Curso (s) :Engenharia Mecânica e Engenharia Elétrica Nome do projeto: PROCEDIMENTOS DE CONTROLE LABORATORIAIS PARA ENSAIOS DE AEROGERADORES

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1 FORMULÁRIO PARA INSCRIÇÃO DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA. Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Curso (s) :Engenharia Mecânica e Engenharia Elétrica Nome do projeto: PROCEDIMENTOS DE CONTROLE LABORATORIAIS PARA ENSAIOS DE AEROGERADORES Nome do professor orientador: Wilmar Mattes Nome do professor co-orientador: PEDRO ALVIM DE AZEVEDO SANTOS Nome do professor co-orientador: Fabiano Nome do coordenador(a) do Curso: Renato Zanandreia Para a Fundação Educacional Regional Jaraguaense FERJ, mantenedora do Centro Universitário - Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul e em Joinville, encaminhamos anexo, Projeto de Iniciação Científica a ser submetido ao Edital nº.../ Programa de Bolsas de Estudo da Educação Superior UNIEDU, da Secretaria de Estado da Educação de Santa Catarina, e declaramos nosso interesse e prioridade conferida ao desenvolvimento do projeto ora proposto, assim como nosso comprometimento de que serão oferecidas as garantias necessárias para sua adequada execução, incluindo o envolvimento de equipe, utilização criteriosa dos recursos previstos e outras condições específicas definidas no formulário anexo. Jaraguá do Sul, 18 de novembro de 2015 Professor orientador Professor coorientador Professor coorientador Coordenador do Curso 1

2 2 DESCRIÇÃO DO PROJETO Título do Projeto: Procedimentos de controle laboratoriais para ensaios de aerogeradores Tipo de Projeto ( 24 ) (X) Apresentado pelo professor; Resumo do Projeto O projeto buscará realizar ensaios unidades de geração de energia eólica, tais como aerogeradores de pequeno porte de eixo horizontal e de eixo vertical, em túneis de vento para desenvolver estratégias de controle para o sistema, estudando as melhores técnicas a serem aplicadas em cada tipo de estrutura e condição funcional. O projeto fará uso do laboratório de mecânica dos fluidos da instituição que já conta com a infraestrutura necessária para ensaiar turbinas eólicas. Como objetivo complementar, serão consolidados conhecimentos em geração de energia renováveis e demonstrar estudos de casos em aulas práticas e a geração de uma nova linha de conhecimento para o desenvolvimento de outros trabalhos como os de conclusão de curso, onde serão beneficiados os acadêmicos de Engenharia Mecânica e de Engenharia Elétrica. Problematizacão A geração de energia eólica a partir de pequenas unidades geradoras, junto a energia fotovoltaica, são o cerne da solução conhecida como micro geração distribuída e que tem sido cada vez mais incentivada com o intuito de reduzir a dependência nacional dos combustíveis fósseis e das grandes hidroelétricas. Apesar da importância que se vislumbra sobre o tema, poucas pesquisas são voltadas a esta área do conhecimento. Aplicações de pequenos aerogeradores geralmente envolvem o ambiente urbano, onde o regime de ventos é turbulento e de difícil caracterização. Portanto, ao construir uma bancada experimental para ensaios com um pequeno aerogerador, será possível o levantamento de sua curva de desempenho e identificação dos fatores críticos para sua otimização. Texto limitado a 20 linhas Justificativa Desenvolver pesquisas sobre a eficiência dos sistemas de micro geração eólica sob condições controladas de ensaios, permitindo avaliar o desempenho final do sistema e relacionando estes a diferentes condições de contorno (ventos, geometria das hélices, sistema de conversão eletromecânico), bem como definir as melhores estratégias de controle para o sistema de modo a maximizar o desempenho da estrutura. Texto limitado a 20 linhas Objetivo Geral: Ensaiar de desempenho de aerogeradores de pequeno porte em túnel de vento. 2

3 Texto limitado a 05 linhas Objetivos específicos a) Adaptar o aerogerador no túnel de vento; b) Adaptar o túnel de vento do laboratório as necessidades dos ensaios; c) Desenvolver instrumentação e supervisório para os testes do aerogerador; d) Testar a desempenho da turbina eólica de pequeno porte em túnel de vento; e) Realizar controle das condições de testes através de um sistema supervisório. Texto limitado a 15 linhas Metodologia Com o intuito de se avaliar o desempenho do sistema de micro geração eólica, serão utilizadas as premissas apresentadas na IEC para o sistema de ensaios, sendo este composto de um aerogerador, banco de baterias, um banco de cargas resistivas e um controlador de carga e tensão das baterias. Para levantar a curva de potência do aerogerador será utilizado um túnel de vento de jato aberto, cujo o fluxo de ar incide sobre a turbina numa faixa de velocidade de 1,0m/s a 15m/s. O túnel de vento a ser utilizado é o disponível no laboratório de mecânica dos fluidos, onde um ventilador axial de 15kW, com 0,90m de diâmetro é responsável pelo fluxo de ar o qual é controlado através de um inversor de frequência. No procedimento de ensaios, um sistema supervisório desenvolvido em LABVIEW será responsável pela aquisição dos dados e controle das condições do fluxo de ar no túnel de vento, desta forma o controle de velocidade do vento e o tempo de estabilização para as medições será todo microprocessado, habilitando então a aquisição dos dados apenas após a estabilização dos sistema. Serão monitoradas as seguintes grandezas: a velocidade, temperatura, umidade relativa do ar, pressão atmosférica, tensão do banco de baterias, rotação e potência. A estrutura para ensaios práticos, será projetada com o intuito de permitir a fácil troca de rotores visando à possibilidade de serem testados diversos modelos nas mesmas condições reduzindo a influência de outras variáveis. Além do ensaio de potência em aero geradores de pequeno porte de eixo horizontal será desenvolvimento uma metodologia para levantamento do torque mecânico do rotor de aerogeradores de eixo vertical com o principal propósito de levantar o coeficiente de potência e coeficiente de torque destes rotores. Fundamentação Teórica Segundo Fadigas 2011, a participação das novas fontes renováveis de energia para geração de eletricidade, como as pequenas centrais hidrelétricas (PCHs), usinas eólicas, usinas térmicas a biomassa e sistema fotovoltaicos, é pequena, quando consideramos o imenso potencial existente. Segundo Lopes (2012), ao analisarmos o custo para a produção de energia eólica em relação as outras fontes, fica claro que o Brasil ainda está em fase de crescimento quanto ao 3

4 desenvolvimento e utilização de novas tecnologias para a produção de energia limpa. Porém o país já possui valores de investimento mais baixo que muito países desenvolvidos, os quais possuem a tecnologia já bem avançada, o que faz esses países olharem para o Brasil como uma oportunidade de negócio. Segundo os autores Alé, J. A. V. Adegas, F. D. Simioni, G. C. da S., (2004), na metodologia que se utiliza um sistema composto de um aerogerador, banco de baterias, um banco de cargas resistivas e um controlador de carga e tensão das baterias conforme especificado na norma IEC Para levantar a curva de potência do aerogerador se utiliza um túnel de vento de jato aberto cujo fluxo de ar incide sobre a turbina. Wood (2011) detalha os desafios para o projeto de um pequeno aerogerador eficiente. Burton (2001) e Hau (2006), por sua vez, mostram apresentam os cálculos para o levantamento de uma curva de potência de acordo com a IEC Santos et. al. (2015) apresentam um estudo inovador com novos parâmetros de turbulência a serem implementados na curva de potência para melhor caracterização do desempenho de geradores eólicos em terrenos complexos, como o meio urbano. O conhecimento apresentado pelos autores, portanto, poderá ser aplicado diretamente na bancada experimental proposta no presente projeto. limitado em até 05 páginas Texto 3. CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ETAPA OU FASE DO PROJETO Objetivo Específico Etapa/Fase (O que?) Adaptar e Fixação implementar com um mecânica aerogerador no túnel de vento no laboratório de mecânica dos fluidos; Especificação (Como?) Produzindo suporte Início 01 semana de fevereiro de Término 04 semana de fevereiro de Conectar a instrumentação ao sistema supervisório; Instalação com a instrumentaç ão existente Instalação da 01 de março instrumentação com de o controle do aerogerador 04 semana de junho de 4

5 Objetivo Específico Testar a desempenho da turbina eólica de pequeno porte em túnel de vento Realizar controle através de um sistema supervisório CENTRO UNIVERSITÁRIO CATÓLICA DE SANTA CATARINA Etapa/Fase (O que?) Ensaios práticos Ensaios práticos Especificação (Como?) Ensaios e coletas de dados Ensaios e coletas de dados Início 01 julho de 01 julho de Término 02 semana de dezemdro semana de dezemdro REFERÊNCIAS ( Descrever as utilizadas na elaboração do projeto.todas as referências deverão estar citadas no corpo do projeto, conforme normas ABNT) IEC , Wind Turbine Generator Systems Part 12-1: Power Measurements of Electricity Producing Wind Turbines, Alé, J. A. V. Adegas, F. D. Simioni, G. C. da S.; Small Wind Turbine Testing: Indoor Methodologies In: WEC 2004 European Wind Energy Conference & Exhibition. FADIGAS, Eliane A. Faria Amaral. Energia eólica. 1. ed. Barueri: Manole, LOPEZ, Ricardo Aldabó. Energia eólica. 2. ed. São Paulo: Artliber, WOOD, D. Small Wind Turbines: Analysis, Design and Application. London: Springer, HAU, E. Wind Turbines. Fundamentals, Technologies, Application, Economics. 2nd. ed. New York: Springer, BURTON, T.; SHARPE, D.; JENKINS, N.; BOSSANYI, E. Wind Energy Handbook. Chichester: John Wiley & Sons, SANTOS, P. A. A.; Sakagami, Yoshiaki ; Haas, Reinaldo ; Passos, Júlio C. ; Taves, Frederico F.. Atmospheric Stability Effects on Small Wind Turbine Power Collection in a Complex Terrain. Renewable Energy in the Service of Mankind Vol I. 1ed.: Springer International Publishing, 2015, v., p RESUMO DO ORÇAMENTO: 5

6 Elementos de Despesa Participação em eventos 1 Passagens e Despesa de Locomoção. Material de Consumo ( descrever todos os itens ex: Papel A4, disquetes,etc..) Aquisição de Livros * Cópias monocromáticas, fotocópia colorida, fotos aéreas, mapas, plotagens, cópias em metro. Equipamentos e Material Permanente ** CENTRO UNIVERSITÁRIO CATÓLICA DE SANTA CATARINA FERJ Quantidade Preço Unitário R$ Contrapartida (quando houver parcerias) Quantidade Preço Unitário R$ Total R$ , , ,00 Outros ( Descrever conforme padrão) Total do Projeto 2.700,00 * O valor não poderá exceder a 15 % do valor total solicitado para a execução do projeto. ** O valor solicitado deverá respeitar os critérios dispostos no Edital. 6-CRONOGRAMA DE DESEMBOLSO (R$) (Especificar o período em que os elementos de despesas serão solicitados) Objetivo Específico Adaptar e implementar com um aerogerador no túnel de vento no laboratório de mecânica dos fluidos; Elementos de despesas Aquisição do aerogerador Prazo R$ Primeira semana de fevereiro de 900,00 1 Deverá estar justificada a despesa na Metodologia do projeto e aprovada pela Coordenação do PROINPES 6

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