Relátorio do Projeto - Energia Eólica

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CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA E ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
ADRIANA DOS SANTOS MAIA
GUILHERME RAMOS
THAYNÁ ANDRADE
RELATÓRIO PROJETO DE GERADOR DE ENERGIA ALTERNATIVA
FÍSICA III
Porto Alegre
2014
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO									 3
REFERENCIAL TEÓRICO							 5
MATERIAL, EQUIPAMENTO E MÉTODOS					 7
	MATERIAL									 7
	EQUIPAMENTO								 8
	MÉTODO		 							 8
RESULTADOS OBTIDOS 							 11
CONCLUSÕES									 12
ANEXOS OU APÊNDICES							 13
 
INTRODUÇÃO
Devido a grande preocupação com a matriz energética no Brasil e no mundo, tem se discutindo cada vez mais sobre energias renováveis e alternativas. Esse interesse parte de estudo que preveem o esgotamento das energias existentes como petróleo, gás natural, petróleo.
Nos últimos anos o Brasil, tem investido principalmente na energia eólica, pois é uma energia limpa e o país possui um clima favorável a instalação dessa fonte, além disso, o governo brasileiro tem criado diversos programas incentivando a pesquisa, gerando um crescimento e estruturação dessa fonte energética no país.
A energia eólica utilizada para fins de fonte de energia comercial teve pioneirismo na Dinamarca, que em 1976 instalaram a primeira turbina eólica ligada à rede elétrica pública. O que despertou no mundo o interesse para o estudo desse mercado visto como grande potencial, ao longo desses 35 anos desde o primeiro gerador até os dias de hoje muita coisa mudou e o que era apenas uma promessa de algo novo passou para algo rentável. 
Segundo o relatório de 2011 da Global Wind Energy, a capacidade eólica mundial é de 238,4 GW, representando 1% da energia gerada, no entanto o potencial para exploração é grande. Ainda, segundo a Global o país que mais gera energia eólica é a China. No Brasil, a energia eólica se expandiu a passos largos e hoje é a fonte que obtêm o maior crescimento no país, segundo a Associação Brasileira de Energia Eólica, até 2018 a capacidade instalada dessa fonte no país representará 8% da participação de energia eólica na matriz energética brasileira.
Apesar do presente domínio de grandes parques eólico, há um esforço para que o desenvolvimento de geradores de pequeno porte sejam tirados do papel, pois mesmo com uma potência de geração inferior as grandes turbinas, os estudiosos afirmam que em número suficiente, os pequenos geradores podem ser tão eficientes quanto os utilizados hoje.
Pequenos aerogeradores estão ao alcance econômico de muitas pessoas, e por estarem em altura menos elevadas são de fácil instalação e manutenção, podendo ser colocados perto de onde pessoas vivem, reduzindo a dependência da rede pública e sendo uma alternativa em locais onde energia elétrica não atinge a necessidade da população.
Nesse contexto, existem dois tipos de aerogeradores os de eixo horizontal que aproveitam o vento de qualquer sentido, apenas devendo ser redirecionados quando os ventos mudam a direção e os de eixo vertical que tem rotores que giram pelo vento em qualquer direção.
Contudo, diante da necessidade de desenvolvimento de pequenos geradores, o presente trabalho tem por finalidade apresentar um aerogerador de pequeno porte, fabricado a partir de materiais recicláveis, sob um eixo vertical. 
O relatório se inicia com uma revisão sobre o que é energia, geração e matriz energética brasileira, posteriormente damos um enfoque para os cálculos de capacidade e dados, também apresentamos a montagem e a fabricação do aerogerador desenvolvido. Para concluirmos apresentamos os resultados obtidos.
REFERENCIAL TEÓRICO
A energia eólica é a energia cinética contidas nas massas de ar em movimento popularmente conhecida como vento, assim o seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação por meio das turbinas eólicas, conhecidas também como aerogeradores, na geração de eletricidade.
Devido a crise do petróleo de 1973, procurou-se novas alternativas para a energia mundial, assim em 1976, na Dinamarca foi instalada a primeira turbina eólica comercial ligada a rede elétrica pública. Em 1991, a Associação Europeia de Energia Eólica definiu como meta a instalação de 4000MW de energia eólica na Europa até o ano de 2000, que foram cumpridas muito antes do esperado em 2001 já possui 11500MW instalados. O desenvolvimento tecnológico tem reduzido os custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos, custos que eram um dos principais motivos de não se aproveitar comercialmente a energia eólica reduziu muito nas ultimas duas décadas. Para a avaliação do potencial eólico de uma região é necessário a realização de trabalhos sistemáticos de coleta e analise de dados sobre a velocidade e o regime de ventos, uma vez que os ventos mudam de região para região. Para que a energia eólica seja considerada tecnicamente aproveitável, é necessário que sua densidade seja maior ou igual a 500 W/m², a uma altura de 50 m, o que requer uma velocidade mínima do vento de 7 a 8 m/s (GRUBB; MEYER, 1993).
Segundo a Organização Mundial de Meteorologia, em apenas 13% da superfície terrestre o vento apresenta velocidade média igual ou superior a 7 m/s, a uma altura de 50 m. Essa proporção varia muito entre regiões e continentes, chegando a 32% na Europa Ocidental. Mesmo assim, estima-se que o potencial eólico bruto mundial seja da ordem de 500.000 TWh por ano. Devido, porém, a restrições socioambientais, apenas 53.000 TWh (cerca de 10%) são considerados tecnicamente aproveitáveis .Ainda assim, esse potencial líquido corresponde a cerca de quatro vezes o consumo mundial de eletricidade. No Brasil, os primeiros anemógrafos computadorizados e sensores especiais para energia eólica foram instalados no Ceará e em Fernando de Noronha (PE), no início dos anos 1990. Os resultados dessas medições possibilitaram a determinação do potencial eólico local e a instalação das primeiras turbinas eólicas do Brasil. Embora haja divergências entre especialistas e instituições na estimativa do potencial eólico brasileiro, vários estudos mostram números consideráveis, onde até poucos anos as estimativas eram de 20000 MW e que hoje a maioria dos estudos mostram algo maior do que 60000 MW, divergências são geradas devido a falta de informação e diferentes metodologias empregadas. Nos primórdios de sua utilização, a energia eólica utilizava de turbinas de vários tipos eixo horizontal, eixo vertical, com uma pá, com duas e três pás.
Com anos de estudo e desenvolvimento consolidou-se o projeto de turbinas de turbinas eólicas com as seguintes características: eixo de rotação horizontal, três pás, alinhamento ativo, gerador de indução e estrutura não flexível. Entretanto, algumas características desse projeto ainda geram polêmica, como a utilização ou não do controle do ângulo de passo (pitch) das páspara limitar a potência máxima gerada. A tendência atual é a combinação das duas técnicas de controle de potência (stall e pitch) em pás que podem variar o ângulo de passo para ajustar a potência gerada, sem, contudo, utilizar esse mecanismo continuamente (WIND DIRECTIONS, 2000). Quanto à capacidade de geração elétrica, as primeiras turbinas eólicas desenvolvidas em escala comercial tinham potências nominais entre 10kW e 50 kW, atualmente, existem mais de mil turbinas eólicas com potência nominal superior a 1 MW em funcionamento no mundo.
MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E MÉTODOS.
MATERIAL.
1 Fita Durex
20 Parafusos – Rosca Fina
20 Porcas – Rosca Fina
20 Soberbos – Longo Fino
1 Junta cano 40 mm
1 Junta “T”
0,4 m de Cano 18 mm – Água Quente
1 Madeira 3 mm
1 Madeira 6 mm
1 Laminado 8 mm
4 Garrafa 600 ml
1 Motor + Roldanas 
1 Fio 2 mm
1 Papelão
1 Folha de oficio
1 Rolamentos
1 Eixo usinado em Madeira
1 Cano 10 mm
1 Acabamentos Alto-Falante 8’’
1 Lixa
1 Caixa de Madeira
EQUIPAMENTOS.
Chave de Fenda
Chave de Broca
Chave Philipis
Furadeira
Serra
Serra fita
Alicate de Corte
Alicate de Boca
Alicate Universal
Régua
Paquímetro 
MÉTODO.
Antes de começar acortar as madeiras e iniciar o processo de forma errônea, projete o mesmo em algum programa de CAD (utilizamos o Creo Parametric), trace o desenho conforme as medidas mostradas nas cotas em anexo ao relatório. 
Ao traçar o projeto comece demarcando a madeira para os suportes das garrafas, tanto o superior quanto o inferior, e faça o corte dos mesmos com auxilio de uma Serrafita. Veja se os pontos extremos estão em encontro e passe a fazer os furos com auxilio de uma furadeira nos devidos lugares.
O próximo passo e cortar as garrafas. Pode-se utilizar um estilete e corta-las a mão caso tenha a mão firme, a dica é fazer um corte bem superficial na primeira passada demarcando onde e como você vai corta-la. Após isso corte todas as 4 garrafas na medida aproximada do centro das mesmas.
Faça um furo nas tampas das garrafas e no fundo da mesma, prenda ambas as partes com os parafusos rosca fina nos seus devidos suportes.
Com o auxilio de um torno e se possível alguém com conhecimento em usinagem em madeira, usine um eixo de madeira com 40mm de diâmetro e 40cm de comprimento. Detalhe para uma das pontas dos eixos onde será necessário deixar um espaço para colocar os 2 rolamentos com a junta de cano em volta dos mesmo, logo sendo necessário fazer um rebaixamento do perfil para 39mm de diâmetro do eixo.
Agora será necessário ser construída a polia que girará nosso motor de drive de DVD, de forma simples utilize as molduras de autofalantes para delimitar os tamanhos dos cortes, utilize 3 cortes de papelão e 6 folhas de oficio. Coloque 1 folha de papelão e outras 3 folhas de oficio em cima, outra folha de papelão, mais 3 folhas de oficio e termine com a ultima folha de papelão. Utilize as molduras para colocar nos lados externos e prenda com os parafusos passando nos buracos das molduras, logo após faça um furo com o diâmetro do eixo de madeira. Já aproveite e prenda a parte inferior do suporte das garrafas junto ao mesmo, para ficar mais fácil de centraliza-los ao eixo, dica é utilizar os parafusos rosca fina pra prender tudo nos mesmos buracos. 
Com todas as peças praticamente prontas, somente faltando a base, comece a molda-la. Com dimensões aproximadas de 25cm x 20 cm x 15 (Comprimento x Largura x Altura) utiliza as chapas de madeira de espessura de 6mm para marcar as medidas e corta-las. Monte a caixa utilizando os parafusos soberbos. Faça um corte circular da largura do eixo de madeira com os rolamentos e o junta de cano em volta, dica é fazer um corte um pouco menor para colocar o eixo pressionado para não ter folga e não ser necessário fazer uma peça para prende-lo, somente sendo necessário em ultimo caso a utilização de um pouco de super bonder.
Como começar a montagem coloque os rolamentos no eixo de madeira, depois coloque a junta de cano de 40mm em volta dos rolamentos de forma que eles fiquem próximos aos 2 cantos do mesmo, coloque o eixo completo preso na caixa-suporte com um pouco de força, utilize para prevenção um pouco de bonder para cola-lo. Monte agora a parte onde fica as garrafas, utilizando a parte de baixo do suporte junto com a roldana de papelão prenda-os na parte de baixo da garrafa, depois coloque as tampas com a parte superior do suporte. Junte tudo a parte das garrafas com o eixo de madeira e prende com um parafuso ao centro do eixo.
Na caixa-suporte coloque uma parte do drive de dvd onde ficava o motor para prende-lo, utilize 2 parafusos soberbos, tentando deixa-lo da mesma altura da roldana de papelão. Caso necessário utilize um retalho de madeira para deixar o motor mais alto.
Utilize a borracha de dinheiro como correia e ligue o motor a polia de papelão. Ligue um led ou lâmpada de painel de carro e utilize ar comprimido, secador, túnel de vento, para girar as garrafas tentando encontrar o melhor ângulo das mesmas para aproveitamento máximo do motor.
OBS.: Houve uma pequena mudança no projeto inicial, onde a parte inferior do suporte das garrafas ficava anteriormente separada da roldana de papelão. Para melhorar o desempenho das rotações, evitar que saísse facilmente a borracha do caminho e fosse mais fácil de centraliza-los o projeto foi alterado.
RESULTADOS OBTIDOS.
O motor gerou 0,85V com corrente de 12mA.
Fotos do Projeto concluído:
 
CONCLUSÕES.
O projeto obteve êxito no seu propósito de geração de energia, porém algumas observações foram realizadas: a capacidade do motor utilizado influi diretamente na quantidade de energia gerada, no entanto podemos afirmar que verificamos que as pás utilizadas de material reciclável tiveram um bom desempenho frente a quantidade de vento que foi lançado sobre o projeto.Contudo em relação de execução, tivemos algumas alterações , para obter maior aproveitamento dos material utilizados, como o eixo principal que no projeto inicial foi colocado um eixo de plástico mas que não dava a estabilidade necessária tendo que ser substituído por um de madeira usinada.
Ao fim, podemos concluir que nesse projeto tivemos uma visão de construção de fonte de energia alternativa, e que para a realização de um projeto devemos realizar testes tanto com os materiais como com o projeto finalizado em si. Ampliamos nosso conhecimento sobre a geração de energia, armazenagem, assim como tivemos conhecimento da utilização desse tipo de energia no mundo e como a sua crescente utilização tem sido importante para a economia mundial, para a população e sem dúvida para a natureza.Com as constates mudanças climáticas no mundo todo, vimos que esses pequenos projetos se aplicados como fonte energéticas alternativas, teremos energia sem há dependência atual das fontes elétricas ou ainda aquelas que são esgotáveis e poluentes.Portanto nosso projeto aplicado é simples, mas pode servir de protótipo de um projeto ao qual possa ser aplicado na realidade.
ANEXOS OU APÊNDICES.