Relatório Revisado

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Estudo para utilização de combustíveis em drones multirotores.

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  • UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL

    GUSTAVO BASSO

    PROPOSTA PARA FORNECIMENTO DE POTNCIA A UM DRONE MULTIROTOR ATRAVS DE MOTOR A COMBUSTO INTERNA

    CAXIAS DO SUL

    2015

  • GUSTAVO BASSO

    PROPOSTA PARA FORNECIMENTO DE POTNCIA A UM DRONE MULTIROTOR ATRAVS DE MOTOR A COMBUSTO INTERNA

    Relatrio da disciplina Trabalho de Concluso de Curso, apresentado como requisito final concluso do curso de Graduao em Engenharia de Controle e Automao da Universidade de Caxias do Sul.

    Orientador: Prof. Dr. Diorge Alex Bo Zambra

    CAXIAS DO SUL

    2015

  • GUSTAVO BASSO

    PROPOSTA PARA FORNECIMENTO DE POTNCIA A UM DRONE MULTIROTOR ATRAVS DE MOTOR A COMBUSTO INTERNA

    Relatrio da disciplina Trabalho de Concluso de Curso, apresentado como requisito final concluso do curso de Graduao em Engenharia de Controle e Automao da Universidade de Caxias do Sul.

    Orientador: Prof. Dr. Diorge Alex Bo Zambra

    Aprovado em 13/07/2015

    Banca Examinadora

    ____________________________________________________________________

    Prof. Dr. Guilherme Holsbach Costa Centro de Cincias Exatas e Tecnologia - UCS

    ____________________________________________________________________

    Prof. Dr. Renato Gonalves Ferraz

    Centro de Cincias Exatas e Tecnologia UCS

  • AGRADECIMENTOS

    Agradeo sobretudo aos meus pais pela cordialidade e aporte financeiro concedido a mim com a finalidade de adquirir componentes eletrnicos e equipamentos de medio muitas vezes presentes apenas em laboratrios durante todos estes anos de graduao. Tambm agradeo muito a minha irm mais velha que desde meus 13 anos de idade sempre me apoiou a realizar um curso de engenharia que envolve diversas reas do conhecimento. No posso esquecer da minha namorada Jozieli pela compreenso que possui comigo quando preciso dar prioridade mxima ao curso. Minha gratido tambm ao fiel colega Glademir Maziero com quem compartilho muito conhecimento alm de extremo entusiasmo por eletrnica desde o incio da graduao e mais recentemente a meu amigo Clodoaldo com quem compartilho entusiasmo por aviao e modelismo o qual me ofereceu indispensvel ajuda com a parte mecnica do trabalho.

  • Quem trabalha apenas com os braos geralmente no vai muito bem, quem trabalha com a cabea vai melhor, mas os que trabalham com os braos e com a cabea

    sempre iro se dar bem na vida

    Autor desconhecido

  • RESUMO

    Este trabalho teve como objetivo estudar uma soluo para viabilizar a utilizao de um motor a combusto interna com boa relao peso/potncia acionando um gerador de eletricidade para suprir a demanda de um drone multirotor em substituio a potncia fornecida por baterias eltricas. No se conseguiu realizar ensaios com o eixo motriz do motor a combusto acoplado ao eixo dos geradores devido a um problema mecnico, contudo, a funcionalidade do conjunto gerador de energia foi demonstrada utilizando outros equipamentos como uma furadeira. Alm do foco na gerao de energia eltrica foi elaborado e testado um mtodo para controlar a rotao do motor a fim de manter a tenso de sada do gerador constante diante da demanda flutuante de potncia. Ensaios focados nas variveis que interferem no consumo dos motores eltricos foram realizados demonstrando que a utilizao de hlices de maior dimetro em detrimento a hlices de menor dimetro aumenta a eficincia de empuxo e consequentemente possibilita sustentar cargas maiores com menor consumo de potncia, que por sua vez proporciona maior autonomia de voo. Alm disso, os dados coletados sobre o consumo eltrico sugerem que o conjunto gerador de potncia poder ser iado pelo multirotor e fornecer a potncia necessria para sustentar um voo embora seja necessrio continuar os testes de desempenho.

    Palavras-chave: Drone. Gerador trifsico. Motor a combusto. Multirotor.

  • ABSTRACT

    This work aimed to study a solution to enable the use of an internal combustion engine with a good power/weight ratio triggering an electricity generator to supply the demand of a multirotor drone to change the power supplied by electric batteries. Was not possible to perform tests with the combustion engine powering the generator because has occured a mechanical problem, however, the functionality of the power generator set was demonstrated using other equipment such as a drill machine. Besides the focus on power generation was developed and tested a method of controlling the engine speed in order to maintain the output voltage constant in the face of fluctuating demand generator power. Assays focused on the variables that affect the consumption of electric motors have been performed demonstrating that the use of larger diameter propeller to an expense of the smaller diameter propeller thrust increases the efficiency and therefore enables supporting higher loads with lower power consumption, which in turn It provides greater flight range. In addition, the data collected on electricity consumption suggest that the power generator set can be lifted from the multirotor and provide the power needed to sustain a flight although it is necessary to continue the performance tests.

    Keywords: Drone. Combustion engine. Multirotor. Three-phase generator.

  • LISTA DE TABELAS

    TABELA 1 PODER CALORFICO DE DIFERENTES COMBUSTVEIS .............................................. 18 TABELA 2 - PARMETROS DO DIODO RETIFICADOR .................................................................... 38

  • LISTA DE FIGURAS

    FIGURA 1 - HIERARQUIA DE FUNCIONAMENTO DE UM MULTIROTOR .......................................... 22

    FIGURA 2- FOTO DO PHANTON 2 VISION ..................................................................................... 23

    FIGURA 3 - FOTO DO WALKERA TALI H500 FPV HEXACOPTER ............................................... 24 FIGURA 4 - FOTO DO MH-DJI-S1000-PR .................................................................................. 25 FIGURA 5 - GL-10 GREASED LIGHTNING EM VOO DE TESTE ...................................................... 26 FIGURA 6 - TURBINA EM ESCALA ............................................................................................... 28 FIGURA 7 - MOTOR GASOLINA CICLO 2 TEMPOS ...................................................................... 29 FIGURA 8 - MOTOR DE AUTOMODELO SH M28 P3 ..................................................................... 30

    FIGURA 9 - FERRAMENTA DE BUSCA DE MOTORES MOTOR FINDER ........................................... 34 FIGURA 10 - MOTOR BRUSHLESS NTM PROP DRIVE SERIES 35-36A 1800KV ........................... 35 FIGURA 11 - ESQUEMTICO DE UM MOTOR BRUSHLESS ENROLADO EM DELTA ........................... 36 FIGURA 12 - ESQUEMTICO DE UMA PONTE RETIFICADORA TRIFSICA ...................................... 36 FIGURA 13 - FORMAS DE ONDA ................................................................................................. 37 FIGURA 14 - ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DE UM SERVOMECANISMO ................................... 39 FIGURA 15- INTERFACE DO SOFTWARE PROPELLER SELECTOR .................................................. 41 FIGURA 16 - COMPARATIVO DE CONSUMO ................................................................................. 41 FIGURA 17 - COMPROVAO DO COMPORTAMENTO PROPOSTO ................................................. 43 FIGURA 18 FRAME DO OCTACPTERO .................................................................................... 44 FIGURA 19 - DRIVER DE ACIONAMENTO .................................................................................... 45 FIGURA 20 - MOTOR ELTRICO TURNIGY D2836/11 750KV ..................................................... 46 FIGURA 21 - PLACA CONTROLADORA APM ............................................................................... 47

    FIGURA 22 GPS EXTERNO ....................................................................................................... 48

    FIGURA 23 - SENSOR DE CORRENTE E TENSO .......................................................................... 48 FIGURA 24 - TRANSMISSOR E RECEPTOR DE TELEMETRIA ......................................................... 49 FIGURA 25 - ILUSTRAO DA BANCADA DE TRAO ................................................................ 51 FIGURA 26 - APLICATIVO BUBBLE EM FUNCIONAMENTO .......................................................... 52 FIGURA 27 - BANCADA DE TESTES DE EMPUXO ......................................................................... 52 FIGURA 28 - BANCADA DE OUTRO NGULO ............................................................................... 53 FIGURA 29 - INTERFACE DA FERRAMENTA CFTOOL .................................................................... 54 FIGURA 30 - CURVA DE CONSUMO ELTRICO DAS HLICES ...................................................... 55 FIGURA 31 - OCTACPTERO MONTADO ...................................................................................... 56 FIGURA 32 - CAIXA DE ENGRENAGENS ...................................................................................... 57

  • FIGURA 33 - RAIO DE ALAVANCA .............................................................................................. 58 FIGURA 34 - MONTAGEM DE CALIBRAO DA BANCADA DE TORQUE ........................................ 59 FIGURA 35 - GERADORES ACOPLADOS POR LUVA ...................................................................... 60 FIGURA 36 - MONTAGEM DOS GERADORES EM EIXO NICO ....................................................... 61 FIGURA 37 - FIXAO DOS RETIFICADORES ............................................................................... 62 FIGURA 38 - VELA GLOW DE NUMERAO 3 .............................................................................. 63 FIGURA 39 - ACOPLAMENTO RGIDO DO EIXO ...