TC1 AEROGERADOR COMPACTO NA FALTA DE ENERGIA v8 2

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UNIVERSIDADE PAULISTA
ICET-Instituto de ciências Exatas e Tecnologia
Engenharia Mecânica
Alberto Cardoso	C74HHG3
Bruna Lisboa		C5403F5
Carolina Andrade 	C571JC0
Gabriel Lima 	T597277
Mirella Cabral 	T475236
Nathan Oliveira 	T598621
“AEROGERADOR COMPACTO”
SÃO PAULO 
2019
Alberto Cardoso	C74HHG3
Bruna Lisboa		C5403F5
Carolina Andrade 	C571JC0
Gabriel Lima 	T597277
Mirella Cabral 	T475236
Nathan Oliveira 	T598621
“AEROGERADOR COMPACTO”
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Paulista
- UNIP, como parte dos requisitos para obtenção do título de Graduação em Engenharia Mecânica.
Orientador: Prof. Msc. Alexandre Souza 
Co-orientador: Prof. Msc. Juliane Taíse Piovani.
SÃO PAULO
2019
CIP - Catalogação na Publicação
Aerogerador compacto / Alberto, Bruna, Carolina, Gabriel, Mirella, Nathan Cardoso, Lisboa, Andrade, Lima, Cabral, Oliveira...[et al.]. - 2019.
53 f. : il. color
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) apresentado ao Instituto de Ciência Exatas e Tecnologia da Universidade Paulista, São Paulo, 2019.
Área de Concentração: São Paulo. Orientador: Prof. Me. Alexandre Souza.
1. Energia eólica. 2. Aerogerador Compacto. 3. Energia renovável. I. Cardoso, Lisboa, Andrade, Lima, Cabral, Oliveira, Alberto, Bruna, Carolina, Gabriel, Mirella, Nathan. II. Souza, Alexandre (orientador).
Elaborada pelo Sistema de Geração Automática de Ficha Catalográfica da Universidade Paulista com os dados fornecidos pelo(a) autor(a).
Alberto Cardoso	C74HHG3
Bruna Lisboa		C5403F5
Carolina Andrade 	C571JC0
Gabriel Lima 	T597277
Mirella Cabral 	T475236
Nathan Oliveira 	T598621
“AEROGERADOR COMPACTO”
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Paulista
- UNIP, como parte dos requisitos para obtenção do título de Graduação em Engenharia Mecânica.
Aprovado em:
BANCA EXAMINADORA
________________________/______/_____
Prof. NOME
Universidade Paulista - UNIP
________________________/______/_____
Prof. NOME
Universidade Paulista - UNIP
________________________/______/_____
Prof. NOME
Universidade Paulista - UNIP
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho à nossas famílias esposos(as) e namorados(as) por terem nos compreendido em todos os momentos de ausência, sempre nos acompanhando e se orgulhando de nós nesta jornada.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao senhor Vani e ao senhor José, por nos suportar em pesquisas e enriquecimento de conhecimento, sempre sendo incrivelmente solícitos e interessados em nosso desenvolvimento intelectual e profissional. 
Ao professor e orientador Alexandre por cada orientação e detalhe cuidadosamente tratado.
À professora Juliane por nos estimular a manter o nosso tema escolhido e nos guiar para melhoria e enriquecimento de ideias. 
“Lembre-se que as pessoas podem tirar 
tudo de você, menos o seu conhecimento”.
 (Albert Einstein)
RESUMO
O uso da energia eólica, obtida por meio de aerogeradores e armazenada em forma de bateria, é o tema deste trabalho. A energia gerada por meio de aerogeradores tem grande relevância para que ocorra um menor impacto ambiental, quando comparados ao uso de geradores à combustão, que emitem gases extremamente poluentes. Acredita-se que essa proposta trará redução de custos significativos mediante a substituição dos geradores à combustão, com grande enfoque na diminuição da poluição visual causada pelos modelos convencionais. As turbinas de vento precisam de um curto período de construção e podem ser construídas em diversos modelos e até em tamanhos reduzidos, utilizando-a de forma compacta. 
Palavras-chave: Energia eólica. Aerogeradores. Custos. Sustentabilidade. Poluição visual.
ABSTRACT
RESUMO NA LÍNGUA ESTRANGEIRA
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – descrição – Pagina
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – descrição - Pagina
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AEP – Produção anual de Energia.
AIE – Agência Internacional de Energia.
ANAC – Agencia Nacional de Aviação civil.
ANNEL – Agência Nacional de Energia Elétrica.
BNDS – Banco Nacional de Desenvolvimento Económico Social.
GUT – Matriz Gravidade Urgência e Tendência.
IBAMA – Instituto Brasileiro do meio Ambiente.
IBGE – Instituto Brasileiro de Geofísica e estatística.
IBC – Índice Benefício Custo.
INMET – Instituto Nacional de Meteorologia.
LT – Linha de Transmissão de Energia.
ONS – Operador Nacional de Sistema.
PAYBACK – Período de Retorno do Investimento.
LISTA DE SÍMBOLOS
a	[ - ]	fator do escoamento axial induzido
a´	[-]	fator do escoamento tangencial induzido
A	[m2]	´area do disco atuador
c	[m]	corda da p´a
CD	[ - ]	coeficiente de arrasto
CL	[ - ]	coeficiente de sustentac˜ao
CP	[ - ]	coeficiente de potˆencia
D	[N ]	for¸ca de arrasto
F	[N ]	for¸ca de rea¸c˜ao aerodinˆamica
Fa	[N ]	proje¸c˜ao das for¸cas aerodinˆamicas perpendicular ao plano de rota¸c˜ao
Fd	[N ]	proje¸c˜ao das for¸cas aerodinˆamicas paralela ao plano de rotac˜ao
FD	[N ]	for¸ca de arrasto
FL	[N ]	for¸ca de sustentac˜ao
Fir	[N ]	for¸ca inercial na dire¸c˜ao radial Fia	[N ]	for¸ca inercial na dire¸c˜ao axial L	[N ]	for¸ca de sustentac˜ao
mp	[kg/m3]	massa espec´ıfica da p´a
Mt	[N.m]	momento de torc˜ao da se¸c˜ao da p´a
Mf	[N.m]	momento de flex˜ao da se¸c˜ao da p´a
Mz	[N.m]	momento causado pelas for¸cas de precess˜ao
M∞	[ - ]	Nu´mero de Mach no escoamento n˜ao perturbado
N	[ - ]	nu´mero de p´as
Ng	[ - ]	eficiˆencia mecˆanica
P 	[W ]	potˆencia
P [N/m2]	press˜ao
p0	[N/m2]	press˜ao atmosf´erica
p+	[N/m2]	press˜ao a montante do disco atuador 
p−	[N/m2]	press˜ao a jusante do disco atuador 
pd	[N/m2]	press˜ao dinˆamica 
Q [N/m2]	torque
Q [ms−1]	intensidade de escoamento do v´ortice
R [m]	posi¸c˜ao radial
rθ	 [m]	coordenadas do ponto no plano X-Y
r [m]	raio do rotor
u [ms−1]	componente cartesiana da velocidade V
U [ms−1]	velocidade do escoamento
UB	[ms−1]	velocidade do vento quando o rotor opera em sua m´axima rota¸c˜ao
UC	[ms−1]	velocidade do vento quando do in´ıcio da rotac˜ao do rotor
Ud	[ms−1]	velocidade do escoamento
UF	[ms−1]	velocidade do vento m´axima para opera¸c˜ao da turbina
UW	[ms−1]	velocidade do vento para gerac¸˜ao de m´axima potˆencia cont´ınua
U∞	[ms−1]	velocidade do escoamento a jusante do disco
UW	[ms−1]	velocidade do escoamento a montante do disco (esteira)
v [ms−1]	componente cartesiana da velocidade V
w [ms−1]	velocidade do escoamento
Vr	[ms−1]	velocidade radial provocada pela fonte/sumidouro
Vθ	[ms−1]	velocidade tangencial provocada pela fonte/sumidouro
V∞	[ms−1]	velocidade do escoamento n˜ao perturbado
 W [ms−1]	velocidade resultante
 Y [m]	posi¸c˜ao na dire¸c˜ao da envergadura
Z	[m]	Posição normal da superficie da pá
α	[rad]	ˆangulo de ataque
α0	[rad]	ˆangulo de ataque de sustentac¸˜ao nula
Γ	[m2/s]	circula¸c˜ao
µ	[ - ]	raz˜ao entre o raio local e o raio da p´a = r/R
γ	[ - ]	componente tangencial da velocidade na superf´ıcie de um perfil
γ	[ - ]	aˆngulo entre a sustentac˜ao e a for¸ca resultante
ρ	[kg/m3]	densidade do ar 1.25 kg/m3
φ	[rad]	ˆangulo entre a dire¸c˜ao da velocidade resultante W e o plano de rota¸c˜ao do rotor
· [ - ]	solidez da p´a
· [ - ]	solidez de corda
	λ
	[ - ]
	raz˜ao de velocidades na ponta da p´a R/U
	λR
	[ - ]
	raz˜ao de velocidades local da p´a r/U
	ψ
	[ - ]
	função corrente
	Ω
	[rad/s]
	frequ¨ˆencia angular do rotor
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	15
1.1	Objetivo geral	16
1.1.1	Objetivos específicos	16
1.2	Problema de pesquisa	17
1.3	Justificativa	18
1.4	Árvore Eólica	19
1.5	Principais diferenças	20
2	METODOLOGIA	21
2.1	Composição do aerogerador	22
2.1.1	Eixo vertical	22
2.1.2	Inversor	22
2.1.3	Controlador de carga	23
2.1.4	Baterias	23
2.1.5	Torres	23
2.2	Plano de ação	24
2.2.1	Resultado das análises	25
3	História da energia eólica no Brasil	27
3.1	Potencial de energia eólica no Brasil:	29
4	Tipos de ventos:	30
4.1	Vento global:	30
4.2	Vento local:	30
4.2.1	Brisa marinha:	30
4.2.3	Vento da montanha:	31
4.2.4	Fatores que influenciam o vento	31
4.2.5	Densidade do ar	31
4.2.6	Área de varredura do rotor	314.2.7	Lei de belz	31
4.2.8	Armazenamento de energia	32
5	Funcionamento de um aerogerador:	32
6	Cálculos para a construção:	34
6.1.1	Rotor:	34
6.1.2	Tamanho das pás:	36
6.1.3	Momento fletor das pás:	37
6.1.4	Cálculo do rotor:	37
6.1.5	Cálculo do TSR:	38
6.1.7	Curva de potência:	39
6.1.8	Força de arrasto:	40
7	Materiais utilizados:	42
8	Protótipo:	43
9	Local de instalação:	54
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	55
Anexo A – Cronograma	58
INTRODUÇÃO
As energias renováveis são essenciais para a preservação do meio ambiente, pois as energias não renováveis, retiradas de combustíveis fósseis (petróleo, carvão e gás natural) liberam gases como o NOX, SOx (compostos de nitrogênio e enxofre), CO, CO2, CH4, dentre outros, contribuindo para o aumento de impactos ambientais, como efeito estufa, chuva ácida, desequilíbrio do ecossistema, etc. Responsáveis pela redução da camada de ozônio (O3) que geram diversos prejuízos para o planeta (GUARIEIRO; L. L. N., VASCONCELLOS; P. C., SOLCI; M. C., 2011; MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE (MMA), 2019; WWF, 2019). 
Uma das fontes de energias renováveis é a energia eólica, que é gerada pelo vento, que com sua velocidade, movimenta pás que dão propulsão a um rotor, conectado a um eixo que move o gerador, transformando a energia mecânica em eletricidade (PIERRE; Patrick, 2017). Os parques eólicos são compostos por vários aerogeradores. Existem dois tipos: os onshore que são instalados em terra e os offshore que se localizam no mar (REIS; PEDRO, 2019).
A energia eólica no Brasil foi explorada em 1992, com a instalação do primeiro aerogerador em Fernando de Noronha (PE). Pesquisas recentes feitas no Brasil, mostram que se tem atualmente, 336 usinas eólicas em atividade, somando 8195 MW de potência instalada, de acordo com a publicação do “Atlas do Potencial Eólico” (2015) o Brasil tem uma área de 0,8% com ocorrências de ventos com velocidade média de 7m/s ao nível de 50 m acima do solo, nos dando um potencial de 143,4 GW, podendo gerar 272 TW/ano. O maior potencial eólico está nas regiões nordeste, sudeste e sul (CHIPPONELLI; Lúcia, RAMOS; Fernando, BUENO; Enio, 2017). 
Os aerogeradores compactos também tem sido uma alternativa para uso em regiões urbanas, eles têm eixos horizontais com orientação fixa ou móvel, tendo a capacidade de seguir o sentido do vento. Os estudos para implantações desse modelo de aerogeradores são destinados a regiões de menor turbulência do vento, distante de qualquer obstáculo para melhorar sua eficiência. Para instalação das turbinas convencionais é necessário um espaço bem amplo, longe de áreas urbanas, com um solo apropriado para sua instalação, são realizados testes de tipo de solo, resistência e porosidade, para instalar as torres que apresentam densidade maior que 500 W/m², a uma altura de 50m e com uma velocidade de 7 m/s aproximadamente (OLIVEIRA, Emília Rodrigues , 2016).
No Brasil a empresa Energia Pura Empreendimentos, juntamente com a NEUTEMA (Núcleo Tecnológico de Energia e Meio Ambiente da PUC Rio Grande do Sul), criou um sistema de energia eólica no Edifício Eólis, em Porto Alegre (Avenida Carlos Gomes) em 2014. O gerador eólico tem capacidade inicial para gerar 3 kW, trabalhando apenas das 18h às 21h que são os horários de pico em que a energia fica mais cara, além disso os ventos são mais frequentes nesse horário (ENERGIA PURA; Empreendimentos, 2006).
A proposta do trabalho é elaborar um modelo de aerogerador compacto que seja capaz de atender a demanda dos elevadores e portarias durante a falta de energia ou apagões buscando manter a segurança dos condôminos. Para que a energia possa ser utilizada em qualquer horário do dia, independente da velocidade dos ventos, será incluído no projeto, baterias adicionais para armazenamento, podendo ser utilizadas facilmente quando necessário.
Objetivo geral
Desenvolver um protótipo capaz de armazenar energia eólica, para utilização na iluminação de emergência e portarias de prédios na falta de eletricidade.
Objetivos específicos
Apresentam-se os seguintes objetivos específicos para este trabalho:
· Desenvolver um sistema de energia sustentável, substituindo o uso de geradores à combustão;
· Diminuir os custos com manutenção;
· Desenvolver um modelo de gerador que tenha um design bem apresentado e mantenha as áreas comuns dos prédios agradáveis;
· Garantir a segurança dos moradores em quedas de energia, mantendo a portaria e elevadores em funcionamento.
Problema de pesquisa
Os problemas com a falta de energia no Brasil são preocupantes, em determinadas regiões as pessoas ficam até 48h sem energia, de acordo com a pesquisa feita pela IDEC (Instituto Brasileiro de Defesa do Consumidor), 91 distribuidoras de energia elétrica que abastecem 81 milhões de consumidores entre 2011 e 2017 tiveram problemas com interrupções de energia (IDEC; Portal, 2019). Além disso os geradores de energia mais usados são os poluentes, o que agrava a situação.
Os geradores eólicos são fontes de energia infinita, mas causam grande impacto visual, derivada da junção das torres, principalmente quando se é necessário muitas delas para a captação de energia. (Reis; Pedro, 2019). 
Outro ponto problemático é o impacto sonoro, visando que são produzidos dois tipos de ruídos, o mecânico das engrenagens e o da aerodinâmica das pás, sendo que quanto maior o vento e o espaço, mais alto será o ruído e devido a sua intensidade, em determinados casos, o som pode atingir volumes muito altos, fora do permitido por lei, causando poluição sonora e sendo proibido a sua construção em áreas residenciais (Reis; Pedro, 2019). O movimento do aerogerador também pode causar interferências e provocar falhas do sinal de receptores e transmissores de rádios, TVs, celulares e até aviões. 
A fauna sofre muito com os geradores eólicos, muitas aves morrem golpeadas pelo movimento das pás, os pássaros não conseguem enxergar direito e por isso não conseguem ver os movimentos precisos, se chocando com elas (Reis; Pedro, 2019). 
As principais dificuldades são: ambiente para instalação do aerogerador e das baterias para armazenamento.
O projeto de aerogerador compacto será posicionado em áreas comuns de condomínios, próximos à portaria, onde toda e qualquer brisa que sopre as “pás” poderá transmitir o movimento mecânico para o sistema que irá transformar em eletricidade e armazenar nas baterias.
Justificativa
	
Com o gerador eólico é desnecessário combustível para a alimentação de motores, o consumo médio é de 0,26Kw/h, não emite gases poluentes, não gera resíduos em sua operação, é um sistema durável e necessita pouca manutenção em relação aos geradores comuns para esta aplicação, não agride a fauna e não causa problemas auditivos. (ASSIS; Anderson, 2015). Embora seja um sistema com alto custo de implementação é possível facilmente recuperar o investimento ao longo do tempo, por meio da economia em relação à energia fornecida pelas redes elétricas. 
O planeta encontra-se numa fase de ascensão tecnológica, onde o conforto está ligado ao consumo de energia. Esta evolução tecnológica trouxe muitos questionamentos e conceitos globais, sendo o mais considerado nos dias atuais, a sustentabilidade. Os recursos naturais, de um modo geral, são finitos, porém, é necessário utilizá-los, pensando-se nas gerações futuras. 
O intuito desse trabalho é afirmar a energia eólica como uma fonte de energia renovável viável e projetar um aerogerador compacto, silencioso, com design adaptado para o ambiente, que utilize pouca velocidade para gerar uma quantidade significativa de energia, na qual será armazenada em baterias. A mesma será usada somente em casos de apagões, para alimentar o sistema de segurança dos prédios, como, portaria, câmeras e elevadores. Além disso, o gerador terá menor impacto na fauna devido seu tamanho e sua velocidade de rotação serem reduzidos cabido à utilização de ventos com baixa intensidade.
Árvore Eólica
Figura 1: Árvore eólica.
Fonte: ÉPOCA; REVISTA, 2015. 
No lugar de folhas, esta árvore possui mini turbinas, fabricada pela empresaNew Wind R&D, o inventor Jérôme Michaud-Larivière e o empreendedor Luc-Eric criaram este novo modelo descentralizado e responsável de geração de energia, que utiliza o vento para a movimentação das Aeroleafs - nome dado às pás em formato de folha - e geram energia com ventos fracos, de qualquer direção, possui a capacidade de 3,1 kW e sua produtividade é de 1320 kWh para ventos de 3 m/s e 3160 kWh para ventos de 5 m/s, sua vida útil pode ser de até 25 anos, recentemente foi instalada no parque de Radôme, em Pleumeurbodou, na França e elas já se encontram instaladas em diversos lugares pelo mundo como Alemanha, Suécia, Dubai, Tokio, Nova Delhi e Arizona. (NEW WORLD WIND, 2019; ÉPOCA; REVISTA, 2015).
Cada árvore pode atender uma família de até 4 pessoas, por 280 dias no ano.
Seu preço está em torno de € 29.500,00 e R$ 129.372,25. (ÉPOCA; REVISTA, 2015)
Principais diferenças 
A árvore eólica já existente, não possui sistema de armazenamento, visando, que a mesma substitui a rede elétrica dos lugares aonde elas são utilizadas, a projeção do grupo é de que a “flor eólica” armazene a energia captada através do vento, em baterias, para ser utilizada na ausência de energia elétrica em prédios, visando à segurança.
A atual possui um design de árvore e possui 11 metros de altura (ÉPOCA, REVISTA, 2015), o que impossibilita a sua utilização em áreas comuns de apartamentos, em quanto a do grupo possuirá 2 metros de altura, com o design de flor.
Outra diferença é o valor ao qual ela pode ser custeada, em quanto a original é vendida a €29.500,00, a que está sendo projetada será vendida em torno de R$ 1.500,00.
Visando que ambas possuem utilizações diferentes, a original é utilizada para abastecer uma casa de 4 pessoas, durante o ano inteiro e a que está sendo projetada, somente para a substituição na ausência de energia elétrica, para as portarias dos prédios e luzes de emergência.
A já existente necessita de um espaço amplo e aberto, visando o seu tamanho, a do grupo será instalada em halls de prédios, sendo compacta e podendo ser instalada no quintal de casa.
METODOLOGIA
A Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) disponibiliza de forma online e gratuita o Sistema de Informações para Geração Distribuída de Energia (SIGD), com ele será possível fazer o dimensionamento do equipamento em geral apenas inserindo os valores tais como velocidade do vento e quantidade de energia necessária. Com o SIGD será possível dimensionar de forma eficaz um protótipo funcional e em pequena escala que é o trabalho proposto. 
Para execução do protótipo será utilizado o método de estereolitografia que é um dos diversos tipos de impressão 3D, podendo imprimir as pás, a torre, e um suporte para a caixa de câmbio e gerador.
O mesmo será instalado no solo, próximo as portarias dos condomínios.
O aerogerador será responsável por captar a energia do vento, sendo a mesma armazenada por um banco de baterias, onde se estará conectado um inversor para transformar a energia mecânica em elétrica e corrente continua para corrente alternada, um controlador de carga para que não haja sobrecarga nas baterias. É possível observar na Figura 1 abaixo:
Figura 2: Diagrama de sistema micro eólico isolado.
Fonte: REIS, PEDRO; 2018. 
Composição do aerogerador
Para o gerador que será construído, serão adotados os seguintes componentes.
Eixo vertical
É esteticamente mais viável e atrativo, porém, menos eficiente e maior, o seu eixo de rotação é perpendicular ao solo, utilizadas em ventos turbulentos (Eletrovento, 2016).
Inversor
Possuem a função de transformar a corrente contínua das baterias em corrente alternada para que se possa alimentar os aparelhos 110V ou 220V, isso ocorre em sistemas off-grid (fora da rede elétrica). Já nós on-grid que são ligados diretamente na rede elétrica, ele transforma a corrente e realiza a sincronização da energia produzida com a elétrica (Eletrovento, 2016).
Neste protótipo será utilizado o inversor de onda Senoidal modificada, por ser o mais viável economicamente, e é uma mescla do modelo senoidal com o modelo quadrado.
Controlador de carga
Faz-se necessário também o uso de controladores de carga, para controlar a quantidade de carga que entra nas baterias, evitando-se sobrecarregada ou descarga brusca, neste caso, ele é somente utilizado em sistemas off-grid. No modelo adotado optou-se pelo Controlador PWM que também apresentou menor custo (Reis; Pedro, 2018).
Baterias
As baterias em sistemas de geração deste tipo, somente são utilizados em modelos off-grid, armazenando a energia eólica para que na falta de energia por longo prazo ela consiga realizar o seu trabalho de forma segura e eficaz. Podem ser utilizados diversos tipos de baterias, a mais indicada para a aplicação proposta é a bateria estacionária, que será utilizada por conter placas de revestimentos maiores do que as comuns, permitindo que suportem descargas bruscas em formato de um banco de baterias para que atenda a necessidade solicitada (Reis; Pedro, 2018).
Torres
É o componente onde o aerogerador é fixado, para aumentar sua altura de forma suficiente para maior captação do vento. O modelo que se encaixa melhor é a estaiada, composta por uma haste central, onde são conectados os cabos de aço sendo ancorados ao chão para melhor suporte. Apresentam menor custo e são utilizadas apenas em aerogeradores pequenos, porém, necessitam de um grande espaço para sua montagem, visando que os cabos precisam estar bem esticados para serem ancorados (Reis; Pedro, 2018).
Além dos principais componentes mencionados, serão utilizados os seguintes materiais para a montagem do protótipo:
· Eletrodutos;
· Rolamentos;
· Cotovelos;
· Quadro de distribuição de energia;
· Eixos usinados.
Plano de ação 
O grupo adquiriu um equipamento que possibilita fazer medições da velocidade do vento, chamado anemômetro. 
Figura 3: Anemômetro digital				Figura 4: Manual de instruções
 	
Fonte: Acervo fotográfico do grupo – 12, jun. 2019	Fonte: Acervo fotográfico do grupo – 12, jun. 2019
Medição realizada em SP/São Caetano do Sul.
 Com ele será possível analisar os horários onde há certa turbulência de ventos e medir sua velocidade. De acordo com dados do clima tempo, site responsável por prover informações relacionadas ao clima, vento, rajadas e probabilidade de chuvas, pudemos analisar que a velocidade média dos ventos em São Paulo capital é de 2 m/s, mas, em áreas litorâneas como Peruíbe e Praia Grande a média de ventos são de 3 m/s que é o necessário para o nosso protótipo. Portanto, o plano é instalar e testar nosso protótipo nessas regiões. (CLIMATEMPO, 2019)
Resultado das análises
Realizamos as medições em determinados pontos do condomínio, coletamos a velocidade em 3 dias distintos, 15/09/2019, 19/09/2019 e 01/10/2019.
Medição 1 – Dia 15/09/2019
	Ponto 
	Velocidade (m/s)
	Hora
	1
	1,51
	17:00
	2
	1,21
	17:03
	3
	1,75
	17:10
	4
	2,43
	17:15
	5
	1,40
	17:20
	6
	2,11
	17:23
	7
	1,60
	17:30
	8
	1,10
	17:35
	9
	1,10
	17:43
	10
	1,30
	17:50
Medição 2 – Dia 19/09/2019
	Ponto 
	Velocidade (m/s)
	Hora
	1
	3,51
	22:00
	2
	3,13
	22:05
	3
	3,20
	22:20
	4
	3,45
	22:23
	5
	2,81
	22:30
	6
	3,72
	22:35
	7
	2,61
	22:43
	8
	2,12
	22:50
	9
	3,20
	22:52
	10
	2,15
	22:55
Medição 3 – Dia 01/10/2019
	Ponto 
	Velocidade (m/s)
	Hora
	1
	1,55
	22:00
	2
	1,98
	22:15
	3
	2,31
	22:20
	4
	2,50
	22:25
	5
	1,69
	22:30
	6
	2,00
	22:40
	7
	2,98
	22:47
	8
	3,10
	22:50
	9
	3,55
	22:54
	10
	3,23
	22:59
História da energia eólica no Brasil
No Brasil a produção de energia eólica, acontece por dois principais pilares: a hidrelétrica e a termoelétrica. A energia eólica surgiu da necessidade de inovar nas fontes energéticas existentes no país, para que não haja problemas com a crise financeira e que diminua os problemas ambientais.
De acordo com informações do governo federal, em meados de 2014, o Brasil excedeu a Alemanha no crescimento de energia eólica, ficando atrás apenas da China.
Entretanto, em 2003 o Brasilgerava 22MW através de fontes eólicas, já em 2009 o valor era de 602 MW e de 1GW em 2011, em 2014 a produção era de 5GW, com perspectiva de crescimento para 13GW até o ano de 2018. (Pena Rodolfo)
O nordeste possui o maior potencial de geração eólica com 75GW, em segundo lugar temos o sudeste com 29,7 GW, em seguida a região sul com 22,8W, o norte com 12,8GW e o centro-oeste por última com 3,18GW de capacidade.
O Rio grande do norte é o estado que mais gera energia eólica, com uma capacidade de 1339,2MW.
Tabela 1: com os maiores produtores de energia no Brasil
	Fonte: Associação Brasileira de Energia Eólica – 2019	
Tabela 2: Plantas de energia eólica instaladas no Brasil
	Estado
	Local
	Capacidade
Instalada
	Produção
Anual prevista
	Estado atual
	Rio grande do norte
	
	
	
	
	Ceará
	Taíba
	5MW
	17500MWh
	Operação
	Ceará
	Prainha
	10MW
	35000MWh
	Operação
	Ceará
	Mucuripe
	1,2MW
	3800MWh
	Operação
	Ceará
	Paracurú
	30MW
	---------------
	Estudo
	Ceará
	Camocim
	30MW
	---------------
	Estudo
	Minas Gerais
	Morro
Camelinho
	1,0MW
	800MWh
	Operação
	Pará
	Vila Joanes
	40KW
	32MWh
	Operação
	Pará
	Costa NE
	100MW
	--------------
	Estudo
	Paraná
	Palmas I
	2,5MW
	7000MWh
	Operação
	Paraná
	Palmas II
	9,5MW
	--------------
	Estudo
	Paraná
	Palmas III
	75MW
	--------------
	Estudo
	Pernambuco
	F.Noronha
	75KW
	60MWh
	Operação
	Rio de Janeiro
	Cabo Frio
	10MW
	--------------
	Estudo
Fonte: ANEEL – Agência nacional de energia elétrica
Potencial de energia eólica no Brasil:
Figura 5: Potencial por região
(Fonte: Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, 2001)
 
Tipos de ventos:
O vento é uma camada de ar em movimentação, ele é resultado das divergências da pressão atmosférica em diferentes direções.
Vento global:
O vento que se inclina desde o Equador até os seus pólos, circulando pelas mais altas camadas da atmosfera, em torno de 30º de latitude, encontrando zonas de alta pressão, fazendo com que o ar desça novamente.
Vento local:
As condições climáticas influenciam nesse tipo de vento, são divididos em dois tipos: Brisa marinha e vento da montanha.
Brisa marinha:
No período do dia a terra se aquece rápido sofrendo influência do sol. O ar, no entanto sobe e realiza a circulação para o ar, gerando uma depressão do nível do solo, que captura o ar frio do mar.
Figura 6: Brisa marinha
Fonte: Geocities
0. Vento da montanha:
Como exemplo, se obtém o vento do vale que se origina no declive ao sul, qual o declive e o ar estão quentes, a densidade do ar diminui, fazendo com que a superfície continue declinando. 
0. Fatores que influenciam o vento
O aerogerador adquire energia transformando o vento em um binário que 
atua sobre as pás do rotor. Sendo influenciado pelos seguintes motivos:
0. Densidade do ar
A densidade do ar é importante na dinâmica da atmosfera, o aquecimento e o resfriamento do ar, modificam a densidade. Ela diminui de acordo com a altitude, variação de temperatura, se considera que ao nível do mar, com 15ºC o ar tem uma densidade de cerca de 1,225 kg/m³. (Conhecimento geral, 2016)
0. Área de varredura do rotor
A área do rotor é o que determina a quantidade de energia do vento que a turbina é capaz de captar. A área do rotor aumento com o raio , exemplo , um turbina duas vezes maior, capta energia quatro vezes mais.
0. Lei de belz
Quanto maior for a energia cinética do vento, se fosse possível retirar toda a energia do vento, o ar teria a velocidade nula, o ar não poderia abandonar a turbina, sendo assim, não poderia retirar nenhuma energia, visando que não entraria ar no rotor, existe um valor para qual a conversão de energia é mais eficiente , sendo que, o aerogerador ira travar em cerca de 2/3 da sua velocidade inicial.
A lei de belz diz que pode se converter até 59% da energia cinética em mecânica, sendo que a potência varia com o cubo da velocidade e com a densidade do ar.
0. Armazenamento de energia 
O vento possui um comportamento que varia ao longo do tempo, se fazendo necessária a utilização do sistema de armazenagem de energia, para garantir o fornecimento para a demanda. Nos casos que a energia eólica é utilizada como uma segunda fonte de energia, para complementar a convencional, ela é injetada na rede elétrica, não se fazendo necessário o seu armazenamento. Quando é utilizada como a principal fonte de energia, é necessário armazenar o excesso de energia, produzido em períodos com ventos de velocidades altas, para quando o vento for baixo, se utilize as mesmas.
1. Funcionamento de um aerogerador:
Figura 7: Esquema de um aerogerador
Fonte: Unicamp,2010
Figura 8: Partes de um aerogerador
Fonte: Evolução ALP,2012
1. Cálculos para a construção:
0. Rotor:
Para determinar as dimensões de um rotor eólico, se calcula em primeiro lugar a área do mesmo (A), supondo ser uma máquina motriz, ao mesmo tempo se determina o a média de energia que pode ser obtida pelo lugar aonde a máquina será instalada, as médias de energia eólica necessária (Nutil) é dada por: 
Sendo η o fator aerodinâmico global do gerador.
Podendo ser escrita da seguinte forma:
Tabela 3: Fatores de corre¸c˜ao da densidade do ar
	Densidade do ar em função da temperatura e da pressão (lb/ft3) (1,3)
	Temperatura
	Pressão manométrica (psi) (2)
	(°F)
	0
	5
	10
	20
	30
	40
	50
	60
	70
	80
	90
	100
	30
	0.081
	0.109
	0.136
	0.192
	0.247
	0.302
	0.357
	0.412
	0.467
	0.522
	0.578
	0.633
	40
	0.080
	0.107
	0.134
	0.188
	0.242
	0.295
	0.350
	0.404
	0.458
	0.512
	0.566
	0.620
	50
	0.078
	0.105
	0.131
	0.185
	0.238
	0.291
	0.344
	0.397
	0.451
	0.504
	0.557
	0.610
	60
	0.076
	0.102
	0.128
	0.180
	0.232
	0.284
	0.336
	0.388
	0.440
	0.492
	0.544
	0.596
	70
	0.075
	0.101
	0.126
	0.177
	0.228
	0.279
	0.330
	0.381
	0.432
	0.483
	0.534
	0.585
	80
	0.074
	0.099
	0.124
	0.174
	0.224
	0.274
	0.324
	0.374
	0.424
	0.474
	0.524
	0.574
	90
	0.072
	0.097
	0.121
	0.171
	0.220
	0.269
	0.318
	0.367
	0.416
	0.465
	0.515
	0.564
	100
	0.071
	0.095
	0.119
	0.168
	0.216
	0.264
	0.312
	0.361
	0.409
	0.457
	0.505
	0.554
	120
	0.069
	0.092
	0.115
	0.162
	0.208
	0.255
	0.302
	0.348
	0.395
	0.441
	0.488
	0.535
	140
	0.066
	0.089
	0.111
	0.156
	0.201
	0.246
	0.291
	0.337
	0.382
	0.427
	0.472
	0.517
	150
	0.065
	0.087
	0.109
	0.154
	0.198
	0.242
	0.287
	0.331
	0.375
	0.420
	0.464
	0.508
	200
	0.060
	0.081
	0.101
	0.142
	0.183
	0.244
	0.265
	0.306
	0.347
	0.388
	0.429
	0.470
	250
	0.056
	0.075
	0.094
	0.132
	0.170
	0.208
	0.246
	0.284
	0.322
	0.361
	0.399
	0.437
	300
	0.052
	0.070
	0.088
	0.123
	0.159
	0.195
	0.230
	0.266
	0.301
	0.337
	0.372
	0.408
	400
	0.046
	0.062
	0.078
	0.109
	0.141
	0.172
	0.203
	0.235
	0.266
	0.298
	0.329
	0.360
	500
	0.041
	0.056
	0.070
	0.098
	0.126
	0.154
	0.182
	0.210
	0.238
	0.267
	0.295
	0.323
	600
	0.038
	0.050
	0.063
	0.089
	0.114
	0.140
	0.165
	0.190
	0.216
	0.241
	0.267
	0.292
Fonte : Wikiboss
Tabela 4: Fatores de corre¸c˜ao da densidade do ar
	Variação da densidade do ar em função da altitude (1)
	Altitude (m)
	Altitude (ft)
	Fator de correção
	0
	0
	1.00
	480
	1600
	1.05
	990
	3300
	1.11
	1500
	5000
	1.17
	1980
	6600
	1.24
	2460
	8200
	1.31
	2970
	9900
	1.39
0. Tamanho das pás:
Um gerador eólico possui um determinado número de pás (Z), se utiliza a seguinte expressão para o cálculo:
Área total das pás = ZS = Solidez Ω x A´rea A varrida pelo rotor
0. Momento fletor das pás:
O momento fletor da pá se calcula pelas forças aerodinâmicas que atuam nas pás, são paralelas ao eixo de rotação, com a distância rtt e são calculadas pela fórmula abaixo:
Mfletor=rttFaerod	
0. Cálculo do rotor:
Para o diâmetro do rotor que iremos utilizar, se iguala a potência específica gerada, a potência de saída e a velocidade máxima obtida do vento.
Supomos os seguintes dados:
Nutil = 1kW ; ρ = 1, 25kg/m3; v = 3 m/s; η = 25% 1kW = 10−3 A = 1m²
Ρ * V³ * a * η*1 = D
1,257 * (3)³ * 1 * 0,25*1 = 2,83m
** Consideramos a Área como 1m²
0. Cálculo do TSR:
O TSR determina se a rotação de uma pá é lenta ou rápida.
Figura 9: Tamanho das pás
Fonte: Electronica-pt
Podemos utilizar a seguinte formula:
λ = 4 π / n
λ: Potência máxima
n: Número de lâminas
	Nº Pás
	Melhor TSR
	2
	6,28
	3
	3,14
	6
	2,09
Se TSR (λ) é < 3, a energia eólica é lenta, se TSR(λ) >3, a energia eólica é rápida.
0. Peso do projeto:
A energia cinética depende da sua massa, dependendo da densidade do ar (massa x unidade de volume), quanto mais pesado o ar, maior a energia cinética recebida pelo gerador.
A densidade do ar, depende da pressão e da temperatura do ar.
m = ρ × A× e
ρ=densidade do ar
A= Área do rotor
e = Pressão atmosférica a nível do mar
m = 1,225 kg/m³ * π * 1,19² * 1 
m= 5,45kg 
0. Curva de potência:
A curva de potência de um aerogerador eólico consiste na representação gráfica da variação da potência elétrica Pt. Para cada valor da velocidade do vento, mede-se a queda de potencial U e a intensidade da corrente elétrica I.
PT = U × I.
0. Força de arrasto:
Quando um corpo ou objeto se move seja em líquido ou ar, vemos que se obtém certa força de resistência, chamada de força de arrasto, que tende a reduzir de acordo com a velocidade.
Fa = 0,5 * C * ρ * v² * A
Fa = Força de arrasto
C = Coeficiente do modelo aerodinâmico 
Ρ =densidade do ar
V = Velocidade
A= área
Fa = 0,5 * 0,04 * 1,225 * 3² * π * 1,19²
Fa = 1 N
	
0. Cálculo de RPM:
N1 / N2 = D2/D1
N1 = RPM Polia Motora
N2 = RPM Polia Movida
D2 = Diâmetro Polia Movida
D1 = Diâmetro Polia Motora
6 / N2 = 350/60
N2 = 5,84 * 6
N2 = 35 RPM
1. Materiais utilizados:
Para a fabricação do protótipo foram utilizados os seguintes itens:
· 2 metros de tubo de Ø ½”
· 2 metros de tubo de Ø 5/8”
· 2 Mancais de rolamento de Ø 2”
· Eixo metálico com Ø 1” e 50cm de comprimento
· Gerador de 24V
· Regulador de tensão 3V
· Engrenagem com 40 dentes
· Engrenagem com 20 dentes
· Diodo Luminoso
· Placa de policarbonato
· Controlador de carga
· Estator magneto
· Volante do rotor magneto
Abaixo, possuímos a planilha com os custos:
	Materiais utilizados para construção de um aerogerador Savonius
	
	Item
	Quantidade
	Unidade
	Custo (R$)
	1
	Tubos PVC de 12,7 mm de diâmetro
	2
	metros
	R$ 60,00
	2
	Tubo de aço 1020 de 5/8 de diâmetro
	2
	metros
	R$ 60,00
	3
	Mancais de rolamento com 50,8mm de diâmetro externo
	4
	peças
	R$ 75,00
	4
	Eixo metálico com 25,4 mm de diâmetro
	0,5
	metros
	R$ 40,00
	5
	Gerador elétrico de 24 V
	1
	peça
	R$ 95,00
	6
	Regulador de Tensão de saída para 3,0 V
	1
	peça
	R$ 45,00
	7
	Engrenagem de 40 dentes 
	1
	peça
	R$ 78,00
	8
	Engrenagem de 20 dentes 
	1
	peça
	R$ 66,00
	10
	Diodos Luminosos (LED’s) – 260 unidades
	200
	peças
	R$ 130,00
	11
	Placa de policarbonato
	1
	Peças
	R$ 120,00
	12
	Controlador de carga
	1
	Peças
	R$ 56,00
	13
	Estator magneto
	1
	Peça
	R$ 90,00
	14
	Volante do rotor magneto
	1
	Peça
	R$ 200,00
	
	CUSTO TOTAL	R$ 1115,00
1. Protótipo:
Foi realizado uma projeção pelo grupo, no Solid Works,conforme pode ser verificado abaixo:
Figura 10 : Projeto em 3D
Assim como, a projeção da sua base:
Figura 11 : Base em 3D
Após as projeções, se deu inicio a fabricação do protótipo a partir de canos PVC de 1”, para que a sua sustentação fosse mais leve e não agredisse o solo ao qual seria realizado a sua instalação.
Foi realizado uma projeção de um “mini” protótipo para concluir se era funcional ou não.
Figura 12 : “Mini” protótipo
Com a verificação de que era funcional, com o acendimento de uma lâmpada, se iniciou o enrolamento das bobinas.
Figura 13 : Bobinas
Figura 14 : Rolamentos
Realizamos a compra de alguns itens indispensáveis para a utilização no projeto, como a placa de policarbonato para a fabricação das hélices, visando que é um material rígido e de fácil de ser moldável, estatores e volante para fazeram a parte da rotação, sem a necessidade de bobinas, porcas, parafusos, tubos para a fixação, uma bateria de moto e as chapas para a fixação.
	Chapa de aço 1020 – 100 x 0,50 cm
Figura 15 : Chapa
Chapa para realização da base do protótipo, aonde será instalada as baterias para armazenamento.
Magneto - Twister
Figura 16 : Magneto
Utilizado para a geração elétrica, utilizando imãs para a produção de impulsos de corrente alternada, pode ser considerado um alternador.
Estator magnético 
Figura 17 : Estator
Utilizado para conduzir o fluxo magnético , transformando a energia cinética em mecânica.
Abaixo possuímos fotos do projeto, feitos a mão primeiramente e logo após feitos no auto cad:
Eixo do rotor
Figura 18 : Projeto do eixo
Figura 19 : Desenho no autocad
Eixo do rotor - Autocad
Tampa da hélice com 4 furos
Figura 20 : Desenho da tampa da hélice
Tampa hélice - Autocad
Figura 21 : Desenho autocad
Tampa lado bobina
Figura 22 : Desenho da tampa da bobina
Tampa lado bobina - Autocad
Figura 23 : Desenho no autocad
Projeto do protótipo ainda está no papel, será realizado quando finalizarmos.
Figura 24 : Desenho do projeto
1. Local de instalação:
Estudamos o possível local para a instalação do nosso projeto, uma integrante do grupo, reside em apartamento, em uma área com muito vento, visando que os prédios fazem um corredor de vento entre si.
Abaixo segue a região estudada:
Figura 15: Área a ser instalada
Fonte: Google Maps, 2019
Figura 16: Área a ser instalada
Fonte: Estudante Mirella,2019.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 
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 <http://www.eletrovento.com.br/pagina/saiba-mais/sobre-energia-eolica/47/>. Acesso em: 07 mai. de 2019.
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Anexo A – Cronograma