Projeto de Pesquisa - MIPP

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FACULDADE PITÁGORAS DE LINHARES 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
LUCAS MORAES 
EDMAR DEMORE 
SHIRLEY DAMACENO 
THIAGO TOSCANO 
JAIR JOSÉ RIZZI 
 
 
 
 
 
IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO DE HÉLICE DE TRÊS PÁS 
POSICIONADAS VERTICALMENTE UTILIZADA NA GERAÇÃO 
DE ENERGIA EÓLICA NA REGIÃO DE REGÊNCIA, 
LINHARES, ES. 
 
 
 
 
 
 
LINHARES 
2010
LUCAS MORAES 
EDMAR DEMORE 
SHIRLEY DAMACENO 
TIAGO TOSCANO 
JAIR JOSÉ RIZZI 
 
 
 
 
 
IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO DE HÉLICE DE TRÊS PÁS 
POSICIONADAS VERTICALMENTE UTILIZADA NA GERAÇÃO 
DE ENERGIA EÓLICA NA REGIÃO DE REGÊNCIA, 
LINHARES, ES. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LINHARES 
2010 
Projeto de Pesquisa apresentado à 
Faculdade Pitágoras – Campus Linhares, 
como requisito parcial para aprovação na 
disciplina Metodologia e Introdução à 
Prática de Pesquisa (1º período) do curso 
de Engenharia de Mecânica. 
 
Professor: Msc. Vasconcelos Zuqui. 
 
1 – INTRODUÇÃO 
1.1 - CONTEXTUALIZAÇÃO 
Este trabalho está fundamentado no estudo, análise, avaliação e descrição da 
modificação de um modelo de pás para hélice, utilizada para captação de vento 
na geração de energia limpa. 
A energia eólica surgiu com o avanço da agricultura, onde o homem 
necessitava cada vez mais de ferramentas para auxílio nas etapas das 
atividades do dia a dia. A partir disso foi desenvolvido, de uma forma primitiva, 
o moinho de vento que substituiria o esforço utilizado da mão de obra. 
Acredita-se que com o avanço da rede elétrica, no final do século XIX em 1888, 
teve-se o início da adaptação dos cata ventos para geração de energia, Bruch 
F. Charles desenvolveu o primeiro cata vento, na cidade de Cleveland, Ohio, 
para geração de energia. 
 
1.2 - JUSTIFICATIVA 
Com o grande aumento da poluição, desmatamento, queimadas, entre outras, 
o mundo está sofrendo alterações climáticas jamais vistas anteriormente. 
Nesse cenário, as mudanças climáticas alteram de forma significante a geração 
de energia eólica, no qual consiste da utilização do vento como fator principal 
do processo. Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas 
massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da 
conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, 
com o emprego de turbinas eólicas, também denominadas aerogeradores, para 
a geração de eletricidade, ou cataventos (e moinhos), para trabalhos 
mecânicos como bombeamento d’água 
Mediante a descrição e apresentação dessa nova tecnologia na área da 
Engenharia Mecânica, nasce a necessidade por meio desta pesquisa de 
descrever e avaliar a implementação de um novo modelo de hélice para 
geração de energia limpa. 
 
1.3 - PROBLEMATIZAÇÃO 
Como melhorar a captação de vento, quando ocorrer mudanças climáticas e 
com isso o direcionamento do vento na região de Regência, Linhares, ES. 
 
 
1.4 - HIPÓTESE 
Se houver uma modificação no modelo de hélice utilizado no processo de 
geração de energia atual, onde o equipamento para captação de vento possui 
três pás retas sem grau posicionado horizontalmente para um novo modelo no 
qual se utiliza de três pás côncavas posicionadas verticalmente, que captam 
maior volume de ar e opera em qualquer direção que o vento esteja, ou seja, 
nas direções norte, sul, leste e oeste. Então com as mudanças climáticas 
bruscas, não correria o risco de captação de vento e consequentemente 
evitando a falta de energia na região de Regência, Linhares, ES. 
 
1.5 - VARIÁVEIS 
Energia Eólica; 
Melhorias de Projeto; 
 
1.6 - OBJETIVO 
 
1.6.1 – OBJETIVO GERAL 
Avaliar a utilização de uma hélice de três pás côncavas posicionadas 
verticalmente na geração de energia eólica 
 
1.6.2 – OBJETIVO ESPECÍFICO 
 Descrever o funcionamento do processo de geração de energia limpa 
existente. 
 Implementar um novo modelo de hélice para geração de energia limpa. 
 Coletar informações de testes realizados em campo. 
 Avaliar as melhorias após a implantação da hélice modificada. 
 
 
 
 
 
 
2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
2.1 – ENERGIA EÓLICA 
 A energia eólica é uma energia que provém dos ventos. A nomenclatura eólica 
é proveniente da palavra em Latim aeolicus, em referência a Éolos, ou seja, o 
Deus dos ventos na mitologia grega. 
Ela é aproveitada desde a antiguidade para mover barcos, através de suas 
velas, ou até mesmo mover moinhos, convertendo-se em energia mecânica 
para gerar movimento de suas pás, realizando a moenda de grãos e também o 
bombeamento de água. Há mais de 5.000 anos os Egípcios utilizavam os 
ventos para navegação no rio Nilo. Já os moinhos de vento mais antigos foram 
utilizados pelos Persas e depois aperfeiçoados séculos depois pelos 
Holandeses, (Wikipédia, 2010). 
Devido à crise do Petróleo em 1970, houve um grande incentivo para as fontes 
de energia renováveis, impulsionando a pesquisa pela conversão de energia 
eólica para elétrica. Sendo assim, temos que: 
As energias renováveis representaram mais de 85,4% da energia produzida 
internamente e utilizada no Brasil, segundo dados preliminares do Balanço 
Energético Nacional 2009, realizado pela Empresa de Pesquisa Energética, 
(EPE, 2008). 
Assim como na conversão de energia eólica em mecânica, ela pode ainda ser 
convertida em energia elétrica, movendo aerogeradores que são grandes 
turbinas localizadas em lugares com uma incidência muito grande de ventos. 
Assim sendo, essas turbinas têm um formato de um moinho, ou catavento. 
Com isso, através de um gerador, produz-se energia elétrica. 
É necessário o agrupamento de parques eólicos, concentrando uma grande 
quantidade de aerogeradores, a fim de que o projeto de geração de energia 
eólica seja viável. Diante disso, temos a seguinte explanação de seu 
funcionamento: 
O vento gira as pás de uma turbina de vento. Este dispositivo é 
chamado de turbina de vento. As pás da turbina são atadas a um cubo 
da roda que é montado num cabo giratório. O cabo atravessa uma caixa 
de transmissão de engrenagem onde a velocidade é aumentada. A 
transmissão é atada a um cabo de alta velocidade que move um 
gerador que faz eletricidade. Se o vento estiver demasiado alto, a 
turbina tem um travão que impedirá as pás de virar demasiado depressa 
e serem danificadas. Há ainda o problema do que fazer quando o vento 
não sopra. Nessas alturas, outros tipos de centrais devem ser usados 
para fazer eletricidade. O vento tem de ter esta velocidade para virar as 
turbinas de forma suficientemente rápida para gerar eletricidade, (Portal 
de energias alternativas, 2009). 
Pode-se levar em consideração de que a energia eólica é uma das mais 
promissoras, já que é uma energia limpa e renovável, podendo vir a gerar 
energia elétrica em pequenos lugares remotos, onde não há condições de 
abastecimento com a energia elétrica. 
A energia eólica vem crescendo no mundo, sobretudo no Brasil, assim como 
registram as pesquisas, conforme segue: 
 
Em 2009 a capacidade mundial de geração de energia elétrica através da 
energia eólica foi de aproximadamente 158 gigawatts (GW), o suficiente para 
abastecer as necessidades básicas de dois países como o Brasil, (GWEC, 
2009). 
Os EUA lideram o ranking dos países que mais produzem energia através de 
fonte eólica. O total instalada nesse país ultrapassa os 35 GW. Atrás deles vem 
a Alemanha, com cerca de 26 GW instaladas, e a China, com 25 GW, (GWEC, 
2009). 
 
 
Os custos de implantação de uma usina eólica são altos, mas em 
contrapartida, a manutenção é baixa e consequentemente o custo de 
combustívelé zero. Apesar da grandiosidade de um moinho, a técnica utilizada 
é a mesma que os antigos se apropriaram. Contudo, essa tecnologia poderá 
ser implantada pelas Turbovelas, ou a Voluta Vertical que funcionam 
capturando ventos de baixa pressão ao passarem nos rotores axiais, 
seguramente protegidos em seu interior. Essa tecnologia é uma realidade que 
tanto pode ser inserida no meio ambiente terrestre como no marinho, (Portal de 
energias alternativas, 2009). 
As vantagens de se utilizar a energia eólica são inúmeras, sendo algumas 
delas a de preservar os recursos hídricos; compatibilidade com outros usos do 
terreno, podendo vir a alavancar a economia rural; não produz resíduos 
tóxicos; energia renovável, confiável e eficiente; mais econômica fonte de 
conversão em energia elétrica de grande escala; dentre outros benefícios, 
(Portal de energias alternativas, 2009). 
 
3 - METODOLOGIA 
 
Será fabricado numa oficina mecânica o novo modelo de hélice, que por sua 
vez foi projetada com fundamentos básicos de Engenharia Mecânica. O novo 
modelo será fabricado no material INOX 304L, pois proporciona maior vida útil 
ao equipamento, pois o mesmo deverá ser instalado próximo ao mar. A nova 
hélice será constituída de três pás conjugadas num cubo centralizador, as 
quais serão defasadas em 120°. Sendo que essas pás serão côncavas, 
portanto terão maior capacidade de captação de volume de ar. 
Posteriormente, serão transportadas para a região de Regência, onde serão 
instaladas três geradores de energia eólica com a nova hélice implementada. 
Serão utilizadas para monitoramento, três baterias receptoras de carga, 
provinda da geração de energia, as quais serão monitoradas de forma on-line 
através de um microcomputador instalado no centro de pesquisa de geração de 
energia eólica em Linhares – ES. 
Deverão também ser instalados dispositivos de monitoramento da velocidade 
do ar, umidade, direção do vento e temperatura. Sendo que todas as medições 
também serão monitoradas de forma online para que sejam utilizadas como 
referências na análise conclusiva da geração de energia eólica. O 
monitoramento e levantamento de dados serão salvos automaticamente num 
disco rígido instalado no microcomputador, que posteriormente serão 
analisados pela equipe técnica do projeto. 
Segundo CERVO BERVIAN,(2006, página 28) “[...] O método científico quer 
descobrir a realidade dos fatos, e estes, ao serem descobertos, devem, por sua 
vez, guiar o uso do método”. 
A metodologia da pesquisa num planejamento deve ser entendida como conjunto 
detalhado e seqüencial de métodos e técnicas científicas a serem executados ao longo 
da pesquisa, de tal modo que se consiga atingir os objetivos inicialmente propostos e, 
ao mesmo tempo, atender aos critérios de menor custo, maior rapidez, maior eficácia e 
mais confiabilidade da informação (BARRETO; HONORATO, 1998) 
A pesquisa tem fundamentação aplicada, pois tem a finalidade de implantar o 
sistema de energia eólica na região de Regência – Linhares – ES, visando o 
beneficio da população. 
No caso dessa pesquisa, trata-se de um estudo de natureza quali-quantitativa. 
Pois os resultados serão analisados e interpretados de forma que seja 
elaborado uma planilha com dados estatísticos, visando o tratamento das 
informações por meio de técnicas estatísticas. 
Para o alcance dos objetivos a pesquisa será do tipo campo / Levantamento / 
descritiva de acordo com (CERVO, 2006, PÁGINA 61). A pesquisa descritiva 
observa, registra, analisa e correlaciona fatos ou fenômenos (variáveis) sem 
manipulá-los. Procura descobrir, com a maior precisão possível a freqüência 
com que o fenômeno ocorre, sua relação e conexão com outros, sua natureza 
e suas características. 
A pesquisa será desenvolvida em campo de forma experimental, com 
levantamento de dados de forma que a coleta dos dados possa ser analisada 
posteriormente para a elaboração do relatório final. Indo de encontro com o 
autor (CERVO, 2006, PÁGINA 63) [...] “a pesquisa experimental caracteriza-se 
por manipular diretamente as variáveis relacionadas com objeto de estudo”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
. 
4 - CRONOGRAMA 
 
 
 
 
 
 
 
 
Etapas do Trabalho 
2011 
Meses 
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
Revisão do projeto pesquisa 
Levantamento bibliográfico 
Estudo e catalogação dos 
documentos bibliográficos 
 
 
Identificação da amostra 
Coleta de dados 
Organização dos Dados 
Análise e interpretação final 
dos resultados obtidos 
 
 
Descrição dos dados 
encontrados 
 
Preparação do texto final 
Digitação e revisão do texto 
Impressão e entrega do texto 
REFERÊNCIAS 
 
PULLEN, Angelika. Global installed wind power capacity 2008/2009 by 
GWEC. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_eolica>. Acesso 
18/04/2010. 
Via Comercial disponível em: 
<http://www.viacomercial.com.br/2010/02/04/gasto-de-energia-no-brasil-e-
recorde-com-calor>. Acesso 18/04/2010. 
Com aquisição, EDP dá 1° passo em energia eólica no Brasil. Lusa 
Economia, SÃO PAULO, 2008. UOL Disponível em: 
<http://economia.uol.com.br/ultnot/lusa/2008/06/12/ult3679u3945.jhtm>. Acesso 
04/11/2009. 
ABDALA, Vitor. Brasil aumentou em 77% capacidade de geração de 
energia eólica. SÃO PAULO, 2010. Disponível em: 
<http://www1.folha.uol.com.br/folha/ambiente/ult10007u689283.shtml>. Acesso 
18/04/2010. 
Portal de energias alternativas disponível em: 
<http://www.energiasealternativas.com/energia-eolica.html>. Acesso 
18/04/2010. 
CERVO, Amado L.; BERVIAN, Pedro A. Metodologia Científica sexta edição. 
SÃO PAULO, SP. 2009. Pearson Education, Empresa Cidadã.