PROJETO INTEGRADOR: CONSTRUÇÃO DE BOMBA EÓLICA.

ANTONIO CARLOS CORDEIRO ELBER MOREIRA NUNES JEFERSON DA SILVA RIBEIRO HENRIQUE SAMUEL DE SOUZA HEITOR ARAUJO DA SILVA ORLANDO ARAUJO DA SILVA RENAN RODRIGUES DA SILVA VALDEMIR PEDRO SILVA RA 908208469 RA 908202386 RA 908203012 RA 909208922 RA 908207458 RA 908200056 RA 908206124 RA 908200139 PROJETO INTEGRADOR: CONSTRUÇÃO DE BOMBA EÓLICA. UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO 2º Semestre de 2009 1

ANTONIO CARLOS CORDEIRO ELBER MOREIRA NUNES JEFERSON DA SILVA RIBEIRO HENRIQUE SAMUEL DE SOUZA HEITOR ARAUJO DA SILVA ORLANDO ARAUJO DA SILVA RENAN RODRIGUES DA SILVA VALDEMIR PEDRO SILVA RA 908208469 RA 908202386 RA 908203012 RA 909208922 RA 908207458 RA 908200056 RA 908206124 RA 908200139 PROJETO INTEGRADOR: CONSTRUÇÃO DE BOMBA EÓLICA. Trabalho apresentado como requisito para a disciplina de Física Geral e Experimental III, do curso de Engenharia de Produção Mecânica, com a finalidade de desenvolver produto técnico e voltado para aspectos de sustentabilidade. Profº da disciplina: Wagner Marcelo Pommer. UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO 2º Semestre de 2009 2

Sumário. 1.0- Introdução... p. 2 2.0- Objetivo.... p. 2 3.0- Características da Bomba Eólica... p. 3 3.1- Suporte da Hélice... p. 3 3.2- Conjunto de Articulação (Manivela)... p. 3 3.3- Suporte da Bomba... p. 4 3.4- Conjunto da Bomba... p. 4 5.0- Cuculos Relacionados ao Funcionamento... p. 5 6.0- Anexos da Bomba Eólica... p. 6 6.1- Desenhos... p. 6 7.0- Evolução do Dispositivo... p. 7 7.1- Estudo das Soluções... p. 7 8.0- Memorial Descritivo... p. 9 9.0- Conclusão... p. 10 10- Cronograma... p. 11 11- Referências Bibliográficas... p. 12 3

Introdução O processo de extração da energia eólica e muito importante para nossas gerações futuras, com este novo evento iniciaremos uma nova etapa nos estudos aplicados aos conhecimentos físicos e mecânicos sobre as forças naturais do vento e como poderemos aproveita-los em beneficio da humanidade. Está tecnologia já existe, porem em proporções muito grandes e em alta frequência, a estes protótipos estão sendo aplicados os mesmos conceitos mecânicos a partir de um sistema de coleta do vento. Objetivo Este projeto tem como objetivo fundamental o estudo e construção de uma bomba eólica capas de extrair a força do vento e transformando a mesma em energia potencial mecânica com a capacidade de movimentar um pequeno sistema montado através de estudos realizados nas leis da física. O estudo deste trabalho tem como fundamento o aperfeiçoamento da energia extraída de forças naturais do vento, que no qual nos leva ao conhecimento e habilidade para desenvolver novos projetos que facilitará o desempenho, qualidade e a prática acadêmica. 4

Características da Bomba Eólica 3.1- Suporte da Hélice Este suporte tem a função estrutural de fixar o conjunto de peças que formam o coletor de vento da hélice. Formada de componentes de alumínio a mesma é fixada na base de sustentação do dispositivo, devido seus componentes ser de extrema importância no funcionamento à mesma deve estar alinhada com anglos retos de 90º e com os componentes bem fixados, assim evitando trepidação e perca de velocidade. Componentes Quantidade Suporte da Hélice. Mancal Superior. 2 Mancal Inferior. 2 Rolamentos 34,5mm. 4 Correia 90 mm. 1 Polia de 40 mm. 1 Polia de 140 mm. 1 Base Horizontal de 150 mm x 40 mm x 20 mm. 3 Base Horizontal de100mm x 40 mm x 20 mm. 2 Base Vertical de 200 mm x 40 mm x 20 mm. 2 Lateral de 100 mm x 40 mm x 20 mm. 2 Contra Peso 290g. 1 Haste Fixadora (Parafuso M6 ). 2 Suporte de Fixação das Bases. 6 Porcas M6 4 Hélice Ventisilva 3 Pás 1 3.1- Conjunto de Articulação (Manivela) O conjunto de articulação também chamado de braço mecânico tem a função de absolver os movimentos circulares da polia e transformando-a em aplicação de força e movimento no eixo do êmbolo. Componente Quant. Haste de Controle Angular. 1 Conjunto de Articulação Haste de Cilindro. 1 (Manivela). Terminal SGK (Norma ISO 9432). 1 Terminal Rotular (Norma ISO 6432). 1 (Componentes Parafuso Sextavado M10 (Norma Din. 7968). 1 Normalizados). Arruela Lisa M10 (Norma Din. 125). 4 Porca Sextavada M10 (Norma Din. 934). 1 5

3.3 Suporte da Bomba Conjunto de peças responsáveis pela estrutura e suporte da bomba de sucção, também formada de peças de alumínio é fixado na base de sustentação do dispositivo apoia o funcionamento da bomba, e absorve total trepidação ou movimentos indevidos de outras particularidades. Componente Quant. Lateral de 307 mm x 40 mm x 20 mm. 2 Suporte da Bomba. Base de 172 mm x 40 mm x 20 mm. 2 Base de Fixação Lateral. 2 Haste Fixadora (Parafuso M6). 2 Porcas M6 4 3.4 Conjunto da Bomba Este conjunto é uma relação de tubos e emendas de PVC e peças plásticas que tem a função de canalizar e efetuar a extração da água, com o poder de sucção da água ela contém em seu interior um pequeno pistão com dois anéis de borracha lubrificados trabalhando junto com duas bolinhas de mouse, é responsável por puxar a água do recipiente para o interior da bomba e empurrar o ar junto com a água por uma via canalizada para fora da bomba, gerando assim os movimentos de sucção e extração do liquido. Componente Quant. Tubo de PVC 32 mm. 1 Conjunto da Bomba. T de 32 mm. 1 Redução de 32 mm para 20mm. 3 Acoplamento de PVC de 32mm. 1 Joelho de 32 mm (Curva de 90º). 1 Luva de 32 mm. 1 Bola de Mouse Padrão. 2 Chapa de Teflon 32 mm. 2 Tampão de 32 mm. 1 Anel de Oring (Dimâmentro 19,5mm). 2 Embolo (Rosca interna M6). 1 Eixo do Pistão (Roscas M6). 1 6

Cálculos Relacionados ao Funcionamento RPM das Polias. Polia Motora. Polia Movida. Velocidade (RPM). Polia Motora. Polia Movida. Diâmetro. Diâmetro. 40 mm 140 mm D2 40 mm D1 60s N2 2400 N1 D2 40 N1 140 mm N2 D1 N2 60 N2? RPM Bomba de sucção Qual a vazão de água (em litros por segundo) circulando através de um tubo de 25 mm de diâmetro, considerando a velocidade da água como sendo 4 m/s? Lembre-se que 1m 3 = 1000 litros 3,14 x (0,025 x A= π (D) 2 0,025) = 0,000490 4 4 Podemos determinar a vazão no tubo. Vazão = V. A = 4 x 0,000490 = 0,00196 m 3 /s x 1000 = 1,96 l/s Velocidade da água que escoa em um duto de 25 mm se a vazão é de 2 litros/s? Solução: Vazão = V. A. Logo: V = Vazão / A Logo, 0,0005/0,00049 = 1,02 m/s Utilizando a equação de Bernoulli simplificada e considerando z1 = 0,33m e g = 9,81 m/s 2, podemos calcular a velocidade da água pela equação a seguir. V 2 = 0.33 = 0.33 * 9.81 = 3.23 m/s 7

Anexos: Detalhes de construção da Bomba Eólica 8

Evolução do Dispositivo Durante o período de teste detectamos alguns problemas relacionados à estrutura do aparelho, no qual alteramos e incluímos materiais que melhoraram o desempenho do dispositivo. Segue abaixo os problemas relacionados durante os processos de teste seguido do quadro de alteração e evolução. Problemas Causa Provável Solução Lentidão na sucção. Atrito no emulo. Engraxar êmbolo com vaselina. Lentidão no giro do conjunto polia. Contra peso. Verificar posição do contra peso. Travamento do coj eixo e braço Fora de posição / Centralizar e posicionar o braço mecânico. Desnivelamento. mecânico conforme a estrutura do dispositivo. Estudo das Soluções Vazamento de preção na bomba de sucção Durante o funcionamento identificamos que a bomba efetuava um vazamento impróprio ocasionando um peso suficiente para travar o ciclo do giro no dispositivo. Problema Solução Vazamento de aguá no anel oring. Inclusão de mais 1 anel de oring no emulo. Lentidão na sucção. Alteração no Êmbolo Vazamento de pressão no êmbolo da bomba. Incluído mais 1 anel no corpo do emulo. 9

Lentidão na partida do dispositivo Ao iniciarmos o processo de ventilação na hélice nos deparamos que a mesma estava tendo dificuldades para iniciar o ciclo. Problema Solução Lentidão na partida do dispositivo Incluído contra peso de 300g na superfície interna da polia movida. Lentidão na partida Problema Solução Incluído contra peso de 300g na superfície interna da polia movida. Trepidação durante o ciclo de funcionamento Conforme o conjunto de capitação de vento adquirir velocidade no giro da hélice à estrutura começava a balançar ocasionando a trepidação e desnivelamento do dispositivo. Identificado que o material usado na estrutura a madeira, é incapaz de absorver a pressão na estrutura depois que a hélice capita o vento e começa a ganhar velocidade no ciclo de funcionamento. Problema Solução Travamento do coj eixo e braço mecânico. Alteração da estrutura de madeira por uma estrutura com mais resistência e menos peso, estrutura de alumínio. Alteração de material na estrutura. Estrutura de Madeira. Estrutura Alterada de Madeira para Alumínio. Memorial Descritivo 10

As primeiras ideias ido projeto consiste em um estudo de conhecimentos da mecânica, onde verificamos o funcionamento de duas ou mais polias, fizemos algumas buscas de como se extrai petróleo e suas ferramentas e maquinários quais suas rotações de forças e como aplicar a mesma em e um pequeno pistão no interior da bomba de sucção. No principio simulação foi no CAD, depois elaboramos a confecção do projeto físico e depois aplicamos na estrutura. A segunda etapa de planejamento foi a mais difícil como projetar a ideia e o conceito da pesquisa no funcionamento da física, como começar, como montar as primeiras peças, onde comprar peças. Após construirmos a estrutura e a locação da bomba montamos todas as peças do protótipo, foi um sucesso já que era o primeiro teste, o dispositivo funcionava lentamente com dificuldades para partir e pesado por falta de engraxamento nas partes que efetuam as forças mecânicas, pistão e eixos, lubrificamos ambas as peças com vaselina. O segundo teste de funcionamento foi aplicado, o protótipo partiu lentamente, modestamente foi tomando velocidade até jogar a água para fora do recipiente, já em rotação detectamos outro problema, a estrutura de madeira não suportava os ciclos gerando trepidação e travamento dos eixos. Alteramos a estrutura para alumínio e fixações mais resistentes acabando de vez com o problema, totalmente desmontado também já alteramos os anéis do êmbolo já tínhamos lubrificado as particularidades do mesmo no primeiro funcionamento. Á ultima ideia foi cogitada durante a observação de partida, para partir mais rápido adicionamos um contra peso de 300g. 11

Conclusão. A partir dos estudos relacionados no projeto acima, chegamos à conclusão em que este sistema de coleta de energia mecânica e a sua aplicação no dispositivo pode ser aproveitado e usado no conceito físico aplicado, o aparelho foi fabricado e testado pelos estudantes de engenharia e foi submetido á alguns testes que relaciona a eficácia e o bom desempenho no aproveitamento das energias. 12

Cronograma Projeto Integrador do 3º Semestre de Engenharia Etapas Definições Datas Proposta Data da Conclusão 2 Elaboração dos desenhos 03/10/2009 03/10/2009 2 Fabricação e montagem 10/10/2009 17/10/2009 3 Teste 1 17/10/2009 17/10/2009 4 Teste 2 24/10/2009 24/10/2009 5 Alterações 31/10/2009 31/10/2009 6 Conclusão (Prático). 31/10/2009 31/10/2009 7 Conclusão (Teórico). 14/11/2009 14/11/2009 13

Referências Bibliográficas EPCAPELAS. Calculado RPM. Disponível em: <http://www.epcapelas.com/dados/index. php?dir=material...aula8b>. Acesso em 12. set. 2009. FILHO, A. G.; TOSCANO, C. Física para o Ensino Médio, Vol. único. (Série Parâmetros),1999. HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J. Fundamentos da Física. 4. Ed., São Paulo: Editora Moderna, 2005. TIPLER, P. A.; MOSKA, E. Física. V.1. 4. Ed. Rio de janeiro: Livro Técnico e Científico S.A., 2000. 14