SISTEMA ELEVATÓRIO DE ÁGUA MOVIDO A ENERGIA...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL

CLAUDIO LUCIO MOREIRA CABRAL

DAVI GOVEIA DE FREITAS FILHO

SISTEMA ELEVATÓRIO DE ÁGUA MOVIDO A ENERGIA EÓLICA PARA O ABASTECIMENTO DE COMUNIDADES RIBEIRINHAS DO

BAIXO TOCANTINS

Tucuruí – PA 2011



Tucuruí – PA 2011

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia Civil do Campus Universitário de Tucuruí da Universidade Federal do Pará. Orientador: Prof. MSc. Francisco das Chagas de O. Cacela Filho.



SISTEMA ELEVATÓRIO DE ÁGUA MOVIDO A ENERGIA EÓLICA PARA O ABASTECIMENTO DE COMUNIDADES RIBEIRINHAS DO

BAIXO TOCANTINS

Tucuruí, 21 de Dezembro de 2011.

Aprovado por:

_____________________________________________

Profº. MSc. Francisco das Chagas de O. Cacela Filho (FEC - UFPA)

(Orientador)

_______________________________________________

Profª. MSc. Aline Furtado Louzada (FEC - UFPA)

(Examinador Interno)

________________________________________________

Profª. MSc. Carolina Coelho da Rosa (FEC - UFPA)

(Examinador Interno)

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia Civil do Campus Universitário de Tucuruí da Universidade Federal do Pará.

AGRADECIMENTOS

A Deus pela vida.

Aos nossos pais pelo incentivo e apoio incondicional durante toda a nossa vida.

Ao Professor Francisco das Chagas de O. Cacela Filho pela orientação durante a

realização deste trabalho.

Aos nossos amigos que sempre nos apoiaram.

Ao Sr. José Gonçalves de Oliveira Silva “Ceará”, proprietário do Sucatão Fortaleza

pelo apoio e doação de peças essenciais para a construção do protótipo.

Ao Sr. Clayton Barroso pelo apoio operacional na construção do protótipo.

Ao Sr. Ricardo Araújo Campos por ter cedido o local de instalação do protótipo.

Ao Sr. Walter dos Santos Sousa pelo apoio e orientação quanto ao desenvolvimento

da parte mecânica do protótipo.

Ao Sr. Fábio Antonio do Nascimento Setúbal pelo apoio, orientação e prontidão na

observação de reparos realizados no protótipo.

RESUMO

Atualmente o mundo vive uma crescente no tocante a produção industrial no intuito de suprir

a demanda cada vez mais dinâmica de uma população cada vez mais consumista.

Caminhando em paralelo a esse crescimento, estão as pesquisas relacionadas fontes de energia

limpas. Entre estas fontes está a eólica, que nos últimos anos tem ganhado especial atenção

pelo seu potencial percebido principalmente em regiões litorâneas. O presente trabalho

apresenta um roteiro para construção de um sistema de abastecimento de água que tem a

energia eólica como propulsora. Trata-se de um sistema que associa um cata-vento, no sentido

de captar a energia mecânica do vento, a um sistema elevatório simplificado que consiste em

uma bomba-de-corda. São mostrados aspectos importantes que vão desde a concepção até a

construção do protótipo submetido a testes que seguiu critérios empíricos em sua construção,

principalmente pelo fato de praticamente todos os materiais empregados serem constituídos

de refugo. São apresentados os resultados dos testes realizados em campo, mostrando a

viabilidade de instalação do projeto. Implicitamente, o trabalho também aborda temas como a

necessidade do aproveitamento de fontes energéticas limpas, como é o exemplo do vento, pois

se trata de um tema de relevante considerando o ritmo comportamental da sociedade. Neste

sentido, o atual trabalho objetiva-se a propor uma solução viável sob aspectos técnicos,

econômicos e ambientais para o problema do abastecimento de água para as famílias do Baixo

Tocantins. As conclusões mostram que os objetivos foram alcançados apresentando resultados

satisfatórios do ponto de vista construtivo e operacional do sistema.

ABSTRACT

Currently the world is growing in terms of industrial production in order to meet the

increasing demand dynamics of a population increasingly consumerist. Walking parallel to

this growth are research related clean energy sources. Among these sources is wind, which in

recent years has gained attention for its potential especially noticeable in coastal regions.

This paper presents basic concepts about wind energy, and its history of use in Brazil and

worldwide. Are also presented basic concepts of water supply systems and their history. It

also presented a way to construct a new water supply system that has the wind as a driver. It is

a system that combines a weather vane, in order to capture the mechanical energy of the wind,

a simplified lift system consisting of a pump-to-string. Shown are important aspects ranging

from design to prototype construction subjected to empirical tests that followed in its

construction criteria, mainly because almost all the materials used are made of scrap. Presents

the results of tests performed in the field, demonstrating the feasibility of installing the

project. Implicitly, the paper also addresses issues like the need for use of clean energy

sources, as is the case of the wind, because it is a very important topic considering the

behavioral rhythm of society, increasingly consumerist.

LISTA DE FIGURAS Figura 1: Formação dos ventos devido ao deslocamento das massas de ar. ........................... 23

Figura 2: Comportamento do vento sob a influência das características do terreno.. ............. 25

Figura 3: Fluxo de ar através de uma área transversal A. Fonte: Amarante, 2001.................. 26

Figura 4: Perdas de velocidade do vento na passagem por um conjunto de pás. .................... 27

Figura 5: Principais forças atuantes em uma pá de aerogerador .. ......................................... 28

Figura 6: Sentidos dos ventos globais.. ................................................................................. 29

Figura 7: Brisas Marinhas: Noite.. ........................................................................................ 30

Figura 8: Brisas Marinhas: Dia.. ........................................................................................... 30

Figura 9: Principais marcos do desenvolvimento da energia eólica entre os séculos XI e XIX..

............................................................................................................................................ 34

Figura 10: Moinho de vento da Holanda............................................................................... 35

Figura 11: Roda d’água acionada por cima.. ......................................................................... 42

Figura 12: Esquema de uma bomba alternativa com dois pistões.. ........................................ 42

Figura 13: Carneiro hidráulico - Esquema do equipamento patenteado em 1797 pelo francês

Joseph Michel Montgolfier, (1740 - 1810) ........................................................................... 43

Figura 14: Localização da área de instalação para teste do protótipo..................................... 46

Figura 15: Localização da área de instalação para teste do protótipo..................................... 47

Figura 16: Localização exata da área de instalação do protótipo para testes.. ........................ 47

Figura 17: Ilustração do sistema mecânico montado. ............................................................ 49

Figura 18: Detalhe ilustrativo do sistema eólico. .................................................................. 51

Figura 19: Ilustração do sistema hidráulico. ......................................................................... 52

Figura 20: Materiais empregados nos testes do sistema. ....................................................... 53

Figura 21: Alinhamento da corda do sistema elevatório. ....................................................... 57

Figura 22: Tubo do sistema elevatório. ................................................................................. 58

Figura 23: Detalhe dos cilindros de borracha responsáveis pela elevação da água................. 58

Figura 24: Mini-torre inferior. .............................................................................................. 59

Figura 25: Mini-torre superior. ............................................................................................. 60

Figura 26: Torre de sustentação da caixa. de engrenagens superior. ...................................... 60

Figura 27: Caixa de engrenagens superior. ........................................................................... 61

Figura 28: Caixa de engrenagens inferior. ............................................................................ 62

Figura 29: Hélice. ................................................................................................................ 63

Figura 30: Leme Eólico. ....................................................................................................... 63

Figura 31: Vista da testeira da pá da hélice e seu angulo de aba. ........................................... 64

Figura 32: Fixação da mini-torre superior............................................................................. 64

Figura 33: Fixação da mini-torre superior............................................................................. 65

Figura 34: Colocação da caixa de engrenagens inferior. ....................................................... 65

Figura 35: Colocação do eixo vertical de transmissão de movimento. .................................. 66

Figura 36: Colocação do tubo de sustentação da caixa de engrenagens superior. .................. 66

Figura 37: Colocação da caixa de Engrenagens superior....................................................... 67

Figura 38: Colocação do aro da hélice. ................................................................................. 67

Figura 39: Colocação das pás da hélice. ............................................................................... 68

Figura 40: Montagem do sistema de alinhamento da corda do sistema hidráulico. ................ 68

Figura 41: Fixação do tudo e colocação da corda do sistema hidráulico. ............................... 69

Figura 42: Vista geral do protótipo para teste. ...................................................................... 70

Figura 43: Parte inferior do sistema hidráulico elevatório. .................................................... 72

Figura 44: Sistema hidráulico (bomba-de-corda). ................................................................. 72

Figura 45: Sistema mecânico montado. ................................................................................ 73

Figura 46: vista do sistema instalado no local de teste. ......................................................... 74

Figura 47: Hélice que representa o sistema eólico. ............................................................... 75

Figura 48: Distância em linha reta entre a estação meteorológica ao ponto de instalação do

protótipo.. ............................................................................................................................ 77

Figura 49: Cata-vento tipo Wild.. ......................................................................................... 78

INDICE DE TABELAS

Tabela 1 – Descrição do quantitativo de material, serviço e custo utilizado na construção do

sistema mecânico do protótipo. ............................................................................................ 50

Tabela 2 - Descrição do quantitativo de material, serviço e custo utilizado na construção do

sistema eólico do protótipo................................................................................................... 51

Tabela 3 - Descrição do quantitativo de material, serviço e custo utilizado na construção do

sistema hidráulico do protótipo. ........................................................................................... 52

Tabela 4: Tabela para conversão da velocidade do vento (catavento tipo Wild). ................... 78

Tabela 5 - Resultados dos testes realizados com o protótipo. ................................................ 86

Tabela 6: Resultados dos testes realizados com o protótipo. ................................................. 86

Tabela 7: Características da Cupiúba.. ................................................................................ 100

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 - Histórico da evolução dos sistemas de abastecimento de água. ........................... 40

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Velocidade do Vento(m/s) em Janeiro/2011. ....................................................... 79

Gráfico 2: Velocidade do Vento(m/s) em Fevereiro/2011. .................................................... 79

Gráfico 3: Velocidade do Vento(m/s) em Março/2011. ........................................................ 80

Gráfico 4: Velocidade do Vento(m/s) em Abril/2011. .......................................................... 80

Gráfico 5: Gráfico 5: Velocidade do Vento(m/s) em Maio/2011. .......................................... 81

Gráfico 6: Velocidade do Vento(m/s) em Junho/2011. ......................................................... 81

Gráfico 7: Velocidade do Vento(m/s) em Julho/2011. .......................................................... 82

Gráfico 8: Velocidade do Vento(m/s) em Agosto/2011. ....................................................... 82

Gráfico 9: Velocidade do Vento(m/s) em Setembro/2011. .................................................... 83

Gráfico 10: Velocidade do Vento(m/s) em Outubro/2011. .................................................... 83

Gráfico 11: Velocidade do Vento(m/s) em Novembro/2011. ................................................ 84

Gráfico 12: Velocidade do Vento(m/s) em Dezembro/2011.................................................. 84

Gráfico 13: Média mensal da velocidade do vento no ano de 2011. ...................................... 85

LISTA DE ABREVIATURAS

PROINFA Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de energia Elétrica

a.C. Antes de Cristo

EPE Empresa de Pesquisa Energética

ANEEL Agencia Nacional de Energia Elétrica

MCT Ministério de Ciência e Tecnologia

CBEE Centro Brasileiro de Energia Eólica

UFPE Universidade Federal de Pernambuco

d.C Depois de Cristo

mm Milímetro;

Km Quilômetro

R$ Real

PVC Poli Cloreto de Vinila

EVA EtilVinil Acetato

Cm Centímetros

m Metro

min Minuto

INMET Instituto Nacional de Meteorologia

UHE Usina Hidrelétrica

LISTA DE SIMBOLOS

Energia Cinética

m Massa

V Velocidade do vento [m/s]

P Potência do vento [W]

Massa específica do ar [kg/m3]

, Coeficiente de potência ou coeficiente de Betz

A Área da seção transversal [m2]

v1 Velocidade do vento 1



Vres Velocidade do vento resultante na pá de uma aerogerador

Vw Velocidade do vento incidente na pá de um aerogerador

Vtan Velocidade do vento tangencial à pá do aerogerador

Fd Força de arrasto

Fi Força de sustentação

D Diâmetro

Hman Altura manométrica (m)

Peso especifico do liquido a ser elevado (água ou esgoto: 1000 -

Kgf/m³)

Vazão ou descarga em m³/s

Rendimento global do conjunto elevatório

Rendimento do motor

Rendimento da Bomba

Altura geométrica (m)

Altura de recalque (m)

Altura de sucção (m)

Perda de carga (m/m)

Cavalo Vapor

US$: Dólar

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO.................................................................................................... 17

1.1.1. JUSTIFICATIVA .................................................................................................. 18

1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO ............................................................................. 19

1.2.1. Objetivo Geral ....................................................................................................... 19

1.2.2. Objetivos Específicos ............................................................................................. 19

1.3. HIPÓTESES .......................................................................................................... 19

1.4. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ...................................................................... 20

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ....................................................................... 22

2.1. ESTUDO DO VENTO........................................................................................... 22

2.1.1. Mecanismos de Geração dos Ventos ...................................................................... 22

2.1.2. Fatores que Influenciam o Regime dos Ventos ....................................................... 24

2.1.3. Energia e Potência Extraída do Vento .................................................................... 25

2.1.4. Tipos de Vento....................................................................................................... 28

2.1.4.1. Ventos Globais ................................................................................................... 28

2.1.4.2. Ventos Locais ..................................................................................................... 29

2.1.5. Fatores que Influenciam nas Características do Vento ............................................ 30

2.1.5.1. Rugosidade......................................................................................................... 30

2.1.5.2. Variabilidade do vento ....................................................................................... 31

2.1.5.3. Turbulência ........................................................................................................ 31

2.1.5.4. Obstáculos ......................................................................................................... 31

2.1.5.5. Efeito Túnel ........................................................................................................ 32

2.1.5.6. Efeito Colina ...................................................................................................... 32

2.1.5.7. Condições Marítimas ......................................................................................... 32

2.2. ENERGIA EÓLICA NO BRASIL E NO MUNDO ................................................ 33

2.2.1. Energia Eólica ....................................................................................................... 33

2.3. ENERGIA EÓLICA NO MUNDO ........................................................................ 33

2.4. ENERGIA EÓLICA NO BRASIL ......................................................................... 36

2.5. MOINHOS DE VENTO ........................................................................................ 37

2.6. SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA .................................................. 37

2.6.1. Tipos de Sistemas de Captação de Água de Superfície ........................................... 40

2.6.2. Captação Conjugada a Roda de Água ..................................................................... 41

2.6.3. Captação Conjugada a Carneiro Hidráulico (Aríete Hidráulico) ............................. 42

2.7. USO DA ENERGIA EÓLICA PARA O ABASTECIMENTO DE ÁGUA............. 43

2.8. VANTAGENS DE SISTEMAS DE BOMBEAMENTO MOVIDOS POR

ENERGIA EÓLICA ............................................................................................................ 44

3. METODOLOGIA ................................................................................................ 46

3.1. LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ........................................................... 46

3.2. PROTÓTIPO ......................................................................................................... 48

3.2.1. Motivação para o Desenvolvimento do Protótipo ................................................... 48

3.2.2. Materiais e Métodos ............................................................................................... 48

3.2.2.1. Sistema Mecânico ............................................................................................... 48

3.2.2.2. Sistema Eólico .................................................................................................... 50

3.2.2.3. Sistema Hidráulico ............................................................................................. 51

3.3. MÉTODOS EMPREGADOS NO TESTE DO SISTEMA ...................................... 53

3.4. DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO CONVENCIONAL

54

3.4.1. Materiais e Métodos ............................................................................................... 54

3.4.2. Custo do conjunto moto-bomba pré-dimensionado ................................................. 56

3.5. CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO .................................................................... 57

3.5.1. Construção e alinhamento do sistema hidráulico (Bomba-de-Corda) ...................... 57

3.5.2. Construção da Mini-torre ....................................................................................... 58

3.5.3. Construção das duas caixas de engrenagens com eixo de transmissão de movimento

60

3.5.4. Construção da hélice .............................................................................................. 62

3.5.5. Montagem da Unidade de Sistema Elevatório de Água .......................................... 64

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................... 71

4.1. SISTEMA HIDRÁULICO ..................................................................................... 71

4.1.1. Dificuldades encontradas ....................................................................................... 71

4.2. SISTEMA MECÂNICO ........................................................................................ 73


4.3. SISTEMA EÓLICO ............................................................................................... 75


4.4. ESTUDO DE VIABILIDADE DE IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA EM FUNÇÃO

DA VELOCIDADE DO VENTO E DOS TESTES REALIZADOS ..................................... 76

5. CONCLUSÃO ...................................................................................................... 88

5.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................... 89

6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA .................................................................... 90

ANEXO A – CÁLCULO DE DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA MOTO-BOMBA ............................................................................................................................................ 93

ANEXO B – TABELA DE PERDAS DE CARGA LOCALIZADAS .................................. 97

ANEXO C – ÁBACO PARA DETERMINAÇÃO DA PERDA DE CARGA AO LONGO DA TUBULAÇÃO .............................................................................................................. 98

ANEXO D - ESPECIFICAÇÃO DA MADEIRA UTILIZADA NA CONSTRUÇÃO DAS PÁS DA HÉLICE ................................................................................................................ 99

17

1. INTRODUÇÃO

O mundo vive um crescente aumento na demanda de meios de produção de energia,

principalmente elétrica. Nos últimos 100 anos o desenvolvimento dos processos industriais

fez com que essa demanda se elevasse a patamares muito altos. Ao mesmo passo que a

produção de energia tem crescido no sentido de suprir essa demanda, surgiram fatores

ambientais de preocupação pelo meio científicos como superaquecimento global, geração de

gases tóxicos e até de lixo atômico. Como alternativas aos tradicionais métodos de geração de

energia estão o uso de formas de geração de energia limpa, como eólica, solar, ondas do mar,

biomassa etc.

Existem casos na Europa em que a captação do calor humano em estações de metrô e

aeroportos onde se têm grandes aglomerações é convertida em energia para os aquecedores de

ambientes e uso em aparelhos elétricos (GRISMER, 2011). Iniciativas como estas

representam o futuro no tocante à produção de energia. O aproveitamento dos mais variados

recursos, que até algum tempo representava métodos impossíveis de geração, tem ganhado

real importância pela comunidade científica, principalmente depois das grandes catástrofes

envolvendo incidentes radioativos, como o mais recente na cidade de Fucuchima no Japão.

O principal entrave para a implantação em massa do aproveitamento dessas novas

fontes alternativas de produção de energia é a baixa rentabilidade. Por serem tecnologias

muito recentes e de baixa produtividade, não constituem matriz comercial. Percebe-se por

outro ângulo, o do custo benefício em relação às vantagens ambientais, a necessidade de se

investir nesses novos meio de produção de energia.

Uma forma significativa de incentivo a utilização desses novos meios de produção, é

a implementação de políticas governamentais voltadas a subsidiar projetos que tenham como

parâmetro básico a utilização desses métodos de produção. Atualmente já existem projetos

governamentais que visam o incentivo ao uso de métodos alternativos de produção de energia,

como por exemplo, o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica -

PROINFA.

O Brasil apresenta grande potencial de produção de energia utilizando fontes eólicas,

por apresentar uma grande faixa litorânea, portanto a maior parte dos incentivos é voltada a

utilização do potencial eólico brasileiro. A energia eólica se apresenta nesse contexto como

uma alternativa absolutamente viável e totalmente limpa. O que falta agora é tornar essa

18

solução suficientemente comercial a ponto de empresários do setor invistam na produção em

larga escala de energia que utilize essas novas fontes de produção.

Sob outra ótica, podemos utilizar a energia eólica apenas como uma fonte potencial

de energia mecânica como nos antigos moinhos de vento e até sistemas elevatórios de água.

Esses sistemas citados são utilizados desde muito tempo, sendo impossível precisar uma data

exata do início da utilização da energia eólica com o seu potencial mecânico. Porém, percebe-

se a eficiência desses sistemas que mesmo sob aspectos rústicos de construção atendiam aos

padrões aos quais eram esperados.

1.1.1. JUSTIFICATIVA

A energia eólica é hoje em dia vista como umas das mais promissoras fontes de

energia renováveis, caracterizada por uma tecnologia madura e baseada principalmente na

Europa e nos Estados Unidos da América. (CASTRO, 2009).

Outro surto de aplicação em larga escala de máquinas eólicas deu-se nos Estados

Unidos, no século XIX. Após a abolição da escravatura naquele país, em 1863, inicia-se a

disseminação da utilização do catavento multipás para bombeamento d’água. Cataventos

multipás chegaram a ser produzidos industrialmente em escalas de centenas de milhares de

unidades/ano, por diversos fabricantes, o que possibilitou preços acessiveis a grande parte da

população. (ELDRIGE ,2001).

Os cataventos são largamente utilizados, desde tempos imemoráveis, como sistema

de bombeamento e este parece ter sido uma das primeiras aplicações da energia eólica.

Basicamente, um sistema eólico de bombeamento é constituido por rotor eólico, bomba

hidráulica, transmissão e dispositivo de controle. Os dois ultimos componentes são

necessários para melhor adequar a operação conjunta dos dois primeiros e garantir o

aproveitamento da energia de uma faixa de velocidade do vento. (BUENO, 2009).

A baixa intervenção ambiental exigida pela instalação do sistema, seu baixo custo

operacional e a possibilidade de abastecer comunidades que não dispõem de abastecimento de

água constituem parâmetros sólidos que justificam este trabalho.

19

1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO

1.2.1. Objetivo Geral

Apresentar uma solução viável do ponto de vista técnico, econômico e ambiental ao

abastecimento de água para a população da região do Baixo Tocantins, através da construção

de um sistema elevatório de água que utiliza energia eólica.

1.2.2. Objetivos Específicos

I. Relatar aspectos construtivos de um sistema de captação de água utilizando Energia

Eólica;

II. Relatar aspectos construtivos de um Sistema Elevatório de Água;

III. Demonstrar a viabilidade técnica e ambiental da implantação do sistema de

abastecimento de água para as famílias da região do Baixo Tocantins.

IV. Demonstrar a viabilidade econômica de operação de um sistema Elevatório na região

do Baixo Tocantins.

1.3. HIPÓTESES

Uma hipótese levantada para a solução do problema de abastecimento de água nas

comunidades ribeirinhas do Baixo Tocantins seria a construção de sistemas para captação de

água da chuva que seria armazenada em cisternas. Porém, esse tipo de sistema não apresenta

boa eficiência no período menos chuvoso do ano.

Outra hipótese discutida se refere a instalação de placas solares que forneceriam

energia elétrica para um sistema de bombeamento elétrico. Esta hipótese apresentou

dificuldade do ponto de vista econômico e técnico, tendo em vista que se trata de

equipamentos caros e que requerem manutenção especializada não disponível na região.

Pensou-se ainda na construção de um cata-vento associado a um gerador elétrico, no

intuito de produzir a eletricidade necessária para alimentação de um sistema moto-bomba,

porém a totalidade do sistema apresentaria uma maior complexidade.

20

Por ultimo chegou-se ao modelo de protótipo que transforma a energia cinética do

vento em energia mecânica para o bombeamento de água. Partindo dessa idéia, o protótipo foi

construído e submetido a testes.

1.4. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO

Este trabalho está organizado da seguinte forma:

O capitulo 1 (um) é constituído da introdução, justificativa, objetivos do trabalho,

divididos entre gerais e específicos. Na seqüência temos a organização do trabalho.

O capitulo 2 (dois) é constituído do Referencial Teórico que representa a base teórica

dos mecanismos de geração dos ventos, além de trazer informações a respeito da utilização da

energia eólica no Brasil e no mundo. Os sistemas de abastecimento de água são abordados

trazendo exemplos de sistemas de abastecimento não convencionais como o carneiro

hidráulico e a roda d’água. É abordada ainda a utilização da energia eólica para o

abastecimento de água, mostrando suas principais vantagens.

O capitulo 3 (três) é apresenta a Metodologia, onde são tratados aspectos

relacionados ao desenvolvimento do protótipo como local de instalação para teste e materiais

a serem empregados no desenvolvimento do projeto. Em outro momento é abordado o calculo

de um sistema de abastecimento convencional utilizando conjunto moto-bomba com seu

devido cálculo de potência necessária para o abastecimento de uma unidade familiar com 10

pessoas. Este é utilizado como comparativo em relação ao novo sistema, sendo que o

principal critério de comparação é a funcionalidade, a fim de comprovar a eficácia da

utilização do sistema representado pelo protótipo. São abordados ainda aspectos relacionados

a construção do protótipo diretamente relacionados a materialização do mesmo, além dos

materiais e métodos empregados nos testes do sistema.

O capitulo 4 (quatro) aborda de forma direta os resultados da aplicação dos aspectos

metodológicos citados no item anterior sob uma perspectiva fotográfica. O capítulo apresenta

ainda um estudo da viabilidade e funcionalidade do sistema em função da velocidade do

vento. Os dados de velocidade do vento foram obtidos junto ao INMET-Tucurí (Instituto

Nacional de Meteorologia de Tucuruí) e os de vazão através de testes empíricos realizados

com o protótipo instalado.

O capitulo 5 (cinco) é representado pelas resultados e discussões.

21

O capitulo 6 (seis) traz as referências bibliográficas utilizadas para o

desenvolvimento do trabalho.

Por ultimo, são apresentados os anexos utilizados no desenvolvimento do trabalho.

22

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Neste capitulo são vistos assuntos relacionados a energia eólica através de vários

autores da área, os quais abordam fatores e conceitos que estimulam o uso da energia eólica

no Brasil e no mundo, além do estado atual e o histórico da arte da energia eólica.

2.1. ESTUDO DO VENTO

Neste subitem são mostrados os principais mecanismos responsáveis pela formação

dos ventos, além do seu comportamento em variadas situações.

2.1.1. Mecanismos de Geração dos Ventos

A energia eólica pode ser considerada como uma das formas em que se manifesta a

energia proveniente do Sol, isto porque os ventos são causados pelo aquecimento diferenciado

da atmosfera. Essa não uniformidade no aquecimento da atmosfera deve ser creditada, entre

outros fatores, à orientação dos raios solares e aos movimentos da Terra. (CRESESB, 2008).

As regiões tropicais, que recebem os raios solares quase que perpendicularmente, são

mais aquecidas do que as regiões polares. Conseqüentemente, o ar quente que se encontra nas

baixas altitudes das regiões tropicais tende a subir, sendo substituído por uma massa de ar

mais frio que se desloca das regiões polares. O deslocamento de massas de ar determina a

formação dos ventos (CRESESB, 2008). A Figura 1 apresenta esse mecanismo.

Existem locais no globo terrestre nos quais os ventos jamais cessam de “soprar”, pois

os mecanismos que os produzem (aquecimento no equador e resfriamento nos pólos) estão

sempre presentes na natureza. (HOBBS, 1977).

São chamados de ventos planetários ou constantes, e podem ser classificados em:

Alísios: ventos que sopram dos trópicos para o Equador, em baixas altitudes.

Contra-Alísios: ventos que sopram do Equador para os pólos, em altas altitudes.

Ventos do Oeste: ventos que sopram dos trópicos para os pólos.

Polares: ventos frios que sopram dos pólos para as zonas temperadas.

23

Figura 1: Formação dos ventos devido ao deslocamento das massas de ar. Fonte: CEPEL, 2001.

Tendo em vista que o eixo da Terra está inclinado de 23,5° (vinte e três vírgula cinco

graus) em relação ao plano de sua órbita em torno do Sol, variações sazonais na distribuição

de radiação recebida na superfície da Terra resultam em variações sazonais na intensidade e

duração dos ventos, em qualquer local da superfície terrestre. Como resultados surgem os

ventos continentais ou periódicos e compreendem as monções e as brisas. (CRESESB, 2008).

As monções são ventos periódicos que mudam de direção a cada seis meses

aproximadamente. Em geral, as monções sopram em determinada direção em uma estação do

ano e em sentido contrário em outra estação. (CRESESB, 2008).

As brisas assumem um papel de certo destaque em termos de regularidade e

intensidade de ocorrência, em determinadas áreas tropicais. A brisa marítima por exemplo,

pode ocorrer em três de cada quatro dias ao longo das costas tropicais.

No período diurno, devido à maior capacidade da terra de refletir os raios solares, a

temperatura do ar aumenta e, como conseqüência, forma-se uma corrente de ar que sopra do

mar para a terra (brisa marítima). À noite, a temperatura da terra cai mais rapidamente do que

a temperatura da água e, assim, ocorre a brisa terrestre que sopra da terra para o mar.

Normalmente, a intensidade da brisa terrestre é menor do que a da brisa marítima devido à

menor diferença de temperatura que ocorre no período noturno. (HEIDOM, 1998).

Sobreposto ao sistema de geração dos ventos descrito acima, encontram-se os ventos

locais, que são originados por outros mecanismos mais específicos. São ventos que sopram

24

em determinadas regiões e são resultantes das condições locais, que os tornam bastante

individualizados. (PATEL, 1999).

A mais conhecida manifestação local dos ventos é observada nos vales e montanhas.

Durante o dia, o ar quente nas encostas da montanha se eleva e o ar mais frio desce sobre o

vale para substituir o ar que subiu. No período noturno, a direção em que sopram os ventos é

novamente revertida, e o ar frio das montanhas desce e se acumula nos vales. (PEREIRA,

2002).

2.1.2. Fatores que Influenciam o Regime dos Ventos

O comportamento estatístico do vento ao longo do dia é um fator que é influenciado

pela variação de velocidade do vento ao longo do tempo.

Tendo em vista que a velocidade do vento pode variar significativamente em curtas

distâncias (algumas centenas de metros), os procedimentos para avaliar o local, no qual se

deseja instalar turbinas eólicas, devem levar em consideração todos os parâmetros regionais

que influenciam nas condições do vento. Entre os principais fatores de influência no regime

dos ventos destacam-se:

A variação da velocidade com a altura;

A rugosidade do terreno, que é caracterizada pela vegetação,

Utilização da terra e construções;

Presença de obstáculos nas redondezas;

Relevo que pode causar efeito de aceleração ou desaceleração no escoamento

do ar.

As informações necessárias para o levantamento das condições regionais podem ser

obtidas a partir de mapas topográficos e de uma visita ao local de interesse para avaliar e

modelar a rugosidade e os obstáculos. O uso de imagens aéreas e dados de satélite também

contribui para uma análise mais acurada. (CRESESB , 2008).

A Figura 2 mostra, de uma forma genérica, como os ventos se comportam quando

estão sob a influência das características da superfície do solo.

25

Figura 2: Comportamento do vento sob a influência das características do terreno. Fonte: Amarante,

2001.

2.1.3. Energia e Potência Extraída do Vento

A energia cinética de uma massa de ar m em movimento a uma velocidade V é dada

por:

E = mV ( 1 )

Considerando a mesma massa de ar m em movimento a uma velocidade V,

perpendicular a uma sessão transversal de um cilindro imaginário como mostra a figura 3,

pode-se demonstrar que a potência disponível no vento que passa pela seção A, transversal ao

fluxo de ar, é dada por:

P = ρAV ( 2 )

Onde:

P = potência do vento [W]

= massa específica do ar [kg/m³]

A = área da seção transversal [m²]

V = velocidade do vento [m/s]

26

Figura 3: Fluxo de ar através de uma área transversal A. Fonte: Amarante, 2001.

Betz e Glauert (1926) descobriram que a máxima potência que pode ser extraída por

uma turbina eólica é dada por: (HANSEN, 1998 apud MARQUES, 2004).

= , , ( 3 )

Onde o coeficiente de potência , = 0,593.

Isto significa que, se o processo de extração de energia do vento não tiver perdas,

somente 59,3% da energia disponível no vento pode ser convertida em potência mecânica por

uma turbina eólica. (GASH, 2002).

Ao reduzir a velocidade do deslocamento da massa de ar, a energia cinética do vento

é convertida em energia mecânica através da rotação das pás. A potência disponível no vento

não pode ser totalmente aproveitada pelo aerogerador na conversão de energia elétrica. Para

levar em conta esta característica física, é introduzido um índice denominado coeficiente de

potência , , que pode ser definido como a fração da potência eólica disponível que é

extraída pelas pás do rotor. (HANSEN, 1998).

Para determinar o valor máximo desta parcela de energia extraída do vento ( ,

máximo), o físico alemão Albert Betz considerou um conjunto de pás em um tubo onde v1

representa a velocidade do vento na região anterior às pás, v2 a velocidade do vento no nível

das pás e v3 a velocidade no vento após deixar as pás, conforme apresentado na Figura 4.

(CRESESB, 2008).

27

Figura 4: Perdas de velocidade do vento na passagem por um conjunto de pás. Fonte: Brower, 2001

Como na Figura 5, Betz assume um deslocamento homogêneo do fluxo de ar a uma

velocidade v1 que é retardada pelo conjunto de pás, assumindo uma velocidade v3 a jusante

das pás. Pela lei da continuidade, temos que:

( 4 )

A Figura 5 mostra as principais forças atuantes em uma pá do aerogerador, assim

como os ângulos de ataque. A força de sustentação é perpendicular ao fluxo do vento

resultante visto pela pá (Vres), resultado da subtração vetorial da velocidade do vento

incidente (Vw) com a velocidade tangencial da pá do aerogerador (Vtan), conforme a equação

(5). (CUSTÓDIO, 2007).

V V V ( 5 )

A força de arrasto é produzida na mesma direção de Vres. A resultante das

componentes da força de sustentação e de arrasto na direção Vtan, produz o torque do

aerogerador. (CUSTÓDIO, 2007).

28

Figura 5: Principais forças atuantes em uma pá de aerogerador .Fonte: Montezano (2008).

2.1.4. Tipos de Vento

2.1.4.1. Ventos Globais

O vento que sobe desde o Equador para os pólos, o qual circula pelas camadas mais

altas da atmosfera, por volta de 30° de latitude, a força de Coriolis1 evita que continua em

direção aos pólos. Nessa latitude encontra-se uma zona de altas pressões, pelo que o ar

começa a descer de novo. Quando o vento sobe desde o Equador origina uma zona de baixas

pressões perto do solo o que atrai ventos do Norte e do Sul. Nos pólos, devido ao ar frio, são

originadas zonas de altas pressões. A Troposfera é onde ocorrem todos os fenômenos

meteorológicos assim como o efeito de estufa. (SPERA, 1994). Podemos perceber o sentido

dos ventos na Figura 6.

1 O efeito de Coriolis, também chamado de força de Coriolis, é a aceleração aparente provocada pela rotação da terra e que tende a desviar todo objeto movendo-se livremente. Esta força é muito importante, pois afeta o movimento do vento, alterando sua velocidade e, principalmente, sua direção.

29

Figura 6: Sentidos dos ventos globais. Fonte: http://www.energiasrenovaveis.com.

2.1.4.2. Ventos Locais

Apesar da importância dos ventos locais na determinação dos ventos dominantes

numa determinada área, as condições climáticas locais podem influenciar as direções do

vento. A direção do vento é influenciada pela soma dos efeitos globais e locais. Quando os

ventos globais são suaves, os ventos locais podem dominar o regime de ventos é isso que

explica as Brisas Marinhas: Durante o dia a terra aquece mais rapidamente pela influência do

sol que o mar. O ar sobe e circula para o mar, criando uma depressão ao nível do solo, que

atrai o ar frio do mar como mostra a Figura 7. A isto se chama brisa marinha. Normalmente

ao entardecer há um período de calma, quando as temperaturas do solo e do mar se igualam.

Durante a noite os ventos sopram em sentido contrário como mostra a Figura 8, tendo a brisa

terrestre, normalmente, velocidades inferiores, uma vez que a diferença entre a temperatura do

solo e do mar é menor. (HOBBS, 1977).

30

2.1.5. Fatores que Influenciam nas Características do Vento

2.1.5.1. Rugosidade

Somente a partir dos mil metros de altura, a superfície terrestre deixa de ter

influência significativa sobre o vento. Nas camadas mais baixas a velocidade do vento é

Figura 8: Brisas Terrestres: Dia. Fonte: http://www.energiasrenovaveis.com.

Figura 7: Brisas Marinhas: Noite. Fonte: http://www.energiasrenovaveis.com.

31

afetada pela fricção com a superfície terrestre. Em geral, quanto maior a rugosidade do

terreno, representada pelo seu relevo e por outros obstáculos, maior será a diminuição da

velocidade do vento. Um bosque ou uma grande cidade apresentam obstáculos significativos

que influenciam muito a velocidade do vento. Uma pista de um aeroporto, ou planície

apresenta menos rugosidade ligeiramente, portanto permite que o vento atinja maiores

velocidades, quanto que a superfície do mar ou de um lago tem uma influência quase nula, no

quesito rugosidade. (TROEN, 1989).

2.1.5.2. Variabilidade do vento

A velocidade do vento está sempre a flutuar, pelo que o seu conteúdo energético

varia continuamente. A magnitude destas flutuações depende das condições climáticas e das

condições locais (objetos e superfície).

Observa-se que na grande maioria dos casos (em torno de 90%) pode haver uma

variação de até 10% entre o valor médio anual e a media de longo prazo da velocidade do

vento. Justus et al (1979), encontraram diferenças de até 18% entre as médias anuais e a

média de longo prazo, em estações colocadas em regiões com significativas variações de

vento. Ao longo de um ano o vento também varia, entretanto, esta variação é sazonal,

apresentando o mesmo comportamento para períodos iguais de anos diferentes. O vento

também experimenta variações horárias ao longo do dia. (CORTIS, 1977).

2.1.5.3. Turbulência

A turbulência pode estar associada a fenômenos naturais como tempestades com

rajadas de vento em várias direções, ou em áreas em que a superfície é muito acidentada

(grande rugosidade), e por detrás de obstáculos como edifícios onde ocorre muita turbulência

com fluxos de ar irregulares, remoinhos e vórtices. (HIRATA, 1990).

2.1.5.4. Obstáculos

Os obstáculos ao vento tais como edifícios, árvores, formações rochosas, etc., podem

diminuir a velocidade do vento de forma significativa e normalmente criar turbulência ao

32

redor deles. Grande parte da turbulência é gerada na região por detrás dos obstáculos, e pode

propagar-se até 3 (três) vezes a dimensão do objeto. É importante ressaltar a importância de se

instalar aerogeradores com altura que ultrapasse os obstáculos que geram turbulência,

garantindo maior eficiência e durabilidade. (TROEN, 1989)

2.1.5.5.Efeito Túnel

O vento que passa entre dois obstáculos ou entre uma passagem estreita como duas

montanhas é comprimido e apresenta crescimento consideravelmente entre os dois obstáculos.

Este efeito tem o nome de “efeito túnel” ou “venturi”. Assim seria possível, na teoria, obter

velocidades de vento 1/3 (um terço) superiores. Porém, esses obstáculos podem gerar

turbulência significativa, o que pode comprometer o seu bom aproveitamento. (PETERSEN,

1989).

2.1.5.6. Efeito Colina

Deve-se à compressão que o vento sofre na zona onde sopra, e que, ao chegar ao

topo da colina, pode voltar a expandir-se pela ladeira a sotavento da colina. Caso a colina seja

muito acidentada, pode ser originada turbulência significativa, que pode anular a vantagem do

efeito colina do uso do vento sob essa condição. (SEINFELD, 1986).

2.1.5.7. Condições Marítimas

No mar as condições de rugosidade são variáveis, devido a produção de ondas, no

entanto, em geral, pode-se considerar que a rugosidade da superfície da água é muito baixa e

os obstáculos ao vento são poucos, devendo nos cálculos ter em conta ilhas, faróis, etc., tal

como se faz com os obstáculos a variação da rugosidade em terra. Uma menor rugosidade

traduz-se num perfil de velocidade mais estável, pelo que o vento não experimenta grandes

mudanças em altura diferentes. Também, no mar, a turbulência é menor do que em terra,

devido às menores diferenças de temperatura a diferentes alturas (no mar a radiação solar

penetra vários metros de profundidade, em quanto na terra à radiação concentra-se na camada

superficial, aquecendo-a muito mais. (BROWER, 2001).

33

2.2. ENERGIA EÓLICA NO BRASIL E NO MUNDO

2.2.1. Energia Eólica

O termo eólico vem do latim aeolicus, pertencente ou relativo à Éolo, deus dos

ventos na mitologia grega e, portanto, pertencente ou relativo ao vento. A energia eólica tem

sido aproveitada desde a antiguidade para mover os barcos impulsionados por velas ou para

fazer funcionar a engrenagem de moinhos, ao mover as suas pás. Nos moinhos de vento a

energia eólica era transformada em energia mecânica, utilizada na moagem de grãos ou para

bombear água. Os moinhos foram usados para fabricação de farinhas e ainda para drenagem

de canais, sobretudo nos Países Baixos. (WIKIPÉDIA, 2008).

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, que se dá pela captação através de hélices e

transferência a eixos verticais ou horizontais para trabalhos mecânicos em moinhos, geradores

de eletricidade ou bombeamento de água. (BROWER, 2001).

2.3. ENERGIA EÓLICA NO MUNDO

Estima-se que a a partir da idade média o homem passou a utilizar em maior escala

as forças aerodinâmicas de sustentação, permitindo as grandes navegações e também maior

eficiência às máquinas eólicas. Possivelmente, máquinas eólicas movidas por forças de

sustentação foram introduzidas na Europa pelas cruzadas, por volta do século XI. O certo é

que no século XIV, na Holanda, essas máquinas já apresentavam grande evolução técnica e de

capacidade em potência e aplicação como fonte de energia, principalmente em moagem de

grãos, serrarias e bombeamente de água. À época da descoberta do Brasil, em 1500, havia

muitos milhares de moinhos de vento em toda a europa, da Peninsila Ibérica aos Nórdicos.

Durante os séculos seguintes, as máquinas eólicas tiveram grandemente expandida a sua

aplicação na Europa: em fabricação de papel para atender à demanda após a invenção da

imprensa, em produção de óleos vegetais e até em grandes projetos de drenagem. (COLLE, et

al., 2000).

34

Os moinhos de vento e mais popularmente falando os cataventos, vêm sendo

utilizados há séculos, para moagem, para bombeamento e mais recentemente para geração de

energia elétrica, e até mesmo como decoração. Com grande potencial para geração de energia

elétrica, vem se tornando uma fonte de energia alternativa promissora, gratuita, limpa e que já

está sendo uma solução viável para a crise energética. Quando se trata de “domar” os ventos e

transformar sua energia cinética em mecânca e posteriormente em elétrica, alguns paises

como a Dinamarca, Holanda e Alemanha, já estão bastante desenvolvidos. Instalando grandes

fazendas eólicas seja em mar, seja em terra , com a finalidade de suprir energia elétrica

diminuindo sua dependencia das fontes tradicionais de geração de energia. Assim sendo, a

energia eólica apresenta-se também como uma alternativa possivel, praticável e

ecologicamente correta para bombeamente e geração de energia alternativa, dando vida extra

e otimizando o potencial de geração de um catavento. (BUENO, 2005).

Dentro das leis de concessão de moinhos também se estabeleceram leis que proibiam

a plantação de árvores próximas ao moinho assegurando, assim, o “direito ao vento”. Os

moinhos de vento na Europa tiveram, sem dúvida, uma forte e decisiva influência na

economia agrícola por vários séculos. Com o desenvolvimento tecnológico das pás, sistema

de controle, eixos etc, o uso dos moinhos de vento propiciou a otimização de várias atividades

utilizando-se a força motriz do vento. (CRESESB, 2008). A Figura 9 mostra a evolução dos

moinhos de vento entre os séculos XI e XIX..

Figura 9: Principais marcos do desenvolvimento da energia eólica entre os séculos XI e XIX. Fonte: CRESESB, 2008.

35

Os moinhos de vento na Holanda tiveram uma grande variedade de aplicações. O

primeiro moinho de vento utilizado para a produção de óleos vegetais foi construído em 1582

(mil quinhentos e oitenta e dois). Com o surgimento da imprensa e o rápido crescimento da

demanda por papel, foi construído, em 1586 (mil quinhentos e oitenta e seis), o primeiro

moinho de vento para fabricação de papel. Ao fim do século XVI (dezesseis), surgiram

moinhos de vento para acionar serrarias para processar madeiras provenientes do Mar Báltico.

Em meados do século XIX (dezenove), aproximadamente 9.000 (nove mil) moinhos de vento

existiam em pleno funcionamento na Holanda. O número de moinhos de vento na Europa

nesse período mostra a importância do seu uso em diversos países como a Bélgica (três mil

moinhos de vento), Inglaterra (dez mil moinhos de vento) e França (seiscentos e cinqüenta

moinhos de vento na região de Anjou). (GASH, 2002). A Figura 10 mostra um moinho de

vento holandês.

Figura 10: Moinho de vento da Holanda. Fonte: CRESESB, 2008. Na década de 80, principalmente na Europa e nos EUA, os parques eólicos de grande

escala e interligados diretamente à rede elétrica, começaram a competir com as fontes

convencionais, devido aos avanços da aerodinâmica e ao progresso tecnológico de aparelhos

eletrônicos. Na década de 1990, nos Estados Unidos e no Canadá, pequenas turbinas foram

instaladas para atender propriedades rurais longe de centros urbanos (ORTIZ, 2002).

36

2.4. ENERGIA EÓLICA NO BRASIL

As energias renováveis no Brasil representaram mais de 85,4% (oitenta e cinco

virgula quatro por cento) da energia produzida internamente e utilizada no país, segundo

dados preliminares do Balanço Energético Nacional 2009 (dois mil e nove), realizado pela

Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Após os choques do petróleo de 1970 (mil

novecentos e setenta), o Brasil passou a se concentrar no desenvolvimento de fontes

alternativas de energia, principalmente o etanol. Suas grandes fazendas de cana-de-açúcar

ajudaram muito nesse processo. No ano de 1985 (mil novecentos e oitenta e cinco), 91%

(noventa e um por cento) dos carros produzidos funcionavam em etanol de cana. Hoje o país

manteve o índice. Esta é uma grande conquista, considerando que outros países no mundo

ainda dependem muito do petróleo. (FEITOSA et al, 2002).

Os primeiros relatos do uso da energia eólica no Brasil datam do final do século XIX

(dezenove), com a utilização de moinhos de vento do tipo leque para o bombeamento de água

em sistemas isolados e de pequena escala. (DUTRA ,2001).

De qualquer forma, os diversos levantamentos e estudos realizados e em andamento

(locais, regionais e nacionais) têm dado suporte e motivado a exploração comercial da energia

eólica no País. Os primeiros estudos foram feitos na região Nordeste, principalmente no Ceará

e em Pernambuco. (BROWER, 2001).

Com o apoio da ANEEL e do Ministério de Ciência e Tecnologia – MCT, o Centro

Brasileiro de Energia Eólica – CBEE, da Universidade Federal de Pernambuco – UFPE

publicou em 1998 (mil novecentos e noventa e oito) a primeira versão do Atlas Eólico da

Região Nordeste. A continuidade desse trabalho resultou no Panorama do Potencial Eólico no

Brasil. (AMARANTE, 2001).

O Brasil realizou o seu primeiro leilão de energia eólica em 2009 (dois mil e nove),

em um movimento para diversificar a sua matriz de energia. As empresas estrangeiras estão se

esforçando para participar. No início desta década, uma grande seca no Brasil limitou água às

barragens hidroelétricas do país, causando uma grave escassez de energia. A crise, que

devastou a economia do país e levou ao racionamento de energia elétrica, ressaltou a

necessidade premente do país em diversificar suas fontes de energia. A licitação deve levar à

construção de 1,8 (um virgula oito) gigawatts de produção de energia eólica com um

investimento de cerca de US$ 6 (Seis) bilhões, nos próximos dois anos. (HASSAN, 2011).

37

2.5. Moinhos de Vento

Não se sabe ao certo a época em que surgiram os primeiros moinhos de vento. Há

indicações sobre tais motores primários no livro “Uma História das Invenções Mecânicas",

século X (dez), de Abbot Payson Usher, que relata uma descrição de moinhos de ventos no

Oriente Médio, usados para bombeamento d’água. O mesmo livro aponta ainda referências

diversas como histórias e crônicas que mencionam o uso dos moinhos de vento já em 340

(trezentos e quarenta) d.C – mas que, neste caso, considerando sua veracidade incerta.

(VELHO, 2009).

Acredita-se que os primeiros moinhos de vento surgiram no século VII, na Pérsia,

com eixo vertical (pás giram horizontalmente) e diretamente conectado a pedras de moenda

para moer grãos. Esses moinhos foram levados ao Oriente Médio e à Índia e adaptados para

bombear água dos rios para irrigar as terras (GRAHAM, 1999).

Já no fim da Idade Média e no início da Idade Contemporânea, a energia eólica era

muito utilizada pelos navegadores e, na Holanda, os moinhos de vento eram usados para a

drenagem de terras (FORTUNA, 2004).

No século XV, foi inventado o leme dos moinhos, o que permitiu posicionar o eixo

das pás na direção do vento, II – Origem e Características Básicas da Geração Eólica

contribuindo para aumentar a capacidade dos moinhos e revelando um progresso nos sistemas

de dessecamento (COLLE et al, 2000).

Em 1888, o americano Charles Brush (1849-1929), desenvolveu a primeira turbina

eólica para geração de energia elétrica, para carregar um sistema de baterias. Era composta

por um gerador de 12 kW, 144 pás de madeira e o diâmetro do rotor tinha17 metros. Esse

sistema de carregamento de baterias contribuiu muito para o progresso da tecnologia eólica.

Em 1891, Poul la Cour (1846-1908) descobriu que quanto menor número de pás, mais rápidas

as turbinas ficavam, e conseqüentemente,mais eficiente seria a geração de energia elétrica

(FORTUNA, 2004).

2.6. SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

A necessidade de utilização de água para o abastecimento é indissociável da história

da humanidade. Essa demanda determinou a própria localização das comunidades, desde que

o homem passou a viver de forma sedentária, adotando a agricultura como meio de

38

subsistência e abandonando a vida nômade, mais centrada na caça. A vida sedentária tornou

mais complexa o equacionamento das demandas de água, que passaram então a incluir o

abastecimento de populações – e não mais de indivíduos ou famílias – tanto para atender as

necessidades fisiológicas das pessoas, prepararem alimentos e promover a limpeza quanto

para manter a agricultura, irrigando as culturas. (HELLER, 2006).

Vários registros de experiências de suprimentos de água são encontrados, desde a

antiguidade, demonstrando o progressivo desenvolvimento de tecnologias para a captação, o

transporte, o tratamento e a distribuição de água. Esses registros também demonstram a

crescente consciência da humanidade para o papel do fornecimento de água no

desenvolvimento das culturas e na proteção à saúde humana, nesse aspecto observando-se o

crescimento da consciência quanto à importância da qualidade da água. Essa tomada de

consciência acabou resultando também, em diferentes contextos históricos, na compreensão

da importância de se preservarem os mananciais de abastecimento e, em decorrência, suas

bacias contribuintes. (AZEVEDO, 1976).

No quadro a seguir são listados importantes eventos que marcaram e evolução

histórica do abastecimento de água. Dele podem-se destacar, em ordem cronológica, como as

preocupações foram se sucedendo. (HELER, 2006).

Data Evento Referência

c. 5000 a.c Colonização da planície aluvial da Mesopotâmia por grupos que praticavam irrigação

FSP (1993)

c. 3750 a.c. Utilização de coletores de esgoto na cidade de Nipur (Babilônia)

Azevedo Neto et al(1998)

c. 3200 a.c. Utilização de sistemas de água e drenagem no vale do Hindus

Rezende e Heller (2002)

c. 2750 a.c. Utilização de tubulações em cobre no palácio real do Faraó Chéops


c. 2600 a. c. Existência de reservatórios de terra e utilização de captação subterrânea pelos povos orientais


c. 2000 a. c.

Escritos em sânscritos sobre os cuidados com a água de beber (armazenamento em vaso de cobre, filtração através de carvão, purificação por fervura no fogo, purificação por aquecimento ao sol ou por introdução de uma barra de


39

ferro numa massa liquida, seguida por filtração em areia e cascalho grosso)

c. 950 a. c.

Construção das clássicas represas de Salomão, em Belém e Hebron , de onde a água era aduzida ao templo e à própria cidade de Jesrusalém, local em que foram implantadas grandes cisternas para acumular águas das chuvas e levantados reservatórios servidos por túneis-canais de alvenaria

Barsa (1972)

c. 691 a. c. Construção do aqueduto de Jerwan (Assiria), constituinte do primeiros sistema público de abastecimento de água conhecido.

Azevedo Neto ET

AL (1998)

c. 580 a. c. Obras de elevação de água do rio Eufrates, para alimentar as fontes dos famosos jardins suspensos de Nabucodonosor na Babilônia.

Barsa (1972)

c. 330 a. c. Utilização da roda hidráulica pelos gregos em seus domínios no oriente médio.

Bono (1975)

c. 312 a. c.

Construção do primeiro grande aqueduto romano, o Aqua Apia, com cerca de 17 quilômetros de extensão.

Azevedo Neto ET

AL (1998) Barsa (1972)

c. 250 a. c. Enunciado de princípios da hidrostática no seu “tratado sobre os corpos flutuantes”.

Azevedo Neto ET

AL (1998)

c. 250 a. c. Invenção da bomba parafuso, por Arquimedes. Azevedo

Neto ET AL (1998)

c. 200 a. c. Invenção da bomba de pistão, utilizada pelo físico grego Ctesebius e construída pelo seu discípulo Hero

Azevedo Neto ET

AL (1998)

Até o séc. 3 d. c.

No período, a população de Roma totalizava entre 70000 a 1000000 de habitantes ocupando uma área de cerca de 200 há, sendo que, no tempo de Constantino (306 – 337 d.c.), a cidade possuía 247 reservatórios, 11 grandes termas, 926 banheiros públicos e 1212 chafarizes

Azevedo Neto ET

AL (1998) Barsa (1972)

Século V – XIII(idade

média)

Consumo de água de apenas 1L/hab.dia na maior parte da Europa.


1664

Invenção dos tubos de ferro fundido moldado por Johan Jordan, na França, e sua instalação no palácio de Versálles.

Azevedo Neto ET

AL (1998) Dacach (1990)

40

1664 Invenção da bomba contrifuga, por Johan Jordan, na França.

Azevedo Neto ET

AL (1998)

1723 Conclusão do primeiro sistema coletivo de Abastecimento de água do Brasil, no Rio de Janeiro.

Azevedo Neto ET

AL (1998)

1775 Invenção do vaso sanitário, por Joseph Bramah, na Inglaterra.

Azevedo Neto ET

AL (1998)

1804 Construção da primeira instalação coletiva de tratamento de água para consumo humano por meio de filtro lento, concebido por John Gibb, na Escócia.

Azevedo Neto ET

AL (1976)

1875 Utilização de tubos de forro fundido na adução de água dos rios D’Ouro em São Pedro, para abastecimento do Rio de Janeiro.

Azevedo Neto ET

AL (1998)

1936

Lançamento do tubo de PVC, na Alemanha, com a montagem de uma rede experimental enterrada para teste de durabilidade (amostras dessa rede, retiradas em 1957, mostraram que os tubos não sofrem qualquer alteração.)

Tigre (1987)

Quadro 1 - Histórico da evolução dos sistemas de abastecimento de água.

Fonte: HELLER, 2006.

2.6.1. Tipos de Sistemas de Captação de Água de Superfície

Entende-se por captação de água de superfície o conjunto de estruturas e dispositivos

construídos ou instalados junto a um rio, ribeirão, córrego ou lago, para a retirada de água

destinada ao abastecimento de comunidades humanas. (PRINCE, 2006).

As captações de água de superfície podem ser de cinco tipos principais:

Captação direta ou a fio de água;

Captação com barragem de regularização de nível de água;

Captação com reservatório de regularização de vazão destinado

prioritariamente para o abastecimento público de água;

Captação em reservatórios ou lagos de usos múltiplos;

Captações não convencionais. (PRINCE, 2006).

Após a captação é realizado o bombeamento que pode ser direto ou indireto:

Direto: quando o sistema de bombeamento abastece diretamente os pontos de

consumo. Exemplo: torneiras, chuveiros etc.

41

Indireto: quando o bombeamento é direcionado a um reservatório, o qual abastecerá os

pontos de consumo por gravidade. (AZEVEDO, 1976).

Neste trabalho enfatizaremos de forma específica apenas os sistemas não

convencionais por se tratar do conceito no qual se enquadra o sistema a ser construído.

Sistemas de Captação não convencionais são aqueles concebidos para permitir o

emprego de equipamentos de elevação ou recalque de água movida por energia não

convencional, como a eólica, a solar, a proveniente de transiente hidráulico (golpe de Aríete)

ou a decorrente do empuxo proporcionado pelo jato de água. (BERNAT, 1992).

São soluções muito interessantes por dispensarem a utilização de energia elétrica

gerada a partir do consumo de recursos naturais que estão se tornando escassos e de custo

elevado, como é o caso respectivamente, dos combustíveis fósseis e da água represada em

grandes hidrelétricas. Porém, atualmente no nosso país, são aplicáveis somente a pequenos

sistemas de abastecimento de água, devido a limitações da capacidade dos respectivos

equipamentos disponibilizados pela indústria nacional. (NASCIMENTO, 2002).

2.6.2. Captação Conjugada a Roda de Água

A Roda de Água é um dos equipamentos mais antigos empregados pelo homem para

a elevação da água. Há registros de sua utilização no antigo império egípcio, ou seja, há cerca

de 5500 anos, para captação e elevação de águas do rio Nilo, destinadas a irrigação e ao

consumo humano. Com a atual crise da energia elétrica, a roda de água volta a ser usada,

agora conjugada a bomba de êmbulo (pistão), como se mostra nas Figuras 11 e 12. (BONO,

1975).

42

Figura 11: Roda d’água acionada por cima. Fonte: UFLA (2006).

Figura 12: Esquema de uma bomba alternativa com dois pistões. UFLA (2006).

2.6.3. Captação Conjugada a Carneiro Hidráulico (Aríete Hidráulico)

Neste tipo de instalação o local da captação deve propiciar uma altura de água ou

pressão adequada sobre o equipamento de recalque de água, conhecido como carneiro ou

aríete hidráulico. Esse equipamento desde que posicionado corretamente, gera uma seqüência

de rápidos e contínuos transientes hidráulicos (golpes de aríete) que resultam sobre pressões

43

de intensidade adequada, possibilitando a elevação ou o recalque de vazões de água dentro de

certos limites. A Figura 13 mostra um esquema ilustrativo. (BERNAT, 1992).

Figura 13: Carneiro hidráulico - Esquema do equipamento patenteado em 1797 pelo francês Joseph Michel Montgolfier, (1740 - 1810), disponivel em: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Carneiro.html.

2.7. USO DA ENERGIA EÓLICA PARA O ABASTECIMENTO DE ÁGUA

Uma das principais características que se utiliza para analisar o desenvolvimento

socioeconômico de um país é o aumento observado na demanda por abastecimento

energético. Considerando a população mundial, hoje estimada em mais de cinco bilhões de

pessoas com a maior parte delas vivendo em países em processo de desenvolvimento como o

Brasil, a China e a Índia, há uma previsão de um aumento vertiginoso no consumo de energia.

(BRUNI, 2007 apud RODRIGUES, 2009).

A aplicação de bombeamento de água com vento tem duas possibilidades comuns,

um moinho de múltiplas pás americano típico, que prevalece é o torque para acionar a bomba

mecânica; ou um aerogerador elétrico que se conecta diretamente a uma bomba com uma

freqüência similar ao gerador. Desde tempos imemoráveis os moinhos de vento, ou

popularmente cata-ventos, são largamente utilizadas, como sistema de bombeamento e este

parece ter sido uma das primeiras aplicações da energia eólica. O cata-vento é tão velho como

a própria civilização. Sem duvida alguma, a forma mais econômica e segura de bombear água.

44

O inventor do cata-vento é desconhecido, sabe-se que os chineses já utilizavam o cata-vento

antes de Cristo. (BUENO, 2005).

Basicamente, um sistema eólico de bombeamento é constituído por rotor eólico,

bomba hidráulica, transmissão e dispositivo de controle. Os dois últimos componentes são

necessários para melhor adequar a operação conjunta dos dois primeiros e garantir o

aproveitamento da energia de uma faixa de velocidade do vento. Podem ser montados em

poços comuns, artesianos e semi-artesianos, minas, represas ou riachos. No caso de ser

instalado em poço artesiano, o poço deve ter diâmetro mínimo de 100 mm (cem milímetros)

interno, para que possa ser introduzido a bomba pistão, cuja bomba deve ficar imerso de 3 a 6

(três a seis) metros abaixo do nível dinâmico, respeitando a profundidade máxima de 60

(sessenta metros). Quando montados em minas, represas, ou riachos, podem ser instalados até

uma distância de 35 (trinta e cinco) a 40 (quarenta metros) do ponto de captação de água, com

desnível máximo de 7 (sete metros) entre a base de sustentação e o ponto de captação.

(BUENO, 2005).

Com a evolução dos processos produtivos agrícolas, demonstrada principalmente

pela presença cada vez maior da irrigação e a crescente demanda por água, acompanhada pela

sua escassez (distâncias cada vez maiores), há necessidade de projetar instalações que possam

proporcionar fornecimento de água com maior rapidez e eficiência. Sendo assim, a presença

de bombas hidráulicas num projeto de irrigação ou abastecimento de água para pequenas

comunidades, é de suma importância, e o conhecimento das partes fundamentais ao seu bom

funcionamento merece a devida atenção e cuidado. Podem ser utilizados nas mais diversas

aplicações, tais como na agricultura e agropecuária, para irrigação, hidroponia, pulverização,

abastecimento de bebedouros e reservatórios. Em indústrias e saneamento, no bombeamento,

aeração e sistemas de recirculação de água. Em residências, condomínios e clubes no

bombeamento de água proveniente de poços, lagos, rios e cisternas, na recirculação de

piscinas, etc. (BURGUEÑO, 2003).

2.8. VANTAGENS DE SISTEMAS DE BOMBEAMENTO MOVIDOS POR ENERGIA

EÓLICA

As principais vantagens dos sistemas de bombeamento que utilizam energia eólica

estão relacionadas á fonte de energia. A sua disponibilidade e limpeza representam

características quase singulares da fonte de energia dos ventos. Além disso, pode-se citar a

45

facilidade de instalação dos sistemas que apenas exigem disponibilidade de água e vento para

o seu funcionamento. (AMARANTE, et al, 2001)

Outro aspecto importante está relacionado às vantagens econômicas por se tratar de

sistemas que utilizam uma fonte renovável de energia no seu funcionamento, portanto não

apresentará custos com combustíveis, porém a falta de produção em série desse tipo de

sistema tem mantido o alto custo na aquisição dos mesmos. Sob uma perspectiva ambiental

esse tipo de sistema apresenta vantagens consideráveis em relação aos demais, principalmente

pelo fato de não utilizarem combustíveis fósseis na sua operação e exigirem métodos de baixa

intervenção no meio ambiente. (DUTRA, 2001).

46

3. METODOLOGIA

Este capítulo traz as formas e os critérios utilizados na determinação dos materiais e

métodos utilizados no desenvolvimento de trabalho além do local escolhido para instalação do

protótipo.

3.1. LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

O protótipo foi instalado nas proximidades do Km 11, próximo ao aeródromo de

propriedade do Sr. Ricardo Araújo de Campos, o qual autorizou a realização do experimento

naquela área. A escolha da localização para instalação e teste do protótipo se deu pelo fato de

o local oferecer condições mínimas para o funcionamento dos sistemas eólico e hidráulico,

oferecendo condições aproximadas às do local ao qual se sugere a instalação do sistema, além

de oferecer fácil acesso por se localizar próximo à vila Permanente. Como mostram as Figuras

14, 15 e 16.

Figura 14: Localização da área de instalação para teste do protótipo. Fonte: Adaptado de Google Earth

(2001).

Vila. Permanente.

Ponte Km. 11.

Local de instalação do protótipo.

47

Figura 15: Localização da área de instalação para teste do protótipo. Fonte: Adaptado de Google Earth

(2001).

Figura 16: Localização exata da área de instalação do protótipo para testes. Fonte: Adaptado de Google

Earth (2001).

É feita ainda uma análise de viabilidade comparativa entre o sistema convencional de

abastecimento utilizando um conjunto moto-bomba e o sistema de abastecimento utilizando o

protótipo numa área de zona rural. Este comparativo foi realizado levando-se em consideração

apenas eficiência do sistema no tocante ao abastecimento de água para uma unidade familiar.

O Anexo A deste trabalho traz o cálculo de dimensionamento de um sistema moto-bomba

Ponte Km. 11.

Local de instalação do protótipo.

Trapiche em que foi instalado o protótipo.

48

convencional que atenderia a necessidade diária de uma unidade familiar considerando a

localidade onde são realizados os testes com o protótipo.

3.2. PROTÓTIPO

3.2.1. Motivação para o Desenvolvimento do Protótipo

Além do apelo ecológico, visto no fato de a base propulsora do sistema ser energia

eólica, um fator que foi considerado, consiste na solução de um problema social que atinge as

populações ribeirinhas do baixo - Tocantins, o abastecimento de água. Sabe-se que esta

população é desprovida de qualquer tipo de abastecimento de água e atualmente a maioria da

população ribeirinha utiliza água captada diretamente do rio de forma rústica e sem nenhum

tipo de tratamento. Pensando nisso, desenvolveu-se a idéia do protótipo da Unidade de

Sistema Elevatório para o Atendimento de uma Unidade Familiar.

3.2.2. Materiais e Métodos

Os principais critérios para a escolha dos materiais utilizados na construção do

protótipo são: baixo custo, considerando que a maioria dos materiais é constituída de refugo

da mecânica pesada e automobilista, e facilidade de obtenção dos materiais, considerando que

todos podem ser encontrados no mercado local sem muita dificuldade. A construção do

protótipo se deu levando-se em consideração que os materiais são refugo, portanto os métodos

de dimensionamento foram empíricos. A seguir apresenta-se uma divisão dos segmentos de

construção do protótipo com suas respectivas descrições e quantitativos de materiais e

serviços.

O Protótipo se divide basicamente em três segmentos principais, a saber:

Sistema Mecânico;

Sistema Eólico;

Sistema Hidráulico.

3.2.2.1. Sistema Mecânico

49

O sistema mecânico é composto por uma mini-torre construída em tubos metálicos

galvanizados que suporta duas caixas de engrenagens, uma superior que se caracteriza pela

permissão de girar em torno do próprio eixo vertical central, e uma inferior fixa. Ambas as

caixas de engrenagens tem dimensões e sistemas de engrenagens semelhantes. O sistema

conta com dois conjuntos de engrenagens. Trata-se de dois pares de coroa e peão retirados de

um diferencial de caminhão. O material pode ser considerado rejeito, pois não atenderiam

mais as especificações de resistência para a utilização no setor automobilístico e este foi o

principal critério para a utilização. As coroas possuem 18 (dezoito) dentes e os peões 10 (dez)

dentes conferindo relação de engrenagem de 1:1,8 (um para um virgula oito). É importante

frisar que o sistema de engrenagens não foi pré-dimensionado, pois a idéia é construir o

protótipo com os recursos disponíveis. A Figura 17 abaixo mostra uma ilustração do sistema

mecânico montado.

Figura 17: Ilustração do sistema mecânico montado.

Assim como todos os materiais empregados no sistema mecânico, os rolamentos

também são materiais de refugo, tendo sido adquiridos através de doação. As chapas, os tubos

e eixos foram adquiridos em ferro-velho na cidade de Tucuruí ao custo de R$4,00 (quatro

reais) o quilograma. A Tabela 1 abaixo consta com a lista dos materiais empregados na

construção do sistema mecânico.

50

Tabela 1 – Descrição do quantitativo de material, serviço e custo utilizado na construção do sistema mecânico do protótipo.

Descrição Unid. Quant. Custo unit.

R$

Custo total R$

Peão Unid. 2 Doação -

Coroa Unid. 2 Doação -

Tubos de aço galvanizado (D=45mm) Kg 25 4 100

Chapa de aço e=5mm Kg 35 4 140

Tubo em aço d=60mm Kg 20 4 80

Rolamento cônico Unid. 1 Doação Doação

Rolamento cilíndrico Unid. 9 Doação Doação

Esticadores para cabo de aço Unid. 4 1,5 6

Polia (aro de bicicleta) Unid. 2 30 60

Barras rosqueadas d=10mm Unid. 4 5,5 22

Porca 10mm Unid. 45 0,15 6,75

Arruelas Unid. 45 0,05 2,25

Mão-de-obra e Outros Serviços Unid. 1 400 400

Custo Total 817

3.2.2.2. Sistema Eólico

O sistema eólico é composto basicamente de uma hélice com pás construídas em

madeira. A escolha do material das pás levou em conta como critério principal o baixo custo e

a facilidade de obtenção do material.

As pás do cata-vento foram confeccionadas em madeira com uma base em chapa de

aço e com uma porca soldada na extremidade que tem a finalidade de fixar as pás aos

parafusos distribuídos no perímetro da circunferência do aro do cata-vento e também facilitar

na sua aerodinâmica, ou seja, no ângulo de ataque2. O aro de sustentação das pás é constituído

de um aro de bicicleta que foi escolhido pelo fato de já apresentar o alinhamento desejado. O

sistema conta ainda com um leme eólico que tem a função de redirecionamento das hélices

para o contato frontal com o fluxo do vento. A Figura 18 abaixo dá uma visão ilustrativa do

sistema eólico.

2 Corresponde ao ângulo formado entre a pá da hélice e o aro de fixação ajustado através da rotação da pá em torno do seu eixo vertical.

51

Figura 18: Detalhe ilustrativo do sistema eólico.

A Tabela 2 abaixo consta com a lista dos materiais empregados no sistema eólico.

Tabela 2 - Descrição do quantitativo de material, serviço e custo utilizado na construção do sistema eólico do protótipo.

Descrição Unidade Quantidade Custo unit. R$ Custo total R$

Aro de bicicleta Unid. 1 30 30

Perfis em aço da base das pás Unid. 6 5 30

Pás em madeira Unid. 6 10 60

Porcas d=10mm Unid. 18 0,15 2,7

Barra rosqueada galvanizada m 1 5,5 5,5

Arruelas de pressão Unid. 6 0,05 0,3

Custo Total 128,5

3.2.2.3. Sistema Hidráulico

O sistema hidráulico conta com a construção de uma bomba-de-corda3, também

considerando aspectos empíricos. Consiste basicamente de um tubo de PVC com 20

milímetros de diâmetro (D=20mm) cuja parte inferior encontra-se submersa e pelo qual

passam internamente pequenos cilindros de borracha (EVA) fixados a um fio espaçados em

3 É um mecanismo que tem a função de bombear água de um reservatório inferior para um reservatório superior através de cilindros de borracha fixados a um fio com um espaçamento de 30cm de um para o outro. Esse fio passa pelo interior de um tubo vertical com sua parte inferior imersa em água. O fio com os cilindros atravessa o tubo carregando uma coluna de água no intervalo entre os cilindros.

52

30cm (trinta centímetros) que foi determinado para melhor encaixe na polia do sistema

mecânico. A Figura 19 mostra um esquema ilustrativo do sistema hidráulico.

Figura 19: Ilustração do sistema hidráulico.

A Tabela 3 abaixo consta com a lista dos materiais empregados no sistema

hidráulico.

Tabela 3 - Descrição do quantitativo de material, serviço e custo utilizado na construção do sistema hidráulico do protótipo.

Descrição Unidade Quantidade Custo unit. R$ Custo total R$

Tê 20mm Unid. 1 0,35 0.35

Tubo de PVC 20mm m 6 7,2 7,2

Cone em Plástico Unid. 1 Doação -

Pregos (3X3) Kg 1 7 7

Fio Nylon m 25 0,25 6,25

Cilindros de Borracha em EVA (d=18mm) Unid. 30 Doação -

Cola especial 5g Unid. 1 5 5

Aro de Bicicleta Unid. 1 30 30

Polia pequena de Plástico Unid. 1 Doação -

Tambor metálico 200L Unid. 1/2 20 10

Custo Total 65,8

53

O custo total com a construção e montagem dos três sistemas (mecânico, eólico e

hidráulico) foi de R$ 1011,30, sendo que os recursos financeiros empregados são

provenientes de fonte própria.

3.3. MÉTODOS EMPREGADOS NO TESTE DO SISTEMA

Os materiais determinados para o teste do sistema consistem na lista abaixo:

Cronômetro digital de precisão de aparelho celular;

Balde graduado de 12 (doze) litros em plástico;

Tabela de anotações;

Caneta esferográfica;

Calculadora.

Prancheta.

A Figura 20 mostra os materiais empregados nos testes do sistema.

Figura 20: Materiais empregados nos testes do sistema.

O método empregado nos testes trata-se do volumétrico que foram realizados de

forma direta pelo Sr. Claudio Lucio Moreira Cabral com a utilização dos materiais acima

descritos. O recipiente inferior era enchido com a utilização de uma balde graduado de

maneira a se conhecer a quantidade de água recalcada. A água era retirada diretamente do

54

lago da UHE – Tucuruí. A medida que recipiente graduado atingia o nível de doze litros, tinha

seu volume registrado. O acumulado durante o intervalo era registrada em uma tabela com

seus respectivos cálculos de vazão utilizando-se de caneta e calculadora. Após realização da

coleta dos dados, os mesmos foram tratados no software Microsoft Excel e relacionados com a

respectiva velocidade do vento nos horários de teste. (AZEVEDO NETO, 2006).

É realizada ainda uma análise que relaciona a vazão obtida nos testes com a

respectiva velocidade do vento medida pelo INMET nos horários de realização dos testes.

Esta análise é essencial para a validação da eficiência do novo sistema elevatório.

3.4. DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE BOMBEAMENTO CONVENCIONAL

3.4.1. Materiais e Métodos

Os materiais utilizados se restringiram aos necessários para o dimensionamento

teórico de um sistema elevatório com bombeamento indireto que atenda a uma unidade

familiar rural composta por 10 pessoas, considerando um consumo per capta diário de 120

litros4. por residência de 1200 (mil e duzentos litros) litros que corresponde ao abastecimento

oferecido a população de Tucuruí-PA segundo Companhia Nossa Água que abastece a cidade.

O método de dimensionamento para a determinação da potência do conjunto moto-bomba foi

o de segue o estabelecido a seguir.

P = ( 4 )

Onde:

P = potência do conjunto moto-bomba (cv);

= Peso especifico do liquido a ser elevado (água ou esgoto: 1000 Kgf/m³);

Q = Vazão ou descarga em m³/s;

Hman = altura manométrica (m); 4 O número de pessoas por unidade familiar foi definido aleatoriamente apenas para teste. O consumo per capita foi determinado com base no que estabelece (HÉLIO, 2006).

55

= Rendimento global do conjunto elevatório;

η = η × η ( 5 )

Sendo que:

= + ℎ ( 6 )

Onde:

= altura geométrica, isto é a diferença de nível; sendo que:

= + ( 7 )

Onde:

= altura de recalque, ou seja, altura do nível superior até o nível da bomba.

= altura de sucção, isto é, altura do eixo da bomba sobre o nível inferior.

As perdas de carga que compõem a altura manométrica no decorrer da tubulação

foram determinadas segundo o método de Fair-Whipple-Hsiao que determina que:

= 55,934 × , × , ( 8 )

Onde:

Q = vazão (l/s)

J = perda de carga (m/m)

D = diâmetro do tubo (mm)

De uma forma mais direta pode-se utilizar o ábaco para se adquirir as perdas de

cargas em função da vazão e do diâmetro do tubo previamente determinados.

56

As perdas de carga localizadas são determinadas através da tabela encontrada no

anexo B.

O diâmetro do tubo foi pré-determinado através do método de Forchheimer

estabelecendo que:

= 1,3 × √ ( 9 )

Onde:

D = Diâmetro do tubo (mm);

Q = Vazão (l/s);

=ℎ

24 ℎ

O diâmetro também pode ser determinado através do ábaco encontrado no

ANEXOC.

O cálculo do dimensionamento da potência determinada para o atendimento da

demanda supracitada está demonstrado no Anexo D.

Sendo assim,

= ,

Portanto, esta é a potência necessária para que um conjunto moto-bomba atenda a

necessidade de consumo diário de água de uma residência com dez pessoas funcionando 30

min (trinta minutos) por dia.

3.4.2. Custo do conjunto moto-bomba pré-dimensionado

De acordo pesquisa de mercado realizadas na cidade de Tucuruí-PA, definiu-se que o

conjunto moto-bomba calculado pode ser representado pelo BC – 91SSC 1CV – MONO,

Combustão Interna que conta com Vazão mínima de 0,5m³/h e Vazão máxima de 1,4 m³/h,

57

altura máxima de recalque 10m e de sucção 3m, cujas pesquisas de mercado apresentaram

preço médio R$ 650,00.

3.5. CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO

3.5.1. Construção e alinhamento do sistema hidráulico (Bomba-de-Corda)

Para funcionar como um sistema constuiu-se uma base de alinhamento para a corda

com os cilindros de borracha, no sentido de garantir a não interrupção do movimento da corda

por qualquer tipo de travamento provocado pela flexibilidade da corda como mostra a Figura

21. Em seguida o tubo de PVC com diâmetro de 20mm e 6m de comprimento foi

devidamente alinhado e fixado a uma pernamanca vertical de sustentação do trapiche como

mostra a Figura 22. É importante ressaltar a colocação de um cone de PVC na extremidade

inferior do tubo, para facilitar a passagem dos cilindros de borracha como mostra a Figura 21.

O próximo passo consistiu na colagem dos cilindros de borracha com espaçamento de 30cm

uma da outra ao longo da corda como mostra a Figura 23. Por ultimo, a corda foi colocada no

tubo e teve as extremidades unidas por um nó.

Figura 21: Alinhamento da corda do sistema elevatório.

Polias de alinhamento da corda do sistema elevatório.

Corda do sistema elevatório.

Tubo do sistema elevatório.

Cone de entrada do tubo do sistema elevatório.

Reservatório utilizado para teste.

58

Figura 22: Tubo do sistema elevatório.

Figura 23: Detalhe dos cilindros de borracha responsáveis pela elevação da água.

3.5.2. Construção da Mini-torre

A mini-torre em tubos de aço foi construída também com material de refugo, como já

foi anteriormente relatado, e é constituído por dois segmentos, um inferior e outro superior.

Essa configuração foi definida no intuito de garantir maior facilidade de transportar o

Tubo do sistema elevatório (Bomba-de-corda).

Corda do sistema elevatório (Bomba-de-corda).

Cilindros de borracha responsáveis pela elevação da água.

59

material, tendo em vista que são segmentos pesados, e aumentar o grau de sustentação do

segmento superior, o cata-vento. A torre inferior conta com 0,75m de altura e 0,3m de largura

com seção quadrada, construída em tubos de aço de 45mm de diâmetro e uma chapa na base

inferior com espessura de 5mm e 0,4m de lado, sendo a mesma quadrada como mostra a

Figura 24. Os tubos são soldados em suas extremidades.

Figura 24: Mini-torre inferior.

A torre superior é construída com tubos de mesmo diâmetro da inferior soldado,

porem com seção 0,26m também quadrada e com 0,75m de altura. Ambas são fixadas uma a

outra por barras rosqueadas cromadas de 10mm de diâmetro, fixadas em um dos sentidos da

seção transversal como mostra a Figura 25. Faz parte ainda da mini-torre um tubo em aço com

0,5m de altura de 60mm de diâmetro, e tem a função de sustentar a caixa de engrenagens

superior através de um rolamento cônico na sua extremidade superior que dá suporte a caixa a

caixa de engrenagens superior, garantindo seu movimento de rotação em torno do seu eixo

vertical central como mostra a Figura 26.

Solda que une os tubos.

Tubos de sustentação.

Chapa inferior.

60

Figura 25: Mini-torre superior.

Figura 26: Torre de sustentação da caixa. de engrenagens superior.

3.5.3. Construção das duas caixas de engrenagens com eixo de transmissão de movimento

Rolamento cônico.

Detalhe da solda que une os tubos.

Tubo de sustentação.

Tubo de sustentação da caixa de engrenagens superior.

61

As duas caixas de engrenagens foram construídas com simetria, cada uma contém

um par (planetária e satélite) como mostra as Figuras 27 e 28, porém a superior tem a

peculiaridade de movimentar-se na direção em que se desloca o vento com um eixo na

horizontal, e na extremidade do seu eixo horizontal é fixado um aro 15” (quinze polegadas) de

bicicleta cargueira dianteiro onde são fixados seis barras rosqueadas de 10mm de diâmetro e

uniformemente distribuídas como mostra a Figura 27, e a outra é fixa no eixo horizontal da

caixa de engrenagens inferior com a função de puxar a corda. O movimento gerado pela ação

do vento é transmitido da caixa superior para a inferior através de um eixo vertical ligando as

duas planetárias das caixas de engrenagens. As engrenagens satélites são fixas a um eixo

vertical como mostra a Figura 28. Estas engrenagens se encontram nas duas caixas de

engrenagens, sendo que o superior transmite o movimento da hélice para as engrenagens e o

inferior transmite o movimento ao sistema hidráulico (bomba-de-corda).

Figura 27: Caixa de engrenagens superior.

Aro da hélice.

Conjunto de engrenagens.

Eixo horizontal.

Tirantes de equilíbrio.

Rolamento de equilíbrio.

62

Figura 28: Caixa de engrenagens inferior.

3.5.4. Construção da hélice

As pás da hélice foram construídas artesanalmente em madeira, como mostra a

Figura 29, com suas bordas chanfradas com ângulo de aproximadamente 42° que facilitou a

moldagem, como mostra a Figura 31. A especificação da madeira utilizada encontra-se no

Anexo D. Nas suas extremidades foram construídos perfis metálicos em losango o com porcas

soldas ao mesmo, afim facilitar a localização do ângulo de ataque também definido

empiricamente. O peso de cada pá é igual a 1,850 Kg (um quilo e oitocentos e cinqüenta

gramas). As pás da hélice foram fixadas uniformemente na extremidade de um aro de

bicicleta, escolhido pelo fato de já apresentar alinhamento adequado como mostra a Figura 29.

O sistema eólico conta ainda com um leme construído com chapa zinco cuja área de contato

com o ar é igual a 16 cm². É importante ressaltar que esta não foi pré-dimensionada, tendo

sido definida empiricamente. O leme é fixo em um tubo de 1,5 metros de comprimento, que

tem a função de redirecionar a caixa de engrenagens superior para ser atingida frontalmente

pelo vento. Sua importância se dá pelo fato de o sistema ter sido pensado para funcionar em

alturas de instalação em que a rugosidade influencie o redirecionamento do vento como

mostra a Figura 30.

Eixo vertical de transmissão de movimento entre as caixas de engrenagens.

Eixo horizontal.

Conjunto de engrenagens.

Rolamentos.

Chapa estrutural.

63

Figura 29: Hélice.

Figura 30: Leme Eólico.

Pá da hélice.

Base metálica de transição da pá.

Aro de alinhamento da hélice.

Leme de redirecionamento do catavento: Área = 16 cm².

Tubo de fixação do leme.

64

Figura 31: Vista da testeira da pá da hélice e seu angulo de aba. 3.5.5. Montagem da Unidade de Sistema Elevatório de Água

As Figuras 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 e 42 mostram a seqüência da montagem de

todo o sistema.

Passo 1: Inicialmente foi fixada a mini-torre inferior na estrutura do trapiche através de

parafusos constituídos de segmentos de barras rosqueadas e porcas.

Figura 32: Fixação da mini-torre superior.

42°

65

Passo 2: Acoplagem da mini-torre superior.

Figura 33: Fixação da mini-torre superior.

Passo 3: Instalação da caixa de engrenagens inferior.

Figura 34: Colocação da caixa de engrenagens inferior.

66

Passo 4: Acoplagem do eixo vertical de transmissão de movimento.

Figura 35: Colocação do eixo vertical de transmissão de movimento. Passo 5:Acoplagem do tubo de sustentação da caixa de engrenagens superior.

Figura 36: Colocação do tubo de sustentação da caixa de engrenagens superior.

67

Passo 6: Acoplagem da caixa de engrenagens superior e dos esticadores de cabo de aço que

garantem o equilíbrio da caixa de engrenagens superior.

Figura 37: Colocação da caixa de Engrenagens superior. Passo 7: Acoplagem do aro de sustentação das pás da hélice.

Figura 38: Colocação do aro da hélice.

68

Passo 8: Acoplagem das pás da hélice.

Figura 39: Colocação das pás da hélice. Passo 9: Montagem do sistema inferior de alinhamento para teste do sistema hidráulico.

Figura 40: Montagem do sistema de alinhamento da corda do sistema hidráulico.

69

Passo 10: Fixação do tubo e colocação da corda do sistema hidráulico.

Figura 41: Fixação do tudo e colocação da corda do sistema hidráulico.

70

Figura 42: Vista geral do protótipo para teste.

71

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Este capítulo traz informações quanto aos resultados, quanto a construção e testes

realizados com o sistema, além de informações quanto as dificuldades encontradas durante a

construção e teste do protótipo.

4.1. SISTEMA HIDRÁULICO

Este segmento conta com a parte que representa a bomba-de-corda implementada

com a devida constatação de facticidade como pode ser visto nas Figuras. Um ponto

destacável na implementação deste segmento do protótipo é o alivio da carga gerada pela

coluna de água no interior do tubo. Isso se deve, provavelmente pelo fato do surgimento de

mais uma força no sistema, o empuxo5.

4.1.1. Dificuldades encontradas

A principal dificuldade a se destacar na implementação deste sistema se encontra na

compatibilização dos sistemas mecânico e hidráulico, tendo em vista que ambos trabalham de

forma muito diferentes quando vistos de maneira isolada. A idéia da utilização de um aro de

bicicleta se deu depois de várias tentativas de fabricação de uma polia em alumínio com

condições ideais no mercado local. Como mostram as Figuras 43 e 44.

5 É determinado pela quantidade de água deslocada quando da imersão de um corpo em recipiente com água. Neste caso representa uma força vertical positiva que impulsiona os cilindros de borracha para cima quando o tubo encontra-se cheio de água.

72

Figura 43: Parte inferior do sistema hidráulico elevatório.

Figura 44: Sistema hidráulico (bomba-de-corda).

Polias de alinhamento da corda do sistema elevatório.

Corda do sistema elevatório.

Tubo do sistema elevatório.

Cone de entrada do tubo do sistema elevatório.

Reservatório utilizado para teste.

Tubo do sistema elevatório (Bomba-de-corda).

Corda do sistema elevatório (Bomba-de-corda).

73

4.2. SISTEMA MECÂNICO

O sistema mecânico é a parte do projeto executada e com constatação de

funcionalidade. As Figuras 45 e 46, apresenta uma visão clara da seqüência de fabricação do

protótipo. O processo de adaptação e fabricação do sistema se realizou na torneadora Santa

Teresinha, sob a execução do Sr. Cleinton Marques Barroso. Inicialmente foram sendo

reunidos os materiais na medida em que surgia a necessidade, pelo fato se contar com poucos

recursos. Na sequência, pensou-se numa forma de adaptação dos sistemas de engrenagens. A

Figura 43 abaixo mostra o sistema mecânico.

Figura 45: Sistema mecânico montado.

1) Leme Eólico.

2) Caixa de Engrenagens Superior.

3) Esticadores da cx. De engrenagens superior.

4) Rolamento de estabilização da caixa superior.

5) Tubo de sustentação da caixa superior.

6) Mini-torre superior.

7) Mini-torre inferior.

8) Eixo vertical de transferência de movimento.

9) Caixa de Engrenagens Inferior.

10) Polia inferior.

1 2

3 4 5

6

7

8

9 10

74

Figura 46: vista do sistema instalado no local de teste.


Movimento da caixa de engrenagens superior

Inicialmente, um dos problemas mais difíceis de resolver consistiu na construção de

um sistema com as duas caixas de engrenagens que trabalhassem de forma integrada, mas que

a caixa superior tivesse permissão para girar em torno do seu eixo central vertical. Após

muitas tentativas teóricas e seguindo uma sugestão do Sr. Walter dos Santos Sousa6 concluiu-

se que a melhor maneira para solucionar o problema consistia na utilização de um rolamento

cônico como suporte para a caixa superior acoplado no tubo de suporte. Constatada a eficácia

do sistema partiu-se para as demais etapas.

Falta de Laboratórios

O fato de o Campus Universitário de Tucuruí, UFPA não contar com laboratórios

representou uma grande dificuldade, considerando que o sistema foi desenvolvido com

material de refugo que não representam as condições ideais de funcionamento.

6 Professor da Faculdade de Engenharia Mecânica do Campus Universitário de Tucuruí, UFPA.

75

Torneadora

Outra dificuldade a ser considerada consistiu em encontrar uma torneadora com mão-

de-obra qualificada e pessoal disponível a construir o sistema, pois se trata de um trabalho

com recursos muito limitados, principalmente financeiros.

4.3. SISTEMA EÓLICO

O Sistema Eólico consiste na acoplagem de pás de madeira em um aro dianteiro de

bicicleta cargueira metálico. No perímetro da circunferência, há 6 (seis) parafusos fixados e

distribuídos uniformemente com porcas e arruelas de pressão de 10mm de diâmetros que

garantem a fixação das pás como mostra a Figura 47. As pás foram construídas em madeira de

forma artesanal uma a uma, o que reduz muito a garantia de uniformidade das mesmas,

provocando desbalanceamentos consideráveis no sistema.

Figura 47: Hélice que representa o sistema eólico.

Pá da hélice em madeira.

Suporte metálico de fixação da pá da hélice.

Aro de bicicleta para fixação das pás .

76


Construção das pás da hélice

Outra dificuldade considerável consistiu na escolha do material e método de

fabricação das pás da hélice. Pensou-se inicialmente em materiais leves e com boa resistência

mecânica como a fibra de vidro, porém percebeu-se que a utilização desse tipo de material

oneraria muito o projeto inviabilizando sua construção. Partiu-se então para a escolha de um

material mais barato e que exigisse tecnologia construtiva mais barata.

Chegou-se à conclusão de que a madeira apresentava características satisfatórias para

a construção do protótipo, por se tratar de um material com boa resistência mecânica

estruturada pelas suas fibras e que se bem trabalhada poderia apresentar leveza considerável.

Ressalta-se que a madeira não constitui o material ideal para a construção do protótipo, pois

apresenta dificuldade de simetria geométrica e difícil compatibilidade entre as peças

fabricadas que não seguem um dado molde, sendo moldadas uma a uma.

Local de instalação

Encontrar um local nas proximidades e que simulasse as condições do local ao qual o

sistema é proposto constituiu um grande obstáculo, haja vista que é proposto para a região

ribeirinha do baixo Tocantins.

Transporte do Protótipo

Transportar o material constituiu também um obstáculo tendo em vista que o mesmo

tem peso de 211Kg (duzentos e onze quilogramas) e de difícil transporte.

4.4. ESTUDO DE VIABILIDADE DE IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA EM FUNÇÃO

DA VELOCIDADE DO VENTO E DOS TESTES REALIZADOS

A velocidade do vento na região estudada foi identificada pela análise dos dados

disponibilizados pelo INMET - Tucuruí, sendo assim, a seguir será considerado o período de

estudo ao longo de cada mês no ano de 2011, ajudando a perceber qual a funcionalidade e

eficiência do novo sistema em substituição alternativa ao sistema convencional representado

pelo conjunto moto-bomba. Percebe-se que nos meses referentes ao período chuvoso, entre

77

janeiro e junho, a velocidade do vendo é mais baixa. Isso se dá provavelmente pelo fato de

esse período apresentar alta umidade relativa do ar por conta das freqüentes precipitações.

Os dados foram obtidos no INMET - Tucuruí (Instituto Nacional de Meteorologia de

Tucuruí) na estação convencional localizada na cidade de Tucuruí, cujos dados abrangem um

raio de cerca de 80Km. A Figura 48 dá uma boa visão da localização da estação meteorologia

em relação ao local de instalação do protótipo.

Figura 48: Distância em linha reta entre a estação meteorológica ao ponto de instalação do protótipo. Fonte: Adaptado de Google Earth, 2011.

Como se pode perceber na Figura 46, a distância entre a estação meteorológica e o

local de instalação é de aproximadamente 11 quilômetros, portanto são válidos os dados

emitidos pelo INMET – Tucuruí que atendem a um raio de cerca de 80km.

78

As leituras de velocidade do vento são realizadas de forma direta por técnicos do

INMET com o auxilio de um cata-vento tipo Wild, como mostra a Figura 49, que mede a

direção e a velocidade do vento. A direção é dada por uma haste horizontal orientada por um

par de aletas em relação a quatro hastes fixas que indicam os pontos cardeais. As aletas

também mantém a placa de medição da velocidade do vento sempre perpendicular à direção

do vento. A velocidade é obtida a partir da flexão de uma placa retangular móvel em relação à

vertical, sob a ação do vento. A deflexão é medida sobre uma escala de 7 pinos colocados

sobre um arco de metal. A conversão para velocidade do vento é feita pela Tabela 4 abaixo. O

cata-vento é instalado a 6 m de altura.

Figura 49: Cata-vento tipo Wild. Fonte: INMET.

Tabela 4: Tabela para conversão da velocidade do vento (catavento tipo Wild).

PINO Nº 1 2 3 4 5 6 7 8

VELOCIDADE (M/S) 0 2 4 6 8 11 14 20

A velocidade do vento é definida a partir da média de cinco leituras realizada nos dez

minutos que antecedem os horários de leitura (09:00h, 15:00h e 21h) (INMET, 2005).

A seguir vemos uma seqüência de gráficos com a velocidade do vento registrada nos

meses do ano de 2011.

79

O Gráfico 1 mostra a velocidade do vento medida pelo INMET no mês de Janeiro de

2001, apresentando velocidades que variam entre 0 e 3m/s. O horário que apresenta maior

velocidade é o 21:00 horas.

O Gráfico 2 apresenta os dados de velocidades do vento coletados pelo INMET no

mês de Fevereiro de 2011. Os valores registrados variam entre 0 e 2,5m/s, sendo que a maior

variabilidade nos valores se apresenta no horário de 21:00horas.

00,5

11,5

22,5

33,5

1/7/

2011

2/7/

2011

3/7/

2011

4/7/

2011

5/7/

2011

6/7/

2011

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2011

8/7/

2011

9/7/

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10/7

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28/7

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30/7

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011

Vel

ocid

ade(

m/s

)

Dia

Velocidade do Vento(m/s) Janeiro/2011

09:00H

15:00H

21:00H

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1/7/

2011

2/7/

2011

3/7/

2011

4/7/

2011

5/7/

2011

6/7/

2011

7/7/

2011

8/7/

2011

9/7/

2011

10/7

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011

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14/7

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16/7

/201

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011

18/7

/201

119

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011

20/7

/201

121

/7/2

011

22/7

/201

123

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011

24/7

/201

125

/7/2

011

26/7

/201

127

/7/2

011

28/7

/201

1

Vel

ocid

ade(

m/s

)

Dia

Velocidade do Vento(m/s) Fevereiro/2011

09:00H

15:00H

21:00H

Gráfico 2: Velocidade do Vento(m/s) em Fevereiro/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).

Gráfico 1: Velocidade do Vento(m/s) em Janeiro/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).

80


mês de Março de 2011. Os maiores valores registrados variam entre 2,5 e 3m/s, sendo que a

maior variabilidade nos valores se apresenta no horário de 21:00horas.


mês de Abril de 2011. Os maiores valores registrados variam entre 2 e 2,5m/s, sendo que a


00,5

11,5

22,5

3

1/7/

2011

2/7/

2011

3/7/

2011

4/7/

2011

5/7/

2011

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2011

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16/7

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20/7

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24/7

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125

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26/7

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28/7

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30/7

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011

Vel

ocid

adde

(m/s

)

Dia

Velocidade do Vento(m/s) Março/2011

09:00H

15:00H

21:00H

00,5

11,5

22,5

3

1/7/

2011

2/7/

2011

3/7/

2011

4/7/

2011

5/7/

2011

6/7/

2011

7/7/

2011

8/7/

2011

9/7/

2011

10/7

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113

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14/7

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011

18/7

/201

119

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20/7

/201

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011

22/7

/201

123

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011

24/7

/201

125

/7/2

011

26/7

/201

127

/7/2

011

28/7

/201

129

/7/2

011

30/7

/201

1

Vel

ocid

ade(

m/s

)

Dia

Velocidade do Vento(m/s) Abril/2011

09:00H

15:00H

21:00H

Gráfico 4: Velocidade do Vento(m/s) em Abril/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).

Gráfico 3: Velocidade do Vento(m/s) em Março/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).

81


mês de Maio de 2011. Os maiores valores registrados variam entre 2 e 2,5m/s, sendo que a


Gráfico 5: Gráfico 5: Velocidade do Vento(m/s) em Maio/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).


mês de Junho de 2011. Pode-se perceber que o horário de 15:00 horas apresenta baixa

variabilidade em relação aos demais, chegando a registrar 2,5m/s.

Gráfico 6: Velocidade do Vento(m/s) em Junho/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).

00,5

11,5

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5/20

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31/0

5/20

11

Vel

ocid

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(m/s

)

Dia

Velocidade do vento (m/s) no mês de maio/2011

09:00H

15:00H

21:00H

00,5

11,5

22,5

3

01/0

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1102

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2011

03/0

6/20

1104

/06/

2011

05/0

6/20

1106

/06/

2011

07/0

6/20

1108

/06/

2011

09/0

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1110

/06/

2011

11/0

6/20

1112

/06/

2011

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1114

/06/

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1116

/06/

2011

17/0

6/20

1118

/06/

2011

19/0

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21/0

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2011

23/0

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1124

/06/

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25/0

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1126

/06/

2011

27/0

6/20

1128

/06/

2011

29/0

6/20

1130

/06/

2011

Vel

ocid

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(m/s

)

Dia

Velocidade do vento (m/s) no mês de Junho/2011

09:00H

15:00H

21:00H

82


mês de Julho de 2011. Pode-se perceber a partir da leitura do gráfico que o horário 15:00horas

apresenta baixa variabilidade em relação aos demais horários.

Gráfico 7: Velocidade do Vento(m/s) em Julho/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).

O Gráfico 8 apresenta os dados de velocidade do vento coletados pelo INMET no

mês de Agosto de 2011. Neste caso é destacável a proximidade nos valores de velocidade do

vento nos horários de 09:00horas e 15:00horas.

Gráfico 8: Velocidade do Vento(m/s) em Agosto/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).

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1

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011

30/7

/201

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/7/2

011

Vel

ocid

ade

(m/s

)

Dia

Velocidade do vento(m/s) Julho/2011

09:00H

15:00H

21:00H

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1/7/

2011

2/7/

2011

3/7/

2011

4/7/

2011

5/7/

2011

6/7/

2011

7/7/

2011

8/7/

2011

9/7/

2011

10/7

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011

12/7

/201

113

/7/2

011

14/7

/201

115

/7/2

011

16/7

/201

117

/7/2

011

18/7

/201

119

/7/2

011

20/7

/201

121

/7/2

011

22/7

/201

123

/7/2

011

24/7

/201

125

/7/2

011

26/7

/201

127

/7/2

011

28/7

/201

129

/7/2

011

30/7

/201

131

/7/2

011

Vel

ocid

ade(

m/s

)

Dia

Velocidade do Vento(m/s) Agosto/2011

09:00H

15:00H

21:00H

83


mês de Setembro de 2011. É destacável neste gráfico o fato de os maiores valores serem

registrados no horário de 09:00horas.

Gráfico 9: Velocidade do Vento(m/s) em Setembro/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).


mês de Outubro de 2011. Neste período o horário de 15:00horas apresenta menor

variabilidade em relação aos demais horários.

Gráfico 10: Velocidade do Vento(m/s) em Outubro/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).

00,5

11,5

22,5

3

1/7/

2011

2/7/

2011

3/7/

2011

4/7/

2011

5/7/

2011

6/7/

2011

7/7/

2011

8/7/

2011

9/7/

2011

10/7

/201

111

/7/2

011

12/7

/201

113

/7/2

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14/7

/201

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011

16/7

/201

117

/7/2

011

18/7

/201

119

/7/2

011

20/7

/201

121

/7/2

011

22/7

/201

123

/7/2

011

24/7

/201

125

/7/2

011

26/7

/201

127

/7/2

011

28/7

/201

129

/7/2

011

30/7

/201

1

Vel

ocid

ade(

m/s

)

Dia

Velocidade do Vento (m/s) Setembro/2011

09:00H

15:00H

21:00H

00,5

11,5

22,5

01/1

0/20

1102

/10/

2011

03/1

0/20

1104

/10/

2011

05/1

0/20

1106

/10/

2011

07/1

0/20

1108

/10/

2011

09/1

0/20

1110

/10/

2011

11/1

0/20

1112

/10/

2011

13/1

0/20

1114

/10/

2011

15/1

0/20

1116

/10/

2011

17/1

0/20

1118

/10/

2011

19/1

0/20

1120

/10/

2011

21/1

0/20

1122

/10/

2011

23/1

0/20

1124

/10/

2011

25/1

0/20

1126

/10/

2011

27/1

0/20

1128

/10/

2011

29/1

0/20

1130

/10/

2011

31/1

0/20

11Vel

ocid

ade

(m/s

)

Dia

Velocidade do vento(m/s) no mês de Outubro/2011

09:00H

15:00H

21:00H

84


mês de Novembro de 2011. Neste caso é perceptível baixa variabilidade nos valores

representados pelo horário de 15:00horas maiores variações no horário de 21:00horas.

Gráfico 11: Velocidade do Vento(m/s) em Novembro/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).


mês de dezembro de 2011. Este gráfico apresenta os dados até o dia dez do mês de dezembro.

Gráfico 12: Velocidade do Vento(m/s) em Dezembro/2011 - Fonte: (INMET - Tucuruí).

00,5

11,5

22,5

33,5

01/1

0/20

1102

/10/

2011

03/1

0/20

1104

/10/

2011

05/1

0/20

1106

/10/

2011

07/1

0/20

1108

/10/

2011

09/1

0/20

1110

/10/

2011

11/1

0/20

1112

/10/

2011

13/1

0/20

1114

/10/

2011

15/1

0/20

1116

/10/

2011

17/1

0/20

1118

/10/

2011

19/1

0/20

1120

/10/

2011

21/1

0/20

1122

/10/

2011

23/1

0/20

1124

/10/

2011

25/1

0/20

1126

/10/

2011

27/1

0/20

1128

/10/

2011

29/1

0/20

1130

/10/

2011

Vel

ocid

ade

(m/s

)

Dias

Velocidade do Vento(m/s) em Novembro/2011.

09:00H

15:00H

21:00H

00,5

11,5

22,5

Vel

ocid

ade

(m/s

)

Dia

Velocidade do Vento(m/s) em Dezembro/2011

09:00H

15:00H

21:00H

85

Pela análise do Gráfico 13, verificou-se que a média de velocidade do vento

registrado pelo INMET variou entre 0,5 e 2m/s no ano de 2011.

A partir desta análise, pode-se inferir que as médias de velocidade do vento não

constituem parâmetros seguros na avaliação da eficiência do sistema elevatório, tendo em

vista que a proposta de instalação do sistema prevê sua permanência de funcionamento,

aproveitando as máximas de velocidade vistas nos gráficos de cada mês.

Os testes com o protótipo foram realizados nos dias e intervalos expostos na Tabela 5

no período da manhã, apresentando resultados satisfatórios no tocante a vazão para os

intervalos de coleta. A escolha do horário se deu por se tratar do momento em que enquadra a

realização das leituras de velocidade do vento pelo INMET. A não padronização dos

intervalos de tempo se deu pelo fato de se tratar de um trabalho de campo que depende de

muitas variáveis, porém tentou-se aproximar-se ao máximo dos instantes em que são

realizadas as coletas das velocidades do vento pelo INMET. Entre as adversidades

mencionadas acima, está a permissão de acesso ao local de testes pelo proprietário, que se

restringiu ao período da manhã, além da disponibilidade do caseiro para que pudesse liberar o

acesso à área de testes que em algumas situações causou interferência nos horários de testes.

A Tabela 5 mostra a eficiência do sistema nos dois intervalos.

00,5

11,5

2

Vel

ocid

ade(

m/s

)

Mês

Médias mensais de velocidade do vento(m/s)/2011

09:00H

15:00H

21:00H

Gráfico 13: Média mensal da velocidade do vento no ano de 2011.

86

Tabela 5 - Resultados dos testes realizados com o protótipo.

Data Intervalo - Hora Vazão total (l) Vazão (l/min) Vazão (l/s) Velocidade do

vento (m/s)

25/11/2011 8:30 – 09:00 480 16 0,266 1,6

25/11/2011 09:00 – 09:30 456 15,2 0,253 1,6

27/11/2011 08:00 – 8:30 180 6 0,1 1,6

27/11/2011 08: 40 – 9:20 149,4 4,98 0,083 1,6

30/11/2011 08:10 – 08: 40 228 7,6 0,126 1,5

30/11/2011 08:40 – 09:10 330 11 0,183 1,5

Considerando a velocidade do vento e vazão nas datas e horários (intervalos) de

testes do protótipo (1,6 e 1,5m/s) como mostra a Tabela 5, pode-se verificar que o intervalo

em destaque é o que mais se aproxima do intervalo de leitura do INMET (08h50min-

09h00min horas), porém, pode-se inferir ainda que há uma variabilidade considerável nos

valores de vazão para velocidades do vento iguais. Isso se deve ao fato da grande

variabilidade na velocidade do vento, ou seja, sua velocidade não é constante ao longo do

tempo devido aos mais variados fatores mencionados no capitulo dois e entre outros, os quais

definem o regime dos ventos. Considerando os dados de velocidade do vento coletados pelo

INMET são de instantes isolados em uma média de cinco leituras a cada dois minuto em um

intervalo de dez minutos antes do horário de coleta definido de pelo INMET, portanto não

contemplam essa variabilidade. No sentido de explicar melhor essa variabilidade dos

resultados, foram realizados testes considerando intervalos de dez minutos como pode ser

visto na Tabela 6.

Tabela 6: Resultados dos testes realizados com o protótipo.

Data Intervalo - Hora Vazão total (l) Vazão (l/min) Vazão (l/s) Velocidade do

vento (m/s)

08/12/2011 8:30 – 08:40 45 4,5 0,075 1,5

08/12/2011 08:40 – 08:50 52 5,2 0,086 1,5

08/12/2011 08:50 – 09:00 68 6,8 0,113 1,5

08/12/2011 09: 00 – 9:10 90 9,0 0,15 1,5

08/12/2011 09: 10 – 9:20 50 5,0 0,083 1,5

08/12/2011 09: 20 – 9:30 60 6,0 0,1 1,5

08/12/2011 09: 30 – 9:40 88 8,8 0,1466 1,5

Os resultados dos testes expostos na Tabela 6 mostram a variabilidade nos resultados

da vazão para a mesma velocidade do vento oficial definida pelo INMET através de leituras.

Considerando os resultados expostos na Tabela 6, conclui-se que o valor de velocidade do

87

vento que valida a eficiência do sistema se encontra na linha destacada da Tabela 6 (1,5 m/s)

que corresponde ao momento em que é realizada a leitura de velocidade do vento pelo

INMET (08:50 – 09:00 horas). Considerando que a leitura é definida a partir de uma média de

cinco leituras, pode-se concluir ainda que há instantes dentro do intervalo de leitura que

podem apresentar picos de velocidade do vento, o que aumentaria a eficiência do sistema

elevatório considerando intervalos menores.

Considerando uma análise mais aprofundada dos gráficos que apresentam a

velocidade do vento em cada mês e considerando o estudo dos dados apresentados nas tabelas

de testes do sistema pode-se inferir que há garantias de funcionamento do sistema durante

todo o ano, reforçando assim a viabilidade de implantação do mesmo, sendo um sistema que

apresenta custo mínimo de operação e que se utiliza de uma fonte de energia renovável e

limpa.

Considerando os materiais empregados, os gastos com operação se resumem a

lubrificação dos componentes do sistema mecânico, a troca de cilindros de borracha da corda

e até mesmo do fio do sistema hidráulico, entre outros.

Sob a ótica econômica percebeu-se diferenças de custo entre a construção do

protótipo com custo total de R$ 1011,30 (mil e onze reais e trinta centavos) e a instalação do

sistema moto-bomba convencional com custo total R$ 650,00 (seiscentos e cinqüenta reais).

Pode-se salientar também, como elemento adicional ao custo, a necessidade de combustível

para o funcionamento do sistema convencional. Sendo assim, verificou-se que o protótipo

apresentou um maior custo. Como explicação para isso, pode-se considerar o fato de ter sido

construída uma única unidade do protótipo, sendo que se o mesmo fosse construído em série

apresentaria custo final reduzido.

Um fator positivo a ser considerado é o tempo de funcionamento do sistema

elevatório proposto neste trabalho, que permite o bombeamento sempre que o vento atingir

velocidade mínima para funcionamento do sistema. Sendo assim, o sistema apresenta

possibilidade de abastecimento de água para mais de uma família com dez pessoas, caso conte

com maiores reservatórios para aproveitamento de toda a água bombeada.

88

5. CONCLUSÃO

Concluí-se, pois que a implantação do projeto é viável tanto do ponto de vista,

econômico, considerando custos de operação, quanto construtivo, e também do ponto de vista

de eficácia no abastecimento de uma unidade familiar. É importante frisar que os testes foram

realizados com o sistema funcionando em condições muito desfavoráveis, como exemplo,

altura de instalação, de doze metros, que devido a topografia do local não ultrapassa a

rugosidade do terreno, materiais empregados na construção do protótipo que não apresentam

condições ideais, entre outras. Esta análise reforça a idéia de que com todos os devidos ajustes

a serem implementados alcançar-se-ia resultados muito mais satisfatórios.

Outro aspecto importante está relacionado à qualidade do material empregado na

fabricação do protótipo, que em sua grande maioria não apresenta condições ideais de uso e

acabam provocando perdas sérias nos resultados. Essas perdas podem ser percebidas na falta

de alinhamento de eixos, folga de rolamentos, peso das engrenagens etc.

O fato de se trabalhar com material de refugo é um aspecto destacável, pois a maior

parte do material já se desgastou muito no decorrer da sua vida de uso. Os rolamentos,

engrenagens, eixos de transmissão de movimento são exemplos de materiais que já não

conferem a mesma qualidade de quando eram novos. Problemas como falta de alinhamento

dos eixos, folga nos rolamentos acabam provocando também o desequilíbrio da estrutura

mecânica em geral.

A hélice de captação de energia eólica também não confere características suficientes

a fim de se garantir o melhor aproveitamento do potencial eólico do local, tendo em vista que

a fabricação se deu de forma rústica e de material que não é o mais indicado a esse tipo de

utilização.

O protótipo foi instalado para teste a uma altura de 12 metros, que não é a mais ideal

para área de estudo, pois não chega a ultrapassar os limites de rugosidade do relevo para um

bom aproveitamento do potencial eólico da região. Isso se deve ao fato da não disponibilidade

de uma estrutura de suporte com altura suficiente para um melhor aproveitamento do vento.

Acredita-se que o desenvolvimento deste projeto com funcionamento comprovado

mesmo trabalhando em condições desfavoráveis constitui um ponto de partida sólido no

tocante a solução de um problema social que poderá motivar novas pesquisas para

melhoramento do sistema além do aprimoramento do mesmo com maior abrangência de

estudos.

89

Deve-se ainda reforçar a idéia de implantação do projeto como política pública, que

venha abranger o maior número possível de residências de forma individual, que não seja de

maneira centralizada, através da construção de unidades do sistema elevatório, de modo

socializar ao máximo o abastecimento.

É importante ressaltar a necessidade de um estudo de adaptação do sistema para a

região a qual é sugerido, pois peculiaridades regionais como, por exemplo, o relevo influencia

diretamente na eficiência do novo sistema.

5.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

A partir da bibliografia consultada, do aprendizado adquirido no desenvolvimento do

trabalho e dos resultados obtidos, propõem-se algumas sugestões para trabalhos futuros:

Diagnóstico do potencial eólico regional;

Estudo de viabilidade econômica para implantação do sistema elevatório mostrado

neste trabalho;

Associação do sistema elevatório mostrado neste trabalho a um sistema de tratamento

de água;

Estudo de funcionalidade do sistema eólico com adequação através da escolha de

novos materiais;

Estudo do sistema de engrenagens no sentido de melhorar a funcionalidade do sistema;

Desenvolvimento de um dispositivo de frenagem do cata-vento acionado através da

bóia da caixa d’água.

90

6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA AMARANTE, O.A.C. Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, Brasília, Brasil, 2001. AZEVEDO, N. J. M., et al. Técnica de Abastecimento e Tratamento de Água. São Paulo: CETESB, 1976. BERNAT, C. Práticas de abastecimento de água no município de Pintadas, BA. Rio de Janeiro: AS-PTA - Acessoria e Serviços a Projetos em Agricultura alternativa, 1992. BROWER, M., ZACK, J., SÁ, A. L. Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, Brasília, Brasil, 2001. BRUNI, C.D. Otimização de sistema de bombeamento com energia eólica: sistema de bombeamento de São Gabriel-BA – Natal, RN, 2007. BONO, L., 2006. Abastecimento de Água para o Consumo Humano, 1976. BUENO, J. E. ; SOUZA, M. T. Bombeamento de Água e Geração de Energia utilizando Catavento, UNESP-SP, 2005. BURGUEÑO, L. E. T.; SILVA, J. B. O uso da energia eólica no bombeamento d’água, em Pelotas, RS. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Santa Maria, 2003, v. 11, n. 2, p. 167-172. CASTRO, R.M. G. Energias Renováveis e Produção Descentralizada - Universidade Técnica de Lisboa – Portugal, 2009. COLLE, S., RUTHER, R., MESQUITA, L., et al. Fontes não-convencionais de Energia, 2000. CORTIS, R. B. Probabily Models for live-load Survy Results, 1977. CRESESB - Centro de Referência para Energia Solar e Eólica. Disponível em <http://www.cresesb.cepel.br/tutorial/tutorial_eolica_2008_e-book.pdf>, acessado em 18/10/2011. CURY, S. G. Guia do Marceneiro, 1999; disponível em:www.guiadomarceneiro.com/cupiuba; acessado em 10/12/2011. CUSTÓDIO, R. S. Energia Eólica para Produção de Energia Elétrica. Rio de Janeiro, 2007. DUTRA, R. M.; TOLMASQUIM, M. T. Viabilidade Técnico-Econômico da energia Eólica Face ao Novo Marco Regulatório do Setor Elétrico Brasileiro, 2001. ELDRIGE, F.R. Wind machines. Van Nostrand, energia - as tecnologias solar, eólica e de biomassa. 3 ed. Florianópolis, 1980.

91

FEITOSA, E.A.N, et al. Panorama do Potencial Eólico no Brasil, Projeto BRA/00/29: Capacitação do Setor Elétrico Brasileiro em Relação à Mudanças Global do Clima, ANEEL, Brasília, Brasil, Dupligráfica, 2002. FORTUNA. Moinhos a Vento, 2004. Disponível em: <http://www.cataventosfortuna.com.br>. Acessado em: 8 Agosto de 2011. GASH, R.; Twele, J. Wind Power Plants: Fundamentals, Design, Construcion and Operation. Solarpraxis AG., 2002. GRAHAM, I. Histórico dos Moinhos de Vento, Rio de Janeiro, RJ – Brasil, 1999. GRISMER, L. Ciclo Vivo, 2011. Disponivel em <http://www.ciclovivo.com.br/noticia.php/2119/engenheiro_sueco_aproveita_calor_humano_para_suprir_energia_em_edificio/> , Postado em 02/03/2011 às 10h40, acessado em 09/12/2011. HANSEN, M. O. L. Basic Rotor Aorodynamics applied to Eind Turbines. Departament of Energy Engineering Fluid Mechanics, Technical University of Denmark, January, 1998. HASSAN, G.. Ventos do Brasil, 2011. Disponível em: http://ventosbrasil.com/historico.html acessado em 18/10/2011. HEIDOM, K. C. The weather doctor. Sea and land breezes, 1998. HELLER, L. Abastecimento de Água para o Consumo Humano. UFMG. Belo Horizonte, 2006. HIRATA, M.H. O Aproveitamento da Energia Eólica no Meio Rural. Rio de Janeiro, COPPE-UFRJ, 1990. HOBBS, P. V. Atmosphesric Science and Introductory Survey. Academy Press, ISBN 1-12-732950-1, 1977. NASCIMENTO, N. O. Saneamento. in DPE/BDMG(org.) Minas Gerais do Século XXI. Belo Horizonte: Rona Editora, 2002. P. E. R. – Portal de Energias Renováveis. Disponivel em http://www.energiasrenovaveis.com/DetalheConceitos.asp?ID_conteudo=10&ID_area=3&ID_sub_area=6, acessado em 18/10/2011. ORTIZ, L. S. Seminário Internacional Fontes Alternativas de Energia e Eficiência Energética – Opção para uma política sustentável no Brasil. Brasísia-DF, Brasil, 2002. PATEL, M.R., , Wind and Solar Power System, Boca Raton, Florida, CRC Press LLC, 1999. PEREIRA, A.L., et al. Panorama do Potencial Eólico no Brasil, Projeto BRA/00/29: Capacitação do Setor Elétrico Brasileiro em Relação à Mudanças Global do Clima, ANEEL, Brasília, Brasil, Dupligráfica, 2002.

92

PETERSEN, E.L. European Wind Atlas. 1 ed. Roskilde, National Laboratory, 1989. PRINCE, A. A. Abastecimento de Água para Abastecimento Humano, UFMG, 2006. SEINFELD, J.H. “Air Pollution Meteorology”. Atmospheric Chemistry and Physic of Air Pollution, John Willey & Sons, New York, 1986. SPERA, D.A. (ed.) Wind Turbine Technology - Fundamental Concepts of Wind Turbine Engineering. 1 ed. New York, ASME Press, 1994. TROEN, I., PETERSEN, E.L. European Wind Atlas. 1 ed. Roskilde, National Laboratory, 1989. VELHO, A. Moinhos de Vento. Produzido em Joomla, 2009. Disponível em <http://alvarovelho.net/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=707>, acessado em 05/11/2011. WIKIPÉDIA. Vento. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_e%C3%B3lica#Refer.C3.AAncias>, acessado em 05/11/2011.

93

ANEXO A – CÁLCULO DE DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA MOTO-BOMBA

Dimensionamento de um conjunto moto-bomba para uma unidade familiar com dez pessoas de acordo com o Manual de Hidráulica de Azevedo Neto, 2006.

Determinação da demanda ou vazão, considerando uma residência:

= (86400)

= 10(120

86400)

= , /

O valor encontrado de Dr equivale a um dia inteiro de funcionamento do conjunto

moto-bombo, porém consideraremos para efeito de cálculo meia hora diária de funcionamento

e armazenamento de água para dois dias.

= 10(120 × 2

1800 × 0,65)

= , /

Portanto a vazão Q = 2,05l/s.

Determinação do diâmetro de recalque

= 1,3 × √

94

= 1,3 0,00205 × 0,0208

= 0,022

=

Portanto adotamos D = 25mm para o recalque, e como determina a norma xxxxxx

adotamos um diâmetro imediatamente acima para a sucção. Portanto Dsucção = 32mm.

Partiremos agora para o cálculo da altura manométrica:

= + (ℎ )

Definiremos inicialmente as perdas de carga na sucção e no recalque:

Perda de carga na sucção:

Válvula de pé com crivo =15,5m de canalização

Curva 90º =0,7m de canalização

Canalização de sucção =3m de canalização

Canalização virtual =19,2m de canalização

A determinação de j para a vazão (Q) de 2,05l/s e D=32mm, segundo o ábaco j=0,23

m/m

Portanto:

95

ℎ = 19,2 × 0,23

= ,

Perda de carga no recalque:

Válvula de retenção =3,8m de canalização

2 curvas de 90º =1,2m de canalização

Registro de gaveta aberto =0,3m de canalização

Saída de canalização =1,3m de canalização

Canalização de recalque =10m de canalização

Canalização virtual =16,6m de canalização

A determinação de j para a vazão de 2,05l/s e D=25mm, segundo o ábaco j=0,65

m/m

ℎ = 16,6 × 0,65

= ,

Portanto:

= +

= 10 + 3

96

=

= + (ℎ )

= 13 + 15,206

= ,

Considerando = / ³e o rendimento do conjunto ( ) =

%, :

= 75

=1000 × 0,00205 × 28,206

75 × 0,7

=57,8223

52,5

= ,

97

ANEXO B – TABELA DE PERDAS DE CARGA LOCALIZADAS

Tabela de perda de carga localizada. Equivalência em metros de PVC ou Cobre. Fonte: Manual de Técnico Shneider, 2010.

98

ANEXO C – ÁBACO PARA DETERMINAÇÃO DA PERDA DE CARGA AO LONGO DA TUBULAÇÃO

Ábaco de Fair – Wipple – Hsiao para determinação da perda de carga ao longo da tubulação.

99

ANEXO D - ESPECIFICAÇÃO DA MADEIRA UTILIZADA NA CONSTRUÇÃO DAS

PÁS DA HÉLICE

CUPIÚBA

Nome Científico:

Goupia glabra AubI., Goupiaceae.

Outro nomes e Espécies Afins:

No Maranhão é conhecida por Cachaceiro, e no Mato Grosso por Peroba do norte.

Descrição da Árvore:

Árvore de grande porte, atingindo normalmente de 25 a 30 metros de altura e de 80 a

120 cm de diâmetro.

Sua casca é fibrosa, de superfície escamosa.

Características da Madeira:

Cerne bege-rosado a acastanhado, uniforme, ou as vezes com veios mais escuros,

pardo rosados; alburno não muito diferenciado.

Apresenta cheiro característico e desagradável quando verde, gosto imperceptível.

Região de Ocorrência:

Ocorre em matas de terra firme em toda a região Amazônica, tanto em terrenos

arenosos como argilosos.

Propriedades Físico-Mecânicas:

A madeira de Cupiúba é pesada e apresenta retratibilidade volumétrica e resistência

mecânica médias. Boa resistência ao apodrecimento.

Comportamento Durante a Secagem:

Seca lentamente ao ar livre, sem muitos problemas de rachaduras ou empenamentos.

Na secagem em estufa apresenta ligeira incidência de defeitos.

100

Trabalhabilidade:

De fácil trabalhabilidade com ferramentas manuais ou com máquinas.

Fácil de serrar, aplainar, tornear, colar e parafusar.

O uso de pregos sem furação prévia pode provocar rachaduras. Recebe bom

acabamento.

Indicações de Uso:

Em construções externas como estruturas, postes, moirões, dormentes, cruzetas; em

construções internas como vigas, caibros, ripas, tacos e tábuas de assoalho, marcos ou

batentes de portas e janelas; mobiliário de madeira sólida, torneados, carrocerias, etc.

Tabela 7: Características da Cupiúba. Fonte: Cury (1999).

Massa específica g/cm³ kg/m³

Aparente(15% de umidade) 0,87 870

Básica 0,71 710

Retração Total Radial Tangencial Volumétrica

(%) 4,8 9,1 16,1

Índice tangencial/radial = 1,90

Resistência Mecânica (kgf/cm²) Madeira Verde A 15% de umidade

Compressão axial 518 685

Flexão estática 986 1.245

Tração normal 69 -

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