aprimoramentos na Resolução Normativa nº 482/2012 que criou o Sistema de
Compensação de Energia Elétrica, permitindo que o consumidor instale pequenos
geradores (tais como painéis solares fotovoltaicos e microturbinas eólicas, entre
outros) em sua unidade consumidora e troque energia com a distribuidora local com
objetivo de reduzir o valor da sua fatura de energia elétrica.
Segundo as novas regras, que começam a valer a partir de 1º de março de
2016, será permitido o uso de qualquer fonte renovável, além da cogeração
qualificada, denominando-se micro geração distribuída a central geradora com
potência instalada até 75 quilowatts (kW) e mini geração distribuída aquela com
potência acima de 75 kW e menor ou igual a 5 MW (sendo 3 MW para a fonte hídrica),
conectadas na rede de distribuição por meio de instalações de unidades
consumidoras.
Quando a quantidade de energia gerada em determinado mês for superior à
energia consumida naquele período, o consumidor fica com créditos que podem ser
utilizados para diminuir a fatura dos meses seguintes. De acordo com as novas regras,
o prazo de validade dos créditos passou de 36 para 60 meses, sendo que eles podem
também ser usados para abater o consumo de unidades consumidoras do mesmo
titular situadas em outro local, desde que na área de atendimento de uma mesma
distribuidora. Esse tipo de utilização dos créditos foi denominado “autoconsumo
remoto”.
Outra inovação da norma diz respeito à possibilidade de instalação de
geração distribuída em condomínios (empreendimentos de múltiplas unidades
consumidoras). Nessa configuração, a energia gerada pode ser repartida entre os
condôminos em porcentagens definidas pelos próprios consumidores.
A ANEEL criou ainda a figura da “geração compartilhada”, possibilitando que
diversos interessados se unam em um consórcio ou em uma cooperativa, instalem
uma micro ou mini geração distribuída e utilizem a energia gerada para redução das
faturas dos consorciados ou cooperados.
Com relação aos procedimentos necessários para se conectar a micro ou mini
geração distribuída à rede da distribuidora, a ANEEL estabeleceu regras que
simplificam o processo: foram instituídos formulários padrão para realização da
70
solicitação de acesso pelo consumidor. O prazo total para a distribuidora conectar
usinas de até 75 kW, que era de 82 dias, foi reduzido para 34 dias. Adicionalmente, a
partir de janeiro de 2017, os consumidores poderão fazer a solicitação e acompanhar
o andamento de seu pedido junto à distribuidora pela internet.
A Agência acompanhará de perto a implantação das novas regras do Sistema
de Compensação e prevê que até 2024 cerca de 1,2 milhão de unidades
consumidoras passem a produzir sua própria energia, totalizando 4,5 GW de potência
instalada.
Desde a publicação da Resolução em 2012 até outubro deste ano, já foram
instaladas 1.285 centrais geradoras, sendo 1.233 (96%) com a fonte solar fotovoltaica,
31 eólicas, 13 híbridas (solar/eólica), 6 movidas a biogás, 1 a biomassa e 1 hidráulica
(ANEEL, 2016).
71
14. CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO
A construção do protótipo ocorreu em algumas etapas. Começando com a
definição dos desenhos técnicos do projeto, apresentados no apêndice E. Com a
definição dos desenhos técnicos, era a hora de escolher o material para a fabricação
do suporte do aerogerador foi definido a partir da funcionalidade do material e do valor,
para que se encaixasse no orçamento disponível pela equipe. O material escolhido foi
o aço 1020, na figura 27 é possível ver o processo de fabricação do mesmo.
FIGURA 27 – FABRICAÇÃO DA ESTRUTURA
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
Com o suporte do aerogerador definido e construído, o foco se voltou para a
construção das pás. Para que as pás pudessem ter o perfil determinado pelos estudos,
foi utilizado o processo de corte a laser para que as medidas necessárias fossem
alcançadas, as imagens 28 e 29 mostram o processo de corte e o perfil pronto. Todo
o processo foi gentilmente realizado por Diego Natal Cim.
72
FIGURA 28 – CORTE A LASER
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
FIGURA 29 – PERFIS CORTADOS
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
A partir desse momento, a dificuldade seria na definição do material para a
fabricação pá e qual o processo seria necessário para a fabricação. Após pesquisas
e uma visita técnica feita na empresa Atlantic Energias Renováveis, acompanhada
pelo engenheiro elétrico Gabriel Luaces Fernandez, constatou-se que era inviável
utilizar o polímero que os aerogeradores de ponta são fabricados. A saída foi a
utilização de espuma expansível, a espuma foi escolhida pelo fato de ser um material
leve e de simples manuseio. Para fazer a construção do perfil foi utilizado massa
plástica para tentar atingir o momento aerodinâmico máximo pá. A massa plástica,
73
apesar de não ser o material ideal foi o melhor entre os possíveis, é um material que
também tem fácil manuseio e pode ser modelado facilmente.
Primeiramente, duas barras roscadas foram atravessadas dentro dos perfis
de madeira, cada pá possui 4 perfis. Apesar dos cálculos apontarem um tamanho ideal
de 480mm, a escolha feita foi com o comprimento de 450mm, pois o túnel de vento
não comportaria uma pá maior. O segundo passo foi a aplicação de espuma
expansível, como mostra a figura 30.
FIGURA 30 – ESPUMA EXPANSIVA APLICADA
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
Para tirar os excessos foi utlizado um cortador elétrico de isopor, processo
ilustrado pela figura 31, após os excessos excluidos, a espuma foi lixada para ter o
minimo de variação em relação ao seu tamanho, espessura ou porosidade, figura 32.
Caso algum ponto da espuma apresentasse grandes orificios ou falhas, era
preenchido novamente com espuma, cortado e lixado. O produto final de espuma
pode ser visto pela figura 33.
FIGURA 31 – CORTANDO ESPUMA
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
74
FIGURA 32 – LIXANDO A ESPUMA
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
FIGURA 33 – ESPUMA LIXADA
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
Com a espuma lisa, foi o momento de aplicar a massa plástica. Cada pá
recebeu 3 camadas de massa plástica e algumas horas de lixa, como mostra a figura
34, para formar o produto final.
75
FIGURA 34 – LIXANDO A MASSA PLASTICA
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
Um comparativo das pás foi feito e é mostrado a seguir para evidenciar as
etapas do processo de fabricação. A figura 35 mostra as primeiras etapas, a espuma
ainda sem forma, em seguida a espuma cortada e lixada e por último a primeira
camada de massa aplicada.
FIGURA 35 – COMPARATIVO DAS PÁS
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
76
A figura 36 mostra a primeira pá com a segunda camada de massa aplicada
e a outra com a massa aplicada pela segunda vez, mas lixada.
FIGURA 36 – COMPARATIVO DAS PÁS 2
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
O resultado final é mostrado na figura 37, aonde é possível ver a pá lixada e
pronta para ser utilizada nos testes. Cada pá pesa aproximadamente 420g.
FIGURA 37 – PÁ FINALIZADA
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
77
Com as pás construídas e suporte pronto, era hora da escolha do gerador que
seria utilizado. O gerador disponível para o projeto é da empresa FCM, figura 38, de
1,25 H.P., de 180 volts de CC, com 5800 de rpm máxima. Como não será preciso uma
distância muito grande entre o motor e onde a energia será utilizada, esse motor será
suficiente para acender uma lâmpada, mas não é o ideal para um projeto em grande
escala por conta da força de inércia exercida por ele. Ele acaba sendo
superdimensionado, mas é totalmente funcional para o projeto.
FIGURA 38 - MOTOR
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
A figura 39, exibe o aerogerador pronto para os testes necessários.
FIGURA 39 – AEROGERADOR PRONTO PARA OS TESTES
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
78
15. TESTES
Para os testes, foram utilizados o túnel de vento encontrado no núcleo de
mecânica, figura 40, um anemômetro para a medição de vento, uma trena e um
celular. Auxiliaram nos testes o professor Cyro Moraes Campos, João Genaro e Icaro
Horvath.
FIGURA 40 – TÚNEL DE VENTO
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
A primeira etapa, foi o posicionamento dos ângulos das pás. Como a equipe,
nem a faculdade, disponibilizam dos equipamentos necessários, foi realizado uma
marcação no centro do túnel de vento, aonde todas as pontas tinham que passar na
marcação determinada, como mostra a figura 41.
FIGURA 41 – AJUSTANDO O ÂNGULO DA PÁ
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
79
Já a segunda etapa foi o posicionamento do aerogerador em relação ao túnel
de vento, considerando o centro do rotor a 500 mm do centro do túnel de vento,
mostrado na figura 42.
FIGURA 42 – POSICIONAMENTO DO AEROGERADOR
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
Após a definição do ‘Ponto Zero’, foram realizadas marcações no chão
utilizando a trena, com distancias de 500 mm entre elas, como mostra a figura 43.
FIGURA 43 – MARCAÇÃO PARA OS TESTES
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
80
Infelizmente um problema foi constatado durante os testes, o túnel de vento
não está nas melhores condições possíveis, por conta da sua geometria que começa
quadrática e termina circular o vento além de turbulento não possui direção. Então os
testes foram realizados apenas nas distancias de 500 mm e 1000 mm em relação ao
centro do túnel de vento, em 1000 mm com rotação elevada.
O túnel de vento utiliza um medidor de frequência para determinar a rpm,
então foram utilizadas no experimento as rotações por minuto entre 1000 rpm e 1900
rpm, como mostra a figura 44.
FIGURA 44 – MEDIDOR DE FREQUENCIA
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
As medições da velocidade do vento foram realizadas atrás das pás do
aerogerador, para que fosse possível captar a velocidade real que o vento chega e
não o qual ele sai diretamente do túnel de vento. Durante as medições de vento, o
multímetro era utilizado para medir a tensão gerada. Para a medição da rpm foi
realizado uma marcação em uma pá do aerogerador, a rotação era filmada por celular
em câmera lenta, durante a análise era contabilizada quantas vezes a pá marcada
passava pelo ponto central, assim era determinada a rpm. No primeiro cenário, todas
as medições ocorreram a 500 mm do túnel de vento. A tabela 9 a seguir mostra todos
os resultados obtidos.
81
TABELA 9 – RESULTADOS OBTIDOS NOS TESTES A 500MM
DISTANCIA VELOCIDADE DO VENTO RPM AEROGERADOR TENSÃO RPM TUNEL DE
VENTO
0,5 m 3 m/s 17 rpm 0,5 v 1000 rpm
0,5 m 3,2 m/s 36 rpm 0,95 v 1100 rpm
0,5 m 3,5 m/s 63 rpm 1,5 v 1200 rpm
0,5 m 4,2 m/s 90 rpm 2,4 v 1300 rpm
0,5 m 4,5 m/s 120 rpm 3,15 v 1400 rpm
0,5 m 4,7 m/s 134 rpm 3,5 v 1500 rpm
0,5 m 5,3 m/s 168 rpm 4 v 1600 rpm
0,5 m 5,8 m/s 174 rpm 4,45 v 1700 rpm
0,5 m 6,2 m/s 186 rpm 5 v 1800 rpm
0,5 m 6,2 m/s 216 rpm 5 v 1900 rpm
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
Após todos os possíveis dados serem colhidos, é hora de analisa-los para
encontrar um ponto ideal. Primeiramente serão analisados todos os dados do primeiro
cenário, aonde o aerogerador se encontra na POSIÇÃO 1 a 500 mm do túnel de vento.
No gráfico 8, é possível perceber o aumento da tensão conforme o aumento
da velocidade do vento. Sendo que no fim, a velocidade se mantem, mantendo a
tensão gerada.
GRÁFICO 8 – TENSÃO X VELOCIDADE DO VENTO - FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
O gráfico 9, apresenta a relação da rpm x velocidade do vento, é possível
perceber o aumento da rpm conforme o vento aumenta.
0,50,95
1,5
2,4
3,153,5
44,45
5 5
0
1
2
3
4
5
6
3 3,2 3,5 4,2 4,5 4,7 5,3 5,8 6,2 6,2
Ten
são
[v]
Velocidade do Vento [m/s]
TENSÃO x VELOCIDADE DO VENTO
TENSÃO POSIÇÃO 1
82
GRÁFICO 9 – RPM X VELOCIDADE DO VENTO FONTE - PRÓPRIO AUTOR, 2016)
Em seguida, através do gráfico 10 que traz a relação tensão x rpm é possível
ver o aumento gradativo da tensão conforme o aumento da rpm do aerogerador.
GRÁFICO 10 – TENSÃO X RPM – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
17
36
63
90
120
134
168174
186
216
0
50
100
150
200
250
3 3,2 3,5 4,2 4,5 4,7 5,3 5,8 6,2 6,2
RP
M A
ero
gera
do
r
Velocidade do Vento [m/s]
RPM x VELOCIDADE DO VENTO
RPM AEROGERADOR POSIÇÃO 1
0,5
0,95
1,5
2,4
3,153,5
4
4,45
5 5
0
1
2
3
4
5
6
17 36 63 90 120 134 168 174 186 216
Ten
são
[v]
RPM Aerogerador
TENSÃO X RPM
TENSÃO POSIÇÃO 1
83
A última análise para o primeiro cenário pode ser observada pela relação do
gráfico 11, onde mostra o aumento das rpm conforme a rpm do túnel de vento era
elevada.
GRÁFICO 11 – RPM X RPM TUNEL DE VENTO - FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
No segundo cenário, com o aerogerador na POSIÇÃO 2 a 1000 mm do centro
do túnel de vento, foi o início dos problemas com a direção do vento. Para vencer esse
problema, os testes se iniciaram a 1500 rpm, conforme tabela 10.
TABELA 10 – RESULTADOS OBTIDOS NOS TESTES A 1000 mm
DISTANCIA VELOCIDADE DO VENTO RPM AEROGERADOR TENSÃO RPM TÚNEL DE
VENTO
1 m 2,8 m/s 16 rpm 0,6 v 1500 rpm
1 m 3,4 m/s 66 rpm 1,3 v 1600 rpm
1 m 4 m/s 78 rpm 2,3 v 1700 rpm
1 m 4,2 m/s 112 rpm 3 v 1800 rpm 1 m 4,5 m/s 114 rpm 3,3 v 1900 rpm
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
O gráfico 12, a seguir, apresenta relação do aumento da tensão conforme a o
aumento da velocidade do vento.
1736
63
90
120134
168 174186
216
0
50
100
150
200
250
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
RP
M A
ero
gera
do
r
RPM Túnel de Vento
RPM AEROGERADOR x RPM TÚNEL DE VENTO
RPM AEROGERADOR POSIÇÃO 1
84
GRÁFICO 12 – TENSÃO X VELOCIDADE DO VENTO - FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
Já o gráfico 13, mostra a relação da rpm do aerogerador com a velocidade do
vento. É visível o aumento da rpm conforme a velocidade do vento aumentava.
GRÁFICO 13 – RPM X VELOCIDADE DO VENTO – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
No gráfico 14, a relação entre a tensão x rpm segue a tendência do primeiro
cenário, quanto mais o rpm aumenta, maior será a tensão gerada pelo aerogerador.
0,6
1,3
2,3
33,3
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
2,8 3,4 4 4,2 4,5
Ten
são
[v]
Velocidade do Vento [m/s]
TENSÃO x VELOCIDADE DO VENTO
TENSÃO POSIÇÃO 2
16
66
78
112 114
0
20
40
60
80
100
120
2,8 3,4 4 4,2 4,5
RP
M A
ero
gera
do
r
Velocidade do Vento [m/s]
RPM x VELOCIDADE DO VENTO
RPM AEROGERADOR POSIÇÃO 2
85
GRÁFICO 14 – TENSÃO X RPM (PRÓPRIO AUTOR, 2016)
Por fim da análise do segundo cenário, e como mostra o gráfico 15, a
tendência continua e é possível ver que as rpm do aerogerador crescem conforme a
frequência do túnel de vento é elevada.
GRÁFICO 15 – RPM AEROGERADOR X RPM TUNEL DE VENTO - FONTE: PRÓPRIO AUTOR,
2016
0,6
1,3
2,3
3
3,3
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
16 66 78 112 114
Ten
são
[v]
RPM Aerogerador
TENSÃO X RPM
TENSÃO POSIÇÃO 2
16
66
78
112 114
0
20
40
60
80
100
120
1500 1600 1700 1800 1900
RP
M A
ero
gera
do
r
RPM Túnel de Vento
RPM AEROGERADOR x RPM TÚNEL DE VENTO
RPM AEROGERADOR POSIÇÃO 2
86
Após todos os dados serem analisados, é possível perceber que, quanto
maior a velocidade do vento, maior será a rpm do aerogerador, consequentemente
maior a tensão.
Alguns pontos encontrados nos testes necessitam uma análise mais apurada,
como é possível observar, no gráfico 16 a seguir, que compara os gráficos Tensão x
Velocidade do Vento entre os dois cenários. A tensão do aerogerador posicionado a
1000mm do túnel de vento, com as velocidades aproximadas, é maior do que a
posicionada a 500mm.
GRÁFICO 16 – TENSÃO 1 X TENSÃO 2 – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
A resposta para isso, seria possível encontrar na comparação das rpm dos
dois cenários, como mostra o gráfico 17, considerando que quanto maior a velocidade
do vento maior será a rpm, mas o que podemos observar é o contrário. A rotação do
aerogerador posicionado a 1000mm é menor do que o aerogerador posicionado a
500mm.
0,6
1,3
2,3
33,3
0,50,95
1,5
2,4
3,153,5
44,45
5 5
0
1
2
3
4
5
6
3 3,2 3,5 4,2 4,5 4,7 5,3 5,8 6,2 6,2
Ten
são
Velocidade do Vento
TENSÃO POSIÇÃO 1 X TENSÃO POSIÇÃO 2
TENSÃO POSIÇÃO 2 TENSÃO POSIÇÃO 1
87
GRÁFICO 17 – RPM AEROGERADOR 1 X AEROGERADOR 2 – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
Isso pode ser explicado pelo fato de que quanto mais longe do túnel de vento,
maior é o rendimento por causa da baixa turbulência, sendo que quanto mais perto do
túnel, maior ela será.
Se colocarmos a geração de energia lado a lado é possível analisar, de que o
aerogerador na posição 1, com a frequência máxima do túnel de vento é o que gera
mais energia. Para conclusão acadêmica e para o objetivo ser atingido, o ponto ideal
é a 500mm com a rpm do túnel de vento a 1900, aonde seriam gerados 5 volts com
216 rpm.
Após essa conclusão ser atingida e com o objetivo de melhoria continua, uma
nova bateria de testes foi realizada. Primeiramente o rolamento do motor utilizado foi
lixado, acompanhado de uma lubrificação com desengripante.
O aerogerador foi posicionado a 500mm com relação ao túnel de vento, a uma
rpm de 1900 e um ângulo de 20º em relação a base foi estabelecido na pá para a
padronização do teste. A tabela 11, mostram os resultados encontrados.
017
36
63
90
120134
168 174186
216
16
6678
112 114
0
50
100
150
200
250
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
RP
M A
ero
gera
do
r
RPM Túnel de Vento
RPM AEROGERADOR POSIÇÃO 1 x RPM AEROGERADOR POSIÇÃO 2
RPM AEROGERADOR POSIÇÃO 1 RPM AEROGERADOR POSIÇÃO 2
88
TABELA 11 – TESTES APÓS LIMPEZA DO MOTOR
DISTÂNCIA VELOCIDADE DO VENTO RPM AEROGERADOR TENSÃO RPM TÚNEL DE
VENTO
0,5 m 2.8 m/s 0 rpm 0 v 1000 rpm
0,5 m 2.7 m/s 120 rpm 3.1 v 1100 rpm
0,5 m 3.3 m/s 150 rpm 4 v 1200 rpm
0,5 m 3.9 m/s 180 rpm 4.7 v 1300 rpm
0,5 m 4.2 m/s 210 rpm 5.4 v 1400 rpm
0,5 m 4,7 m/s 240 rpm 6 v 1500 rpm
0,5 m 5 m/s 270 rpm 6.5 v 1600 rpm
0,5 m 5.3 m/s 300 rpm 7.2 v 1700 rpm
0,5 m 6 m/s 360 rpm 7.7 v 1800 rpm
0,5 m 6 m/s 420 rpm 8.4 v 1900 rpm
FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
O regime de funcionamento do aerogerador só foi encontrado a partir da rpm
de 1400, pois a pá nessa posição ganha em rpm mas perde em torque. Para
solucionar isso, o teste foi realizado inversamente, começando pela rpm mais alta, de
1900 e reduzindo até 1000 rpm (respeitando que o regime de funcionamento para
cada frequência fosse atingido).
No gráfico 18 é possível analisar o fenômeno em que a tensão aumenta
conforme a velocidade.
GRÁFICO 18 – TENSÃO X VELOCIDADE DO VENTO – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
Igualmente a rpm aumenta conforme o aumento da velocidade do vento, pode
ser visto no gráfico 19.
0
3,14
4,75,4
66,5
7,27,7
8,4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2,8 2,7 3,7 3,9 4,2 4,7 5 5,3 6 6
Ten
são
[v]
Velocidade do Vento [m/s]
TENSÃO x VELOCIDADE DO VENTO
TENSÃO
89
GRÁFICO 19 – RPM X VELOCIDADE DO VENTO – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
O gráfico 20 apresenta a evolução da tensão em relação ao aumento do
número de rpm do aerogerador.
GRÁFICO 20 – TENSÃO X RPM – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
Por fim, o gráfico 21 apresenta a relação entre a rpm do aerogerador x
frequência do túnel de vento. O aumento é facilmente visível.
0
120150
180210
240270
300
360
420
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
2,8 2,7 3,7 3,9 4,2 4,7 5 5,3 6 6
RP
M A
ero
gera
do
r
Velocidade do Vento [m/s]
RPM x VELOCIDADE DO VENTO
RPM AEROGERADOR 1
0
3,1
44,7
5,46
6,57,2
7,78,4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 120 150 180 210 240 270 300 360 420
Ten
são
[v]
RPM Aerogerador
TENSÃO X RPM
TENSÃO
90
GRÁFICO 21 – RPM AEROGERADOR X FREQUENCIA TUNEL DE VENTO – FONTE: PRÓPRIO
AUTOR, 2016
Com todos os dados necessários, é possível analisar a relação entre a tensão
e a rpm do aerogerador, quando uma aumenta a outra consequentemente irá
aumentar. A tensão é a causa da rpm do aerogerador. Com as pequenas melhorias
realizadas na limpeza do motor, foi possível ver um aumento expressivo de
aproximadamente 40 % da tensão em relação aos primeiros testes.
O gráfico 22 compara as tensões das baterias de teste 1 e 2, a 500 mm. A cor
azul representa a tensão 1, referente ao primeiro teste, enquanto a cor verde
representa a tensão obtida no segundo teste.
GRÁFICO 22 – TENSÃO 1 X TENSÃO 2 – FONTE: PRÓPRIO AUTOR, 2016
0
120150
180210
240270
300
360
420
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
RP
M A
ero
gead
or
RPM Túnel de Vento
RPM AEROGERADOR x RPM TUNEL DE VENTO
RPM AEROGERADOR POSIÇÃO 1 / CENÁRIO 3
0,50,95
1,52,4
3,15 3,54
4,455 5
0
3,14
4,75,4
66,5
7,27,7
8,4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2,8 2,7 3,7 3,9 4,2 4,7 5 5,3 6 6
Ten
são
[V
]
Velocidade do Vento [m/s]
TENSÃO CENÁRIO 1 X TENSÃO CENÁRIO 3
TENSÃO CENÁRIO 1 TENSÃO CENÁRIO 3
91
Após todos os dados serem analisados, é possível afirmar que o ponto ótimo
do aerogerador fica a 500 mm, com um ângulo da pá a 20º da do centro, com uma
rpm de 1900, aonde o aerogerador atinge 420 rpm e gera uma tensão de 8.4v à 6m/s.
Como forma de certificação dos resultados foram realizadas novas medições,
uma com o anemômetro posicionado na saída do aerogerador aonde indicou uma
velocidade de 12,9 m/s, a segunda medição foi realizada com o anemômetro a frente
das pás do aerogerador e indicou uma velocidade de 7,5 m/s e a última com o
anemômetro posicionado atrás das pás do protótipo, replicando a posição inicial dos
testes, que indicou 5,8 m/s. Analisando as novas medições é possível afirmar que as
quais corroboram para os resultados inicialmente obtidos e confirmam a consistência
dos dados primitivos.
92
16. CONCLUSÃO
Após um ano de trabalho, pesquisas, erro e acertos o projeto foi concluído e
o objetivo foi alcançando. Durante a primeira fase do desenvolvimento do projeto foi
evidenciada a tendência mundial do crescimento do uso de energias renováveis,
principalmente a energia eólica, não somente no uso industrial, mas também no uso
residencial. No mercado existem várias grandes empresas que comandam o mercado
e possuem um nível de engenharia altíssimo aplicado na construção de
aerogeradores e geração de energia.
Dentro do tempo, ferramentas e orçamento disponíveis, foi possível a
construção de um protótipo que, dentro do avanço do seu desenvolvimento, pode
representar o curso de engenharia mecânica. Um estudo complexo sobre perfil de pás
foi realizado, com o intuito de trazer para o âmbito acadêmico uma explicação sucinta
dos anos de engenharia aplicado pelas grandes empresas.
Durante o processo de fabricação, houveram alguns problemas e erros com
o projeto. O material utilizado para a confecção das pás não é o ideal, deixando-as
com sobrepeso, causando assim um problema com relação aos ângulos necessários
para o melhor aproveitamento do vento, que também não foram alcançados devido à
falta de equipamentos necessários. O motor gerador disponível para o projeto não é
o ideal, ele é superdimensionado, para suprir o aerogerador é recomendado a
utilização de um motor gerador com Torque de 0,000141638 Nm e 0,00652618
Cavalo-vapor.
Apesar dos problemas, o número de acertos e ganhos foi maior. A um ano
atrás, além do desenvolvimento desse projeto ser contestado pela sua dificuldade, a
equipe não possuía nada além de materiais de pesquisa. Aplicando 5 anos de
conhecimento ganho através do curso de engenharia mecânica foi possível encontrar
uma maneira de transportar todo esse conhecimento e investimento já existente
dentro desse ramo e traze-lo de uma forma simples para a academia. O protótipo
apesar de rustico mostra como é possível, através de muito esforço, determinação,
foco e estudo, o desenvolvimento e criação de uma ideia.
Ao longo dos testes foram possíveis comprovar algumas teorias e evidenciar
acertos e erros. Os resultados obtidos através dos cálculos, não podem ser
comparados com os testes realizados pois existe um problema em relação ao
funcionamento dos equipamentos utilizados, assim como o protótipo não se encontra
93
no ponto ideal. O capitulo teórico continua no trabalho, pois é possível analisar como
seriam os resultados em um ambiente com condições perfeitas. Por isso que, através
dos testes realizados, consideramos o protótipo um sucesso.
O conceito de engenharia é solucionar problemas, e acredita-se que através
desse projeto um passo para o futuro está sendo dado, e quem sabe, muitos
problemas serão solucionados através dele.
94
17. PROJETOS FUTUROS
Parafraseando o grande poeta inglês William Wordsworth, para começar,
comece! O primeiro e mais difícil passo de um projeto foi dado, que é a construção de
algo novo. Como relatado durante todo esse trabalho, o projeto apresentou algumas
falhas, não por falta de vontade de melhorar, mas sim falta de tempo, investimento,
ferramentas necessárias.
A equipe acredita que os próximos passos listados a seguir, serão de grande
valia para a universidade, para o conhecimento dos alunos e também para um
possível e atrativo produto de mercado.
Começando com o estudo e desenvolvimento das pás do aerogerador,
dimensionamento de um novo motor, estudo dos materiais corretos para a construção,
desenvolvimento de uma estrutura para micro geração de energia, sistema
multiplicador de engrenagens.
Esses são alguns passos que podem ser dados nos próximos períodos,
esperamos ver daqui alguns anos o projeto Aerogerador de Eixo Vertical, encontrando
seu ponto ótimo e sendo uma verdadeira tendência no mercado.
95
REFERÊNCIAS
ABEeólica. Energia Eólica. ABEeólica. Disponível em
<http://www.portalabeeolica.org.br/>. Acesso em 2015.
ALMEIDA, J. E. Motores elétricos: manutenção e testes. 3. ed. São Paulo: Hemus,
1995.
ANEEL. Energia Eólica. ANEEL. Disponível em
<http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-energia_eolica(3).pdf>. Acesso em
2015.
AIRFOL DOCUMENTS, 2016. NREL. Disponível em < http://wind.nrel.gov/airfoils/Documents/AirfoilDocuments.html >. Acesso em 2016.
CEPEL, 2001. Atlas do Potencial Eólico Brasileiro.
CEPEL. Guia operacional de motores elétricos. Rio de Janeiro: Cepel –
Eletrobrás/Procel, 1998.
CHENG C, et al. (2007) Inference of transcription modification in long-live yeast strains
from their expression profiles.
DUTRA, R.M. Viabilidade Técnico-Econômica da Energia Eólica face ao novo marco regulatório do setor elétrico brasileiro. 2001.
ENERGIA EÓLICA, 2016. Eletrônica. Disponível em < http://www.electronica-pt.com/energia-eolica >. Acesso em 2016.
ELETROBRÁS. O que é energia. Eletrobrás, 2015. Disponível em <http://www.eletrobras.com/elb/natrilhadaenergia/energia/main.asp?View=%7B46D60DAC-EFC2-4897-BF9A-3ABF26602AFB%7D>. Acesso em 2015.
EPE. Equipe de Pesquisa Energética. Disponível em <http://www.epe.gov.br/Estudos/Documents/PDE2022.pdf>. Acesso em 2015.
EWEA, EUROPEAN COMMISSION, 1998a, “Technology”. In: Wind Energy – The Facts, Vol 1.
FERREIRA, Leonardo Santos, 2005. Efeito de distúrbios na malha principal sobre o desempenho dinâmico à frequência fundamental de aerogeradores de indução simples e aerogeradres de indução de dupla alimentação.
GASCH, J. Twele, et al. Wind Power Plantes. 2002.
GLOBAL WIND ENERGY CONCIL. Global Wind Report. GWEC, 2014. Disponível em <http://www.gwec.net/wp-content/uploads/2015/03/GWEC_Global_Wind_2014_Report_LR.pdf>. Acesso em: 07.set.2015.
MAALAWI, Y. Karam. A direct method for evaluating performance of horizontal axis
wind turbine. 2000.
MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Plano Nacional de Energia. Equipe de Pesquisa Energética, 2015. Disponível em <http://www.epe.gov.br/PNE/Forms/Empreendimento.aspx>. Acesso em 2015.
96
PAVINATTO, Eduardo Fiorini. Ferramenta para auxílio à análise de viabilidade técnica da conexão de parques eólicos à rede elétrica. 2005.
PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATOLICA DO RIO GRANDE DO SUL. Energia Eólica. Centro de Energia Eólica, 2015. Disponível em <http://www.pucrs.br/ce-eolica/faq.php?q=6>. Acesso em 2015.
SHEFHERD, D.G.,1994, “Historical Development of the Windmill”. In Wind Turbine Technology – Fundamental Concepts of Wind Turbine Engineering, SPERA, S.A, (ed), 1 ed. New York, ASME Press, pp 1-46.
UFMG. QFD na garantia da qualidade do produto durante seu desenvolvimento. Scielo, 2007. <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-65132007000300015>. Acesso em 2015.
VEJA. Impavido Colosso. 2014. < http://veja.abril.com.br/blog/impavido-colosso/brasil-piora-em-ranking-e-passa-a-ser-o- 6-com-a-energia-mais-cara-do-mundo/>. Acesso em 2016
WEG. Manual completo WEG.
WIND POWER MONTHLY, 2004. Wind Statistic. Disponível em <http://www.windpower.com/statistics.html>. Acesso em 2015.
97
APENDICÊS
APENDICE A – CRONOGRAMA PARA PRIMEIRA ENTREGA
ATIV
IDAD
EIN
ICIO
FIM1
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
26
PERIO
DO DE
IDEIA
S28
/jul
14/a
go
DEFE
SA DO
TEMA
17/a
go18
/ago
BENC
HMAR
KING
24/a
go28
/ago
INTR
ODUÇ
ÃO DO
TRAB
ALHO
24/a
go28
/ago
PESQ
UISA
DE M
ERCA
DO30
/ago
04/se
t
QFD
07/se
t20
/set
SOLU
ÇÃO
PORP
OSTA
07/se
t20
/set
MATR
IZ DE
DECIS
ÃO07
/set
20/se
t
REVI
SÃO
ORTO
GRÁF
ICA/F
ORMA
TAÇÃ
O21
/set
28/se
t
1ª EN
TREG
A PAR
A A BA
NCA
29/se
t29
/set
PROJ
ETO
CONC
EITUA
L: 1º
CONT
ATO
(PES
QUISA
E LE
ITURA
)05
/out
12/o
ut
CORR
EÇÃO
1ª EN
TREG
A 12
/out
16/o
ut
PROJ
ETO
CONC
EITUA
L: TE
ORIA
12/o
ut13
/nov
PROJ
ETO
CONC
EITUA
L: CÁ
LCUL
OS PR
ELIM
INAR
ES12
/out
13/n
ov
PROJ
ETO
CONC
EITUA
L: CR
OQUI
S TÉC
NICO
S12
/out
13/n
ov
PROJ
ETO
CONC
EITUA
L: CU
STOS
PREL
IMIN
ARES
12/o
ut13
/nov
FMEA
SYST
EM19
/out
24/o
ut
FMEA
DESIG
N26
/out
31/o
ut
RESU
MO E
CONC
LUSÃ
O16
/nov
16/n
ov
REVI
SÃO
ORTO
GRÁF
ICA/F
ORMA
TAÇÃ
O17
/nov
23/n
ov
2ª EN
TREG
A PAR
A A BA
NCA
24/n
ov24
/nov
MONT
AGEM
DA AP
RESE
NTAÇ
ÃO O
RAL
25/n
ov04
/dez
APRE
SENT
AÇÃO
ORA
L05
/dez
05/d
ez
NO PR
AZO
PLAN
EJADO
ATRA
SADO
DEZE
MBR
O
CRON
OGRA
MA T
CC 20
15/2
016
PROJ
ETO
AERO
GERA
DOR
AGOS
TOSE
TEM
BRO
OUTU
BRO
NOVE
MBR
O
98
APENDICE B – FORMULÁRIO DE PESQUISA DE MERCADO
Andrés Martin Samways Valinas ; Carlos Eduardo Moreira ; Guilherme Orso
VOCÊ CONSIDERA A ENERGIA ELÉTRICA CARA ?
SIM NÃO OUTROS:
QUAL É O CONSUMO MÉDIO DE ENERGIA, EM REAIS, NA SUA RESIDÊNCIA ?
ate R$100 entre R$100 e R$200 acima de R$200
OCORRE ALGUM TIPO DE RACIONAMENTO DE ENERGIA NA SUA RESIDÊNCIA ?
SIM NÃO OUTROS:
VOCÊ JÁ OUVIU FALAR SOBRE ENERGIA RENOVÁVEL ?
SIM NÃO OUTROS:
NA SUA OPINIÃO, O GOVERNO INCENTIVA O USO DE RECURSOS RENOVÁVEIS ?
SIM NÃO OUTROS:
VOCÊ JÁ OUVIU FALAR SOBRE ALGUM PROGRAMA DO GOVERNO DE INCENTIVO EM ENERGIA RENOVÁVEIS ?
SIM NÃO OUTROS:
VOCÊ INVESTIRIA EM ALGUM TIPO DE ENERGIA RENOVÁVEL PARA SUA RESIDENCIA ?
SIM NÃO OUTROS:
QUAL TIPO DE ENERGIA RENOVÁVEL VOCÊ USARIA ?
EOLICA SOLAR OUTROS:
VOCÊ ESTARIA DISPOSTO EM INVESTIR EM ENERGIA EÓLICA ?
SIM NÃO OUTROS:
HÁ ESPAÇO PARA UM MINI AEROGERADOR EM SUA RESIDENCIA/COMÉRCIO ?
SIM NÃO OUTROS:
HAVERIA ALGUM INTERESSE EM INSTALAR UM MINI AEROGERADOR EÓLICO EM SUA RESIDÊNCIA/COMÉRCIO ?
SIM NÃO OUTROS
QUE VALOR VOCÊ ESTARIA DISPOSTO INVESTIR ?
ate R$1500,00 ate R$5000,00 acima de R$ 5000,00
DATA NOME/ASSINATURA
10
11
12
QUESTÕES
PESQUISA DE MERCADO
O formulário a seguir serve como pesquisa de mercado para definições de paramêtro do projeto do Trabalho de Conclusão de Curso 1, do curso de
Engenharia Mecânica, da Universidade Tuiuti do Paraná.
Equipe
6
7
8
9
1
2
3
4
5
99
APENDICE C – CRONOGRAMA SEGUNDA ENTREGA
ATIVID
ADEINIC
IOFIM
12
34
910
1112
1314
1516
12
34
910
1112
1314
1516
CORREÇ
ÃO DO
TRABAL
HO ESC
RITO
01/fev
27/fev
DESENV
OLVIME
NTO DA
PARTE
TEÓRIC
A27/
fev17/
abr
REVISÃ
O PART
E ESCRI
TA15/
abr18/
abr
TERCEI
RA ENT
REGA D
O TCC
19/abr
19/abr
COMPRA
S DOS
MATER
IAIS(co
ntrução
protóti
po)20/
abr30/
abr
CONSTR
UÇÃO D
O PROT
ÓTIPO
20/abr
05/jun
RECEBI
MENTO
CÓPIA
S CORRI
GIDAS
E CORRE
ÇÃO DO
TRABAL
HO30/
abr10/
mai
DESENV
OLVIME
NTO DA
PARTE
TEÓRIC
A02/
mai
05/jun
REALIZA
ÇÃO DE
TESTES
28/ma
i05/
jun
REVISÃ
O PART
E ESCRI
TA03/
jun06/
jun
NO PR
AZO
ATRASA
DO
MAIO
JUNHO
CRONO
GRAMA
TCC 201
5/2016
PRO
JETO A
EROGER
ADOR
JANEIR
OFEV
EREIRO
MARÇO
ABRIL
100
APENCIDE D – FMEA SYSTEM
101
APENDICE E – FMEA DESIGN
102
APENDICE F – DESENHOS TÉCNICOS
120°
30
12
20 95
10
M6
10
4,5
0 M
6
AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL
FlangeCarlos E.
PESO:
AÇO SAE 1020A4
FOLHA 1 DE 6ESCALA:1:1
DES. Nº
TÍTULO:
(NÃO MUDAR A ESCALA DO DESENHO)
MATERIAL:DATAASSINATURANOME
ACABAMENTO:
SE NÃO ESPECIFICADO: DIMENSÕES EM MILÍMETROS.
APROV.
VERIF.
DES.
Guilherme Orso
Andrés Valinas
UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ.
Engenharia MecânicaZincado
102,93 6
9,68
39,54
25,
96
51,47
M12
102,93
70
22
35
110,50
145
70
AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL
Suporte para o MotorCarlos E.
PESO:
AÇO SAE 1020A4
FOLHA 2 DE 6ESCALA:1:2
DES. Nº
TÍTULO:
(NÃO MUDAR A ESCALA DO DESENHO)
MATERIAL:DATAASSINATURANOME
ACABAMENTO:
SE NÃO ESPECIFICADO: DIMENSÕES EM MILÍMETROS.
APROV.
VERIF.
DES.
Guilherme Orso
Andrés Valinas
UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ.
Engenharia MecânicaPintura liq. (ocre)
1000
21
,30
120
0
250
2
AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL
Base do aerogeradorCarlos E.
PESO:
AÇO SAE 1020A4
FOLHA 3 DE 6ESCALA:1:10
DES. Nº
TÍTULO:
(NÃO MUDAR A ESCALA DO DESENHO)
MATERIAL:DATAASSINATURANOME
ACABAMENTO:
SE NÃO ESPECIFICADO: DIMENSÕES EM MILÍMETROS.
APROV.
VERIF.
DES.
Guilherme Orso
Andrés Valinas
UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ.
Engenharia MecânicaPintura liq. (ocre)
10
2
12
60
70
12
222
11
36
95 32
3
AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL
Motor FCM - 1,25 HP - 180 VcCarlos E.
PESO:
-A4
FOLHA 4 DE 6ESCALA:1:2
DES. Nº
TÍTULO:
(NÃO MUDAR A ESCALA DO DESENHO)
MATERIAL:DATAASSINATURANOME
ACABAMENTO:
SE NÃO ESPECIFICADO: DIMENSÕES EM MILÍMETROS.
APROV.
VERIF.
DES.
Guilherme Orso
Andrés Valinas
UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ.
Engenharia Mecânica-
5 1
2
3
4
Nº DO ITEM Nº DA PEÇA QTD.
1 ASA AEROGERADOR 5
2 barra Roscada M6 23 porca M6 14
4 espuma expansiva 4
5 massa plastica 1
AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL
Perfil pá NREL S834x450mmCarlos E.
PESO:
-A4
FOLHA 5 DE 6ESCALA:1:2
DES. Nº
TÍTULO:
(NÃO MUDAR A ESCALA DO DESENHO)
MATERIAL:DATAASSINATURANOME
ACABAMENTO:
SE NÃO ESPECIFICADO: DIMENSÕES EM MILÍMETROS.
APROV.
VERIF.
DES.
Guilherme Orso
Andrés Valinas
UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ.
Engenharia Mecânica-
AEROGERADOR DE EIXO HORIZONTAL
Conjunto montadoCarlos E.
PESO:
-A4
FOLHA 6 DE 6ESCALA:1:10
DES. Nº
TÍTULO:
(NÃO MUDAR A ESCALA DO DESENHO)
MATERIAL:DATAASSINATURANOME
ACABAMENTO:
SE NÃO ESPECIFICADO: DIMENSÕES EM MILÍMETROS.
APROV.
VERIF.
DES.
Guilherme Orso
Andrés Valinas
UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ.
Engenharia Mecânica-
FMEA Design
Executado
André Hubert e Amauri
Aprovado Data FMEA no. 1 Rev. 1 Página no. 1
Efeitos da falha (4) (5) (9) (PoxSxPd)
NºNome do componente / processo /
operação ou principal funçãoFunção Potencial Modo de Falha Potencial Efeito da Falha
Clie
nte
Inte
rno
Potencial Causa da Falha Verificação do Projeto
Oc
orr
ên
cia
(P
o)
Se
ve
rid
ad
e (
S)
De
tec
çã
o (
Pd
)
Nú
me
ro d
e
Pri
ori
da
de
de
Ris
co
(R
PN
.)
Crí
tic
o
Ação Recomendada
Re
sp
on
sá
ve
l
Pra
zo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
VAZÃO DIMINUI X X HÉLICE MAL CALCULADA ESPECIFICAR HÉLICES NO DESENHO 1 9 1 9 X Teste de qualidade Carlos 13/nov
HELICE QUEBRA X X ESCOLHADA INCORRETA DO MATERIALESPECIFICAÇÕES DO MATERIAL NO
DESENHO1 9 1 9 X Teste de qualidade Carlos 13/nov
SISTEMA DESBALANCEADO X SISTEMA MAL MONTADO/ MAL CALCULADOESPECIFICAR MONTAGEM NO
DESENHO E MANUAL1 5 1 5
NÃO GIRA O ROTOR X SISTEMA MAL MONTADO/PEÇAS DEFEITUOSASESPECIFICAR MONTAGEM NO
DESENHO E MANUAL3 9 1 27 X Treinamento de técnico para montagem do equipamento Carlos 13/nov
RENDIMENTO DIMINUI X SISTEMA MAL MONTADO/ PEÇAS DEFEITUOSAS/ MAL CALCULADOESPECIFICAR MONTAGEM NO
DESENHO E MANUAL2 5 1 10
VAZÃO DIMINUI X SISTEMA MAL MONTADO/PEÇAS DEFEITUOSAS/MAL CALCULADOESPECIFICAR MONTAGEM NO
DESENHO E MANUAL2 5 1 10
SUPER AQUECIMENTO QUEIMAR O MOTOR X X SISTEMA MAL DIMENSIONADOESPECIFICAR MONTAGEM NO
DESENHO E MANUAL3 9 10 270 X Teste de funcionamento Andrés 13/nov
ROLAMENTO PRESO ROTOR NÃO GIRA XPEÇAS DEFEITUOSAS / SEM LUBRIFICAÇÃO / MA QUALIDADE DO MATERIAL DO
ROLAMENTO
ESPECIFICAR MONTAGEM NO
DESENHO E MANUAL4 9 10 360 X Teste de funcionamento Andrés 13/nov
ROLAMENTO QUEBRADO ROTOR NÃO GIRA X PEÇAS DEFEITUOSAS / MA QUALIDADE DO MATERIAL DO ROLAMENTOESPECIFICAR MONTAGEM E MATERIAL
NO DESENHO4 9 10 360 X Teste de funcionamento Andrés 13/nov
CABOS DESCONECTADOS NÃO TRANSMISSÃO DE ENERGIA X X ESPECIFICAÇÃO INCORRETA DE MONTAGEMESPECIFICAR MONTAGEM NO
DESENHO E MANUAL6 9 10 540 X Teste de funcionamento Andrés 13/nov
INFILTRAÇÃO DE ÁGUA X X MATERIAL DE BAIXA QUALIDADE / MANUSEIO INCORRETO ESPECIFICAÇÕES NO DESENHO 6 2 5 60
DETERIORIZAÇÃO DO ROTOR X X MONTAGEM INCORRETA ESPECIFICAÇÕES NO DESENHO 3 2 5 30
AUMENTO DO RUIDO X MONTAGEM INCORRETA ESPECIFICAÇÕES NO DESENHO 3 6 5 90
RENDIMENTO DIMINUI X MONTAGEM INCORRETA / MAL CALULADA ESPECIFICAÇÕES NO DESENHO 1 1 10 10
DIRECIONAMENTO ERRADO DAS HÉLICES X X MONTAGEM INCORRETA / MAL CALULADA ESPECIFICAÇÕES NO DESENHO 1 1 10 10
MÁ OU NÃO FIXAÇÃO NA ESTRUTURA X MONTAGEM INCORRETA / MAL CALULADA ESPECIFICAÇÕES NO DESENHO 6 6 10 360 X Poka Yoke de Montagem Orso 13/nov
INFILTRAÇÃO DE ÁGUA X MONTAGEM INCORRETA / MATERIAL VEDANTE DE BAIXA QUALIDADE ESPECIFICAÇÕES NO DESENHO 3 1 10 30
DETERIORIZAÇÃO DO ROTOR X X MONTAGEM INCORRETA / MATERIAL VEDANTE DE BAIXA QUALIDADE ESPECIFICAÇÕES NO DESENHO 3 1 10 30
REDUÇÃO DA VAZÃO X INSTALÇÃO INCORRETAESPECIFICAÇÕES NO MANUAL /
TREINAMENTO DO TÉCNICO5 1 10 50
RENDIMENTO DIMIUI X INSTALÇÃO INCORRETAESPECIFICAÇÕES NO MANUAL /
TREINAMENTO DO TÉCNICO5 1 10 50
MÁ CAPTAÇÃO CORRETA DO VENTO X INSTALÇÃO INCORRETAESPECIFICAÇÕES NO MANUAL /
TREINAMENTO DO TÉCNICO5 1 10 50
PODE OCASIONAR QUEBRA DA HASTE X INSTALÇÃO INCORRETAESPECIFICAÇÕES NO MANUAL /
TREINAMENTO DO TÉCNICO5 8 10 400 X Verificar tabela de tensões admissiveis Orso 13/nov
NÃO FUNCIONAMENTO X INSTALÇÃO INCORRETAESPECIFICAÇÕES NO MANUAL /
TREINAMENTO DO TÉCNICO5 10 1 50
EQUIPAMENTO NÃO PODE SER INSTALADO X X INSTALÇÃO INCORRETAESPECIFICAÇÕES NO MANUAL /
TREINAMENTO DO TÉCNICO5 10 1 50
CARCAÇA QUEBRADA
CARCAÇA MAL DIMENSIONADA
MAL VEDADO
4 ESTRUTURAHASTE DE FIXAÇÃO DO
CONJUNTO
MAL DIMENSIONADO
FALTA DE COMPONENTE
2 MOTOR/ROTOR
TRANSFORMAR A ENERGIA
CINÉTICA DO VENTO EM
ENERGIA MECÂNICA
3 INVOLUCRO
PROTEGER MOTOR/ROTOR E
DIRECIONAR HÉLICES PARA A
MELHOR CAPTÇÃO DO VENTO
Líder do projeto 24/11/2015
Caracterização da Falha Avaliação da situação atual Ação / Resultados
1 HÉLICESCAPTAR O VENTO PARA GIRAR
O EIXO DO ROTOR
HÉLICE TRINCADA
FALTA DE UMA HÉLICE
Design FMEA
Nome do Sub-conjunto
No do Produto / Processo
Cliente Projeto Aerogerador
FMEA Design
Ob
se
rva
çõ
es
18
Ação / Resultados
Aerogerador
FMEA System
Executado Nome do Sub-conjunto
No do Produto / Processo
André Hubert e Amauri Projeto Aerogerador
Aprovado Data FMEA no. 1 Rev. 1 Página no. 1
Nº Nome do sub-conjunto Função Requisitos EspecíficosExperiência existente de
projeto
Provável detecção da
falhaManuseio e Embalagem Verificação de Projeto Efeitos da falha
Ris
co
([5
]*[6
]*[7
]*[8
]*[
9].
)
Ação Recomendada
Re
spo
nsá
vel
Pra
zo
Ob
serv
açõ
es
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
CONDUZIR O VENTO 2 1 1 3 4 24
NÃO TRAVAR 2 1 1 3 4 24
NÃO QUEBRAR 2 1 1 3 5 30
NÃO SOLTAR 2 1 1 3 5 30
SUPORTAR VENTO
LIMITE MÁXIMO2 4 1 3 3 72 DETERMINAR VAZÃO CALCULANDO ORSO 15 DIAS
HÉLICES RESISTENTE
AS INTEMPÉRIES2 3 1 3 1 18
SISTEMA
BALANCEADO2 3 1 3 2 36
ISOLAMENTO
ELÉTRICO2 5 1 3 5 150 DETERMINAR MATERIAL ISOLAMENTO ORSO 15 DIAS
ISOLAMENTO
TÉRMICO2 5 1 3 3 90 DETERMINAR MATERIAL ISOLAMENTO ORSO 15 DIAS
IMPERMEABILIDADE 2 5 1 3 1 30
ROLAMENTOS
ALINHADOS2 5 1 3 1 30
ROLAMENTOS SEM
DEFORMÇÕES2 5 1 3 1 30
ROLAMENTOS
LUBRIFICADOS2 5 1 3 1 30
CARCAÇA
IMPERMEAVEL2 2 1 2 2 16
AERODINAMICAMENTE
DEFINIDA2 5 1 2 1 20
CARCAÇA
RESISTENTE AS
INTEMPÉRIES
2 1 1 2 1 4
RESISTENCIA A
QUEBRA2 1 1 1 5 10
BASE BASCULANTE 2 1 1 1 5 10
ESTRUTURA
RESISTENTE AS
INTEMPÉRIES
2 1 1 1 5 10
ACESSÓRIOS DE
FIXAÇÃO2 1 1 1 5 10
3 INVÓLUCRO
PROTEGER
MOTOR/ROTOR E
DIRECIONAR HÉLICES
PARA A MELHOR
CAPTÇÃO DO VENTO
4 ESTRUTURAHASTE DE FIXAÇÃO
DO CONJUNTO
1 HÉLICE
CAPTAR O VENTO
PARA GIRAR O EIXO
DO ROTOR
2 MOTOR/ROTOR
TRANSFORMAR A
ENERGIA CINÉTICA DO
VENTO EM ENERGIA
MECÂNICA
System FMEA
Cliente
Líder do projeto 24/11/2015
Avaliação da situação atual Ação / Resultados
FMEA System
