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Desenvolvimento Teste Desenvolvimento de uma Bancada para o

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1. r 8 Figura 2 3 Efeito no perfil de velocidade e turbul ncia provocados pela obstru o de um edif cio 9 Figura 2 4 rea a evitar no seguimento de um edif cio no mesmo rumo do vento predominante 9 Figura 2 5 Exemplo qe um cata vento artesanal L L V Ele 11 Figura 2 6 Exemplo de um cata vento mec nico com 12 Figura 2 7 Sensor de monitoriza o do vento mec nico ccccconccnnccnocnnnnonanonnnnnncnnnnnncnnnnnonnnonanonononanos 14 Figura 2 8 Sensor de monitoriza o do vento ultra s nico 3D da 15 Figura 2 9 Utiliza o do cata vento para o estudo do clima nos oceanos 17 Figura 2 10 Calibra o do cata vento modelo Compact da THIES no t nel de vento 18 Figura 2 11 Man metro dinamometrico de aplica o no leme dos cata ventos 20 Figura 2 12 Exemplo da bancada de verifica o de cata ventos da YOUNG USA 21 Figura 3 1 Cata vento modelo First Class da THIES 25 Figura 3 2 Catavento modelo Classic da THIES vida 26 Figura 3 3 Cata vento modelo Compact da THIES oooccnccnnccnnnnnincnnnonanonnnnnnonnnonarononaronn
2. p mom _ OE agarra classic wass HANA e ET 11 oo Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos LHLESS OTHERWISE SPECIFIEDE DIMENSIONS ARE IM MILLIMETERS SURFAT AIMISH L ss oa O usar DWG NO Ad ee Aluminio MN _ quem OO sense 11 al Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos wa fg N O LO DO NOT SCALE DRAWING a ons No Aluminio agarra tirstclass TT E E E 117 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Anexo B Relat rio de verificac o do cata vento 119 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Relat rio de verificac o de cata vento Procedimento de test Test procedure Os dados demonstrados em forma tabelar e gr fi e do sensor encoder evidenciando o maior erro Verificac o de cata vento Wind vane test Fabricante e modelo N mero de s rie 0103782 Client Data pa 25 06 2010 17 44 42 O C O Test number T cnico respons vel pelo teste Date Test performed by s Ricardo Gon alves Unidade de Energia e Ambiente XXX 10 CTV INEGI Instituto de Engenharia Mec nica e Gestao Industrial Campus FEUP Rua Dr Roberto Frias 400 4200 465
3. High 2 wer oo turbulence yet ac ve et a pan a m quod ae ai me qi 4 Figura 2 3 Efeito no perfil de velocidade e turbul ncia provocados pela obstruc o de um edificio Fonte Wind Energy Fundamentals Resource Analysis and Economics 2006 Os efeitos provocados pelos obst culos de menor dimens o s o considerados nulos ap s uma distancia horizontal de 15 vezes a altura do obst culo figura 2 3 onde o perfil de velocidades ser semelhante ao inicial e a pot ncia extra vel n o sofrer alterac es O estudo e conhecimento do rumo predominante do vento v o condicionar a planificac o da disposic o das torres em relac o s dist ncias que estas se devem situar aos obst culos MANWELL 2009 Prevailing wind Region of highly disturbed Figura 2 4 rea a evitar no seguimento de um edif cio no mesmo rumo do vento predominante Fonte http www peifa ca ul Fundamentals 200f 20Wind 20Energy pdf A planifica o da disposi o dos v rios aerogeradores mesmo um dos desafios t cnicos na elabora o do projecto de um parque e lico O local onde s o colocadas e o espa o entre elas s o os principais aspectos a considerar O primeiro est relacionado com a quantidade do recurso dispon vel ao longo do terreno no qual o parque est a ser projectado fruto da orografia do terreno e da presen a de obst culos tal como ante
4. Figura 2 1 Distribui o da frequ ncia de ocorr ncia do vento da velocidade m dia em cada sector Atrav s destes dados constr i se um outro gr fico relativo a distribui o da energia em cada sector figura 2 2 resultado da multiplicac o da frequ ncia de incid ncia do vento de um determinado sector com o cubo da velocidade m dia do mesmo sector Ao sector que apresenta a maior frequ ncia de ocorr ncia de vento corresponde o que se chama rumo dominante O sector que apresenta o conte do mais energ tico corresponde o que se chama de rumo mais energ tico De referir que estes dois sectores podem n o coincidir MATHEW 2006 Figura 2 2 Distribuic o da energia contida em cada sector O terreno influencia de forma determinante o escoamento atmosf rico Seja pelas caracter sticas da sua cobertura em que rvores ou arbustos actuam como obst culos de menor dimens o ou por se tratar de lagos ou reas constru das reas mais abertas a cobertura do solo define a rugosidade da superf cie afectando o escoamento Por outro lado as caracter sticas orogr ficas do terreno montanhas vales plan cies surgem como obst culos de maior dimens o que condicionam de forma significativa o rumo e intensidade do vento Junto ao topo de uma montanha o vento acelera enquanto num vale a velocidade menor 8 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos
5. dever se definir um intervalo de tempo representativo isto superior ao per odo das oscila es de baixa frequ ncia com uma taxa de aquisi o suficiente que permita obter uma recolha de pontos que representem todas as posic es Para a recolha dos dados montou se o cata vento conforme mostra a figura 5 4 ligou se o t nel de vento e mediram se as condic es ambiente tais como temperatura e press o atmosf rica para se proceder ao c lculo da massa vol mica e da velocidade do ar Durante todo o teste s foi utilizada uma velocidade O posicionamento angular do cata vento aqui nao toma import ncia apenas necess rio garantir que o seu corpo n o se mova nem rode Na tabela 9 especificam se as condic es de ensaio Tabela 5 5 Condic es do teste din mico Press o atmosf rica al ann 98760 48 Pa Temperatura C Massa volumica ar 1 152 kg m3 Pressao din mica Pa Velocidade 10 03 m s 74 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos A massa volumica p foi obtida a partir da equac o dos gases perfeitos Sas Patm p E Rar x Las e a velocidade u fo dada por 2 x Ap u Onde a press o din mica medida atrav s de um tubo de Pitot est tico Utilizou se o programa elaborado em LabVIEW para efectuar a recolha de dados Aqui foram utilizadas v rias frequ ncias de amostragem indo dos 10 Hz at os 1000 Hz e v rios per odos temporais d
6. o devem ser seleccionados e adquiridos O controlo de posicionamento do motor deve ser efectuado usando uma aplicac o informatica que permita tamb m ler a posi o angular do motor e o valor de sa da do cata vento comparando os dois sinais de forma a descobrir o erro em relac o ao valor verdadeiro posi o do motor A aplica o inform tica deve ser capaz de controlar o n mero de sectores em que uma rotac o de 360 vai ser dividida Os resultados obtidos pelo teste t m de ser apresentados numa tabela e num gr fico e depois ser exportados para um ficheiro Microsoft Office Word A bancada desenvolvida deve ser o mais poss vel a prova de erro humano O comportamento dos cata ventos deve ser estudado quando ele se encontra sob o efeito de um escoamento verificando a sua resposta utilizando o t nel de vento para criar o escoamento Este trabalho tenta preencher uma lacuna existente em ind strias que utilizam instrumentos de medic o Ap s a aquisic o e utilizac o dos instrumentos as suas caracter sticas v o sendo alteradas sendo necess rio aferir se os valores por estes lidos se afastam do valor real mais do que o estipulado pelo fabricante O m todo mais acess vel e a que primeiramente se recorre a comparac o do sinal de sa da com um padr o por meios manuais de baixa precis o e que serve apenas como meio de expedito de avaliar superficialmente a exactid o de um aparelho de medida A alternativa apresentada cons
7. 3 Perasperfilalum nio 4 Ps I 33 MM Motor oa x 3 Chapamotor O 30 Fonteenergiazav ft Prive motor 1 2 ParafusoCHOM3x8 x 02 ParafusoCHCM63 A 26 ParafusocHMaxi6 a 25 Garra 24 ParafusoCHCM6x35_ 4 o O Bra oemperfilaluminio 1 x 2 ParafusocHoMaxo 3 a Cataentoclassic 1 S Suporte classic Suporte first class o 18 ParafusoCHCM3x5 o 17 Conectorbase o 16 Chapaconector x I5 Rolamento61805 x 416 ca o ParafusocHcM3x10 o 2 Anelel stico2s aa Suporte E _ __ 8 T _ SS po a EEE tf Set screw M4x8 Parafuso CHC M5x16 Base Parafuso CHC M4x10 Agarra compact Agarra first class Parafuso CHC M4x12 Agarra classic a Cata vento classic 20 19 18 17 16 15 13 12 11 10 7 3 2 1 Numero Nome _ Quantidade Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos UNLESS OTHERWISE SPEC RIED DIMENSIONS ARE IN MILUMETERS NO MOT SCALP DRAWN SURFACE FINISH WEES TOLERANCES F LINEAR AMGLLAR 1 ea barra motor Aluminio II pe CEIC 93 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos base Co sg wa MATERIAL Aluminio j seama O emon O O DO NOT SCALE DRAWING 95 Desenvolvimento de uma bancada par
8. A exactid o que os seus cata ventos devem apresentar de 3 A verifica o na torre deve ser efectuada sempre que o sensor instalado independentemente de qualquer verifica o anterior Esta averigua o incide em dois pontos a for a necess ria para movimentar o leme do cata vento e o sinal de sa da do cata vento A primeira verifica se quando o vento est calmo soprando se suavemente no leme tentando se observar movimentos irregulares ou zonas em que necess rio exercer mais for a para o leme rodar A segunda consiste em alinhar o leme com v rios pontos de refer ncia tais como os pontos cardeais ou atrav s de uma b ssola e comparar com o sinal de sa da De referir que o INEGI executa esta verifica o atrav s da coloca o de uma pe a met lica divida em v rios sectores 19 em cima do leme do cata vento e o operador vai rodando o leme pelos pontos definidos e compara com o sinal lido no data logger Para a verificac o em bancada o sensor retirado da torre e colocado em bancadas de teste Sao efectuadas verificac es aos dois pontos descritos anteriormente forca para rodar o leme e direcc o Para o primeiro ponto o sensor colocado numa superf cie lisa para se verificar a sua verticalidade ajustando se for necess rio Ap s esta verifica o monta se o sensor na bancada de teste e coloca se na sua parte superior o medidor de bin rio figura 2 11 aplicando se de seguida uma forca constante na mola d
9. o do encoder e do cata vento pode ser visualizada nos respectivos displays e para uma maior percep o do estado do teste existe ainda um demonstrador gr fico que indica a posi o lida pelo encoder Quando os 360 s o percorridos o led Efectuando teste desligado e dada ordem para a constru o da tabela de resultados e do respectivo gr fico Quando estes est o completos o led Teste conclu do ligado e o operador pode abrir a p gina dos resultados 55 Figura 4 17 P gina de Teste do painel frontal do programa do teste autom tico Na p gina seguinte encontra se toda a informac o necess ria a ser guardada no relat rio de certificac o figura 4 18 Esta p gina tem o intuito de compilar a informac o relevante que val ser transportada para o relat rio tais como as informa es do cata vento condi es ambientais e os resultados em forma tabelar onde se pode comparar o valor de refer ncia do encoder com o valor obtido do cata vento e a respectiva diferen a A representa o gr fica indica para os diversos ngulos testados qual a diferenca do cata vento para o valor real S o ainda indicados os valores dos erros m ximo e m nimo assim como a m dia dos erros obtidos No fim da p gina encontra se o bot o que permite enviar toda esta informac o para um ficheiro Word Um exemplo deste relat rio contendo informa o da verifica o de um cata vento modelo Compact pode ser visu
10. o que permite temperaturas de funcionamento do motor e do respectivo drive bastante mais baixas O motor apresenta uma resoluc o de 0 9 3 3 Selec o do encoder O encoder utilizado vem acoplado ao motor seleccionado Tem uma caracter stica de 1000 pulsos por 360 o que equivale a dizer que tem uma resolu o de 0 36 O encoder transdutor padr o de refer ncia e o principal respons vel pela exactid o da medic o da 28 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos bancada de testes e a sua resoluc o apresenta um valor algo elevado para uma cal brac o Em conjunto com o INEGI foi definido que este valor aceitavel perante os cata ventos actualmente dispon veis que possuem exactid o de cerca de 2 Contudo foi efectuada uma pesquisa de encoders com melhor resoluc o que podem ser aplicados posteriormente Modelo OMRON E6C3 CWZ3EH 2500P R Resoluc o 360 2500 0 144 Pre o de tabela 260 Modelo HENGSTLER 158 0 10000 58mm 5V Figura 3 5 Encoder da OMRON com 2500 passos por rota o Resolu o 360 10000 0 036 Fonte http www ia omron com product fa Preco de tabela 290 mily 489 index_fea html Foi utilizado o drive do motor recomendado pelo fabricante do motor modelo SMCI33 figura 3 6 Este drive cont m a interface de ligac o com o motor e o encoder incorporada como tamb m possui v rias entradas e saidas A comunicac o com o com
11. quer a jusante Para a utiliza o na alimenta o drive do motor a que mais se enquadra a fonte comutada Isto porque para a situa o em causa a exist ncia de ru do no sinal de sa da n o interfere com o bom funcionamento do drive e como a bancada tem de ser compacta o tamanho e peso tomam um papel importante A somar a estas considera es h que ter em conta o facto de possuir uma elevada efici ncia A fonte seleccionada do fabricante Mean Well Direct modelo S 150 24 figura 3 7 Tem como principais caracter sticas sa da nica e arrefecimento por convec o natural O sinal de sa da tem uma pot ncia de 150 W uma tens o de 24 V e uma corrente de 6 5 A Figura 3 7 Fonte de alimenta o de 24 V modelo S 150 24 da Mean Well Direct Fonte http www meanwelldirect co uk products 150W Single Output AC DC Enclosed Power Supply S 150 Series default htm Quando os cata ventos s o colocados nas torres de medic o o valor da tens o de alimentac o de 5 V Neste projecto para se manter as condi es habituais ser usada uma tens o de alimentac o de cerca de 5 V Como se trata de uma instalac o de verificac o imperativo a reduc o das fontes de erro a valores baixos e control veis pelo que importante que a fonte 30 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos de alimentac o dever fornecer uma tens o constante e sem ru do caso contr rio
12. roda no sentido oposto aos ponteiros do rel gio caso o valor fosse verdadeiro o motor 91 rodava no sentido oposto No passo seguinte est um temporizador que obriga o programa a esperar 1000 milissegundos at avancar para o pr ximo passo A seguir encontra se um operador booleano com valor falso que desactiva o bot o do Reset do encoder e o InsCorr Estes tr s passos em conjunto equivalem a uma acc o humana de pressionar dois bot es durante 1 segundo que inserem a corrente do motor e fazem reset ao encoder a configurar o sentido de rotac o e a ligar o led que indica que o teste est a ser efectuado es e Reset do encoder efectuar teste Reset do encoder Figura 4 12 Parte do bloco de programac o Stacked Sequence A mesma estrutura de programac o apresentada fo utilizada para simular o accionamento dos outros bot es tais como o Armazenar e o Carregar O bloco seguinte apresentado lado esquerdo da figura 4 13 um dos passos da sequ ncia referida anteriormente da qual se mostrou os tr s primeiros passos Este tem dentro de si um ciclo For Loop que repete os comandos situados dentro de si um determinado n mero de vezes Neste caso o ciclo vai repetir se o n mero de vezes igual ao numero de sectores definido pelo t cnico Dentro desse ciclo temos outra sequ ncia de passos que sao os respons veis pelo envio da ordem de arranque do motor e da recolha de
13. 21 De modo a aferir o valor m ximo da excentricidade recorreu se a um esquema simples mas representativo da situa o para determinar o desvio m ximo do cata vento Como se sabe o casquilho entra dentro da cavidade do corpo do cata vento sendo depois encostado parede Interior pelo interm dio de um parafuso Isto vai criar uma dist ncia horizontal entre os centros das duas circunfer ncias representativas dos di metros do casquilho d 34 87 mm e da m dia mais alta dos di metros dos furos do modelo First Class d 35 06 mm de 0 095 mm 35 06 34 87 0 095mm Para se identificar o ngulo m ximo de desvio traca se um segmento de recta horizontal com um comprimento de 0 095 mm e num dos extremos tra a se um segmento de recta com 125mm que representa a distancia na horizontal do centro do corpo do cata vento a barra que cont m as garras dos lemes Da extremidade desse segmento de recta traca se outro at a outra extremidade do segmento de recta horizontal e o ngulo formado por essas duas linhas o angulo m ximo de desvio figura 4 20 99 125 Figura 4 20 C lculo do desvio pela excentricidade Isto retrata o movimento que o leme vai sofrer quando o corpo do cata vento roda O ideal seria mant lo sempre vertical mas devido a excentricidade ele sofre uma inclinac o m nima Como o valor obtido muito inferior aos outros val ser desprez vel para o c lculo da incerteza Relativame
14. 60 A o ee ee 32 COMO Estates 37 ida 37 Aids ProjcioMECaANICO u u een ee 39 4 2 Programa de controlo autom ticO ccccoocccnnonocnnnonanonnonnnacononononnnonaronnonanonnonncnnnonaronnananonnss 46 4 3 Analise de incerte 23 een 58 Capitulo dese ie iia o 63 Resultados e CISCUSSAO va ia A A dic 63 5 1 Caracteriza o do escoamento a sa da do t nel de vento 65 5 2 Verifica o da exactid o dos cata ventos rr 69 5 3 Comportamento do cata vento no t nel de vento 73 A PI be O A SG Ud EN 79 SS ee ae ee 79 e 83 Referencias uu cda 83 ANEXOS tadas 87 Anexo A Desenhos de defini o 89 Anexo B Relat rio de verifica o do cata vento 119 Anexo E Instru es de funcionamento rt A a 125 Anexo D Liga oes electrieas 129 viii Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos ndice de figuras Figura 2 1 Distribuic o da frequ ncia de ocorr ncia do vento e da velocidade m dia em cada sector Figura 2 2 Distribui o da energia contida em cada sector
15. I I O 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 370 Posi o Position Gr fico 5 3 Erro obtido em cada posic o em ambos os sentidos para o segundo cata vento Compact 72 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Pela an lise do gr fico v se claramente a zona de maior desvio do cata vento em relac o ao padr o Ambas as curvas seguem a mesma tend ncia analisando os valores atingidos nos dois sentidos de rota o fazem crer que o cata vento n o est de acordo com os par metros do fabricante Neste caso tamb m existe diferenca nas curvas dos dois sentidos de rotac o reforcando a hip tese de existir alterac o de valores para a mesma posic o do cata vento quando invertida o sentido O erro m ximo atingido fol de 8 9 e m dia dos erros de 4 7 5 3 Comportamento do cata vento no t nel de vento Este estudo do comportamento tem como objectivo verificar a vari ncia dos valores obtidos do rumo do vento quando este prov m continuamente do mesmo rumo Idealmente o leme do cata vento nao deveria mover se mas como em tudo as pequenas irregularidades assimetrias que a ele est o inerentes v o condicionar a sua performance A bancada de teste foi colocada a sa da do t nel de vento caracterizado anteriormente O modelo utilizado foi o Compact pois o que possu menor dimens o do leme ficando na zona central do escoamento com distribui o uniforme de veloci
16. Na sec o Posi o e Erro podemos ler a posi o do motor em n mero de passos Temos tamb m a op o de colocar a zero a leitura do encoder pressionando o bot o Repor anterior a erro de posi o 47 Aquando do estudo desta aplicac o encontrou se um erro que n o permitia o bom funcionamento do programa e que comprometia o posterior desenvolvimento o encoder nem sempre fazia a leitura da posi o n o funcionando a maior parte das vezes Pensava se que tal ocorria devido ao mau contacto entre os pinos do encoder com os fios que ligavam ao drive Contudo depois de se assegurar um bom contacto com os fios o problema persistiu e a solu o foi encontrada na actualiza o ao firmware do drive do motor Ap s o desenvolvimento do programa de controlo do motor seguiu se a construc o de um algoritmo que representa todos os passos que a aplicac o dever efectuar tendo em conta os inputs do t cnico as configurac es de controlo do motor e a comparac o dos outputs do encoder e do cata vento Ap s a constru o deste algoritmo a implementa o e a programac o tornaram se mais simples Basicamente para a parte de controlo do motor a programac o efectuada tenta reproduzir um conjunto de ac es humanas que consistiriam no accionamento dos bot es descritos anteriormente tendo em conta a sequ ncia definida para que o motor rodasse um determinado n mero de passos equivalente ao n mero de graus por cada sector def
17. Porto Portugal Tel 351 22 957 87 10 Fax 351 22 953 73 52 E mail inegi inegi up pt Site www inegi up pt 121 122 Relat rio de verificac o de cata vento Instalac o de teste Test facility Sist Aquisic o de Dados Data acquisition system NI cDAQ 9172 N mero de s rie SAD Serial number DAS 1468188 Motor modelo e n m s rie Molormodel and EN Nanotec ST420950404 Encoder modelo e n m s rie Encoder model and SN WEDL 5541 Software version vi Unidade de Energia e Ambiente XXX 10 CTV Condic es conditions Temperatura Humidade Temperature Rel Humidity ambientais Test Press o atm Air pressure 0 hPa Resultados do teste Test results Encoder Cata vento Erro Encoder Cata vento Erro Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos e Relat rio de verificac o de cata vento 0 0 0 4 04 337 5 24 22 5 14 315 0 13 450 430 20 2925 0 2 67 5 656 19 2700 0 2 90 0 18 247 5 0 3 112 5 17 225 0 0 1 135 0 0 7 2025 0 2 157 5 01 1800 0 1 180 0 04 1575 0 0 202 5 00 1350 0 0 225 0 1125 0 0 247 5 0 7 90 0 89 7 0 3 270 0 11 67 5 0 1 292 5 14 45 0 0 7 315 0 26 225 0 1 337 5 2 9 00 08 sss is Unidade de Energia e Ambiente XXX 10 CTV 123 Relat rio de verificac o de cata vento erro deviation 1 I l I I l I l I I 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 27
18. Unidos da Am rica ISBN 978 1 4200 7568 7 WMO 2008 Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation Chairperson Publications Board Gen bra Suica ISBN 978 92 63 10008 5 Deutsche WindGuard Wind Tunnel Services 03 2010 10 1741 DKD K 36801 certificado de calibrac o do modelo Compact do fabricante Thies Clima R M YOUNG COMPANY WIND SYSTEM CALIBRATION RECOMMENDED CALIBRATION INTERVAL PROCEDURE AND TEST EQUIPMENT MODEL 18860 90 Manual de Instruc es cedido pela R M YOUNG COMPANY PRESSMAN Abraham KEITH Billings MOREY Taylor 2009 Switching Power Supply Design 3 edic o McGraw Hill Estados Unidos da Am rica ISBN 978 0 07 148272 1 SANTOS A M S 2010 An lise de Incerteza e Planeamento experimental apontamentos te ricos da disciplina M todos Experimentais em Energia T rmica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 85 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos ANEXOS 87 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Anexo A Desenhos de definicao e conjunto 89 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos S LITVIS DPDPDUDYWOSSY N Oma SIUINTIA Ni 38 W SNOISNISWIG aa er A G3I3IO3dS ISIMEIHLO SSTINN CON Er 3 E N QN NO EN 91 92 a Suportecompat i ParafusoCHCMBx Conectorr pido
19. a fixac o neste modelo inicialmente introduzida uma porca hexagonal no cata vento e depois o cata vento apertado no casquilho at a dita porca fazer de batente o que nao vai permitir que o cata vento se desaperte durante o funcionamento 42 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos a b Figura 4 4 Desenho em 3D dos diversos casquilhos de suporte dos cata ventos a modelo Classic b modelo First Class c modelo Compact Estes casquilhos t m um furo na sua parte inferior de forma a acomodar o pino de 12 mm do suporte principal A aresta do furo quebrada para permitir uma introduc o f cil do pino utilizado um perno de ponta c nica que rosca em cada casquilho e que atrav s da forca exercida no pino do suporte garante que n o existe escorregamento entre os dois Este sistema permite uma troca r pida de casquilhos em que s necess rio utilizar uma chave de umbrako para os pernos Na fixa o dos lemes dos cata ventos a ideia inicialmente considerada consistia num sistema de um veio guiado num casquilho e que o utilizador tinha de mover verticalmente para acomodar os diversos cata ventos que possuem alturas distintas de lemes Na sua extremidade estaria uma pequena chapa pressionada contra os lemes atrav s de uma porca de orelhas como foi referido no cap tulo tr s Por m concluiu se que n o seria pr tico principalmente pelos sistemas de aperto do veio
20. e da chapa A solu o encontrada foi a utiliza o de uma barra fixada base que continha ao longo da sua face suportes nos quais os lemes poderiam encaixar como pode ser visto na figura 4 5 43 eel EN T Figura 4 5 Visualiza o do sistema de fixa o do leme dos cata ventos o modelo em causa o Classic A passagem dos cabos de liga o para fornecerem a tens o de alimenta o e para medir a tens o do potenci metro dependem das op es tomadas anteriormente Se a transmiss o da pot ncia fosse por polia e correia havia a possibilidade de os cabos dos cata ventos passarem pelo centro dos casquilhos e do suporte e sa rem pela parte inferior do suporte Assim para a solu o adoptada a nica op o vi vel os cabos sa rem por um furo na parte lateral dos casquilhos que suportam os sensores como se pode ver na figura 4 6 Figura 4 6 Casquilhos dos varios cata ventos com os cabos de liga o no seu interior na esquerda modelo First Class no centro modelo Compact na direita modelo Classic Os modelos Classic e First Class tem liga o por conector enquanto o Compact apresentado com os fios soltos Para todos os modelos foi utilizado um cabo com um conector 44 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos comum a todos que o que vai ser ligado a base e na outra extremidade tem o conector pr prio de
21. estrutura que segurava a sonda que criava um obst culo ao escoamento e este era obrigado a aumentar a velocidade no resto da sec o De modo a eliminar esta adversidade a estrutura era colocada no lado contr rio ao indicado na 68 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos figura para se medir os pontos mais pr ximos da parede do lado esquerdo Contudo durante a mudanca de pos c o do suporte a sonda era recolocada de modo que a superf cie voltada para O escoamento fosse sempre a mesma prevenindo se assim eventuais heterogeneidades que alteram as condic es de transfer ncia de calor e consequentemente o valor da velocidade Com a afirmac o anterior podia se por em causa a necessidade de se efectuar a calibrac o do anem metro de filme quente Por m neste caso o que est em causa n o o valor verdadeiro da velocidade mas sim a caracteriza o do escoamento em termos de uniformidade 5 2 Verifica o da exactid o dos cata ventos Com a bancada e o software conclu dos era necess rio testar a pr pria bancada Em termos mec nicos toda a construc o e comportamento correspondeu ao esperado durante o seu planeamento Em termos de software o programa utilizado executava todas as ordens de acordo com o especificado O programa final pode se dizer que o resultado de uma evolu o cont nua em que cada bloco novo de programa o era imediatamente testado na bancada Sabendo se ago
22. leitura da posic o do encoder No caso do mais pequeno o que o n mero 50 representa o intervalo de tempo em ms entre actualiza es do valor da posi o Na linha de maior dimens o o que se efectuou foi a transforma o do sinal de sa da do encoder que indicava a rota o do veio do motor em n mero de passos o qual foi multiplicado pelo ngulo de passo 0 9 e posteriormente dividido pelo inverso do valor do modo de passo utilizado isto 1 4 A posterior multiplica o pela unidade negativa devido ao sentido de rota o utilizado 50 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Posi o do cata vento 23 DE Desvio padrao data pres es a gt ATE DE error out J EM warlancia n task out Numero de amostra F error in 1 DE t number of samp k rate ss i Per odo de arnostragern s Tabela de Resultados 3 Ll _ Table PR error out k error in no erro Include time dat Reset E T Figura 4 11 Bloco de programa o para a leitura da posi o do cata vento O bloco de programa o da figura 4 11 foi utilizado para fazer a leitura da posi o do cata vento e o tratamento estat stico das mesmas medi es O sinal de sa da do bloco Assistant o conjunto das amostras depois de multiplicado por 74 844 figura 4 11 Este valor resulta da rela o que existe entre a tens o de alimenta o do pote
23. muito semelhantes e os valores do desvio padr o rondam os 7 e este o valor que deve ser utilizado no c lculo da incerteza da medi o do rumo do vento Ainda que esta experimenta o procurasse os valores do desvio padr o para determinados per odos temporais podemos concluir tamb m que a dispers o de resultados verificados nos 76 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos intervalos de amostragem de segundo sao indicativos da capacidade de resposta do cata vento a mudancas bruscas de direcc o 77 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Cap tulo 6 Conclusoes 79 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Os cata ventos fornecidos pelos fabricantes s o previamente calibrados em laborat rio certificado de modo a aferir se a sua reposta est de acordo com os par metros para qual ele foi projectado Quando o sensor utilizado por longos per odos de tempo estes tendem a alterar a sua resposta tornando se necess rio verificar atrav s da comparac o com um padr o se o erro obtido est de acordo com o especificado pelo fabricante Por m n o existem soluc es t cnicas no mercado que executem de forma autom tica e expedita a comparac o da leitura da pos c o do sensor em relac o a um padr o Num trabalho desta natureza entende se que a principal conclus o a realcar reside no seguinte facto a consuma o d
24. secc o quadrada de dimens es 400mmx400mm tendo sido escolhido o eixo horizontal para a recolha dos diversos valores de velocidade demonstrado na figura 5 1 Figura 5 1 Linha ilustrativa ao longo da qual foram efectuadas as medi es da velocidade Os valores obtidos ao longo da linha vermelha de 400 mm de comprimento encontram se na seguinte tabela A distancia referida nas medic es em relac o a parede do lado direito do t nel 65 Tabela 5 1 Velocidade do escoamento ao longo da linha de medic o da secc o do t nel Perfil de velocidade Dist ncia Velocidade mm m s mm m s 5 5 2 19 5 4 35 5 2 59 5 2 73 277 5 3 81 5 5 104 5 4 322 5 0 130 47 147 355 4 6 159 4 3 172 381 4 3 190 5 4 397 3 6 Perfil de velocidade x L Gr fico 5 1 Perfil de velocidades obtido ao longo da linha com linha de tend ncia Ap s an l se dos resultados verifica se que em 60 do perfil os valores de velocidade nao variam mais do que 2 em rela o m dia desse intervalo Assim pode se dizer que nesta linha de 400 mm apenas os 260 mm centrais apresentam uma zona de escoamento homog neo Ap s ser conhecida a distancia em relac o a parede de onde comecava a camada limite seguiu se a defini o dos pontos de medi o de velocidade das sec es do escoamento a O mm 250 mm e a 500 mm de dist ncia sa da do t nel Apesar da camada limite come ar a 100 mm da parede optou se por posicionar alguns pontos d
25. t cnico que val executar o teste de verificac o Caso estejam presentes instrumentos de medic o das condic es atmosf ricas deve se introduzir tamb m os seus valores tais como temperatura press o e humidade relativa Na parte da comunica o figura 4 16 seleccionada a porta de comunica o entre o computador e o drive do motor e introduzido o endere o do relat rio modelo para o qual v o ser exportados os resultados do teste tamb m poss vel visualizar uma figura do cata vento a testar ser d Figura 4 16 P gina de Configura o do painel frontal do programa do teste autom tico Na segunda p gina figura 4 17 onde se controla o teste propriamente dito Aqui o t cnico selecciona o n mero de sectores em que pretende dividir uma rota o completa Quando se altera este valor no display ao lado poss vel ver o ngulo correspondente a um sector Para dar in cio ao movimento do motor e da recolha de dados existe o bot o INICIAR Logo abaixo encontra se o bot o Parar motor que como o nome indica p ra o movimento do motor sem terminar o programa contudo ele s fica parado at o programa dar ordem para iniciar o movimento do sector seguinte O bot o imediatamente abaixo esse sim permite parar o motor e terminar o programa Durante o teste o led Efectuando teste ligado para que o t cnico tenha conhecimento que o teste est a ser executado Durante a sua execu o a posi
26. vasto leque de motores alimentados quer por corrente el ctrica cont nua CC quer por corrente alternada CA Dentro dos motores de corrente alternada estes podem ser monof sicos corrente tipicamente dispon vel nas tomadas das nossas habitac es ou podem ser multif sicos corrente tipicamente dispon vel em edif cios fabris Quanto aos motores de corrente cont nua estes s o divididos em motores CC de escovas brush motor motores CC sem escovas brushless motor e motores passo a passo Motores passo a passo A base de funcionamento assemelha se a de um motor trif sico s ncrono em que o rotor que cont m manes alinha se com o campo magn tico produzido pelo conjunto de liga es do estator controladas electronicamente Este motor foi desenhado para operac o intermitente isto usado essencialmente para posicionamento e nao para operac o cont nua Apresenta o m ximo bin rio quando est parado permitindo dispensar uma embraiagem ou trav o Dado que a pos c o definida pela activac o das bobinas correspondentes o controlador conhece a 27 posi o do motor dispensando o uso de um sensor adicional dependendo da sua programa o permite alterar o sentido e velocidade de rota o e pararem num ngulo espec fico O seu pre o comparativamente elevado devido ao drive necess rio para control lo A bancada de teste dos cata ventos necessita um motor que possua capacidade de controlo em posi o a vel
27. 01 Os instrumentos de medic o utilizados s o indicados no certificado No caso presente indicada a utilizado de um data logger acompanhada com a informac o relativa ao modelo ltima data de calibrac o e n mero de s rie O dispositivo que utilizado para impor o movimento angular um motor passo a passo com um incremento de ngulo ou resoluc o de 0 05 O conjunto de programas inform ticos utilizados tamb m referido TE s ES A a Figura 2 10 Calibrac o do cata vento modelo Compact da THIES no t nel de vento Fonte Certificado de calibrac o Deutsche WindGuard Wind Tunnel Services 03 2010 10 1741 DKD K 36801 Relativamente ao procedimento o cata vento posicionado num mastro accionado pelo motor passo a passo a sa da do t nel de vento figura 2 10 de modo a que o sensor fique posicionado na parte do escoamento homog neo O corpo do cata vento posicionado de modo a que o Norte indicado em si esteja alinhado com o escoamento do t nel o vento tem uma velocidade de 5 m s e o motor vai rodar o cata vento 30 de cada vez at completar os 360 de uma volta Os dados s o recolhidos a uma frequ ncia de 30 Hz e a estes valores s o calculadas as m dias que v o ser representadas numa tabela e num gr fico Neste m todo de calibra o as condi es ambientais s o registadas S o medidos os valores da temperatura do ar da press o do ar e da humidade do a
28. 2925 291 5 10 45 0 43 5 13 3150 3129 1 22 1 23 0 0 3 337 5 335 5 2 0 0 2 0 9 ni E pos E Pela an lise das tabelas de resultados pode ver se que os valores dos erros obtidos encontram se maioritariamente abaixo dos 2 apenas em duas situa es esse valor foi atingido ou ultrapassado O fabricante declara uma exactid o de 2 e pela avalia o dos resultados obtidos podemos considerar que o cata vento em quest o encontra se a funcionar em boas condi es Os valores obtidos na tabela da direita s o os valores de quando o motor efectuava a rota o de Volta passando pelas mesmas posi es aquando da rota o de Ida 70 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos ida WU Volta Fa erro deviation I I I I I I 1 I I l I I I O 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 370 Posi o Position Gr fico 5 2 Erro obtido em cada posic o em ambos os sentidos para o primeiro cata vento Compact Com o gr fico podemos comparar se os erros na rota o de ida e na rota o no sentido inverso se seguem a mesma tend ncia ou at mesmo se existem efeitos de histerese Neste caso v se uma semelhanca na tend ncia dos erros entre os dois conjuntos de pontos O erro m ximo obtido foi de 2 1 e a m dia dos erros 0 26 Entre os pontos medidos na volta de Ida e no sentido inverso Volta existe uma pequena
29. 5 Condicoes dO teste UM a 74 Tabela 5 6 Resultados do teste din mico para uma frequ ncia de aquisi o de 500 Hz 75 Tabela 5 7 Resultados do teste din mico para uma frequ ncia de aquisi o de 50 2 75 Tabela 5 8 Resultados do teste din mico para uma frequ ncia de aquisi o de 10 2 76 Indice de graficos Gr fico 2 1 Resultados da calibra o do modelo Compact da 19 Gr fico 5 1 Perfil de velocidades obtido ao longo da linha com linha de tend ncia 66 Gr fico 5 2 Erro obtido em cada posic o em ambos os sentidos para o primeiro cata vento COM aa 71 Gr fico 5 3 Erro obtido em cada posic o em ambos os sentidos para o segundo cata vento A EN 72 XI Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Cap tulo 1 Introdu o Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos 1 1 Contexto e motiva o Os instrumentos meteorol gicos j h muito que existem e o cata vento foi um dos pr meiros a ser utilizado Se em tempos passados a indicac o do rumo do vento era adquirida atrav s da visualizac o da extremidade de um objecto hoje em dia necess rio utilizar instrumentos que nos indiquem e permitam o registo da informac o do rumo do vento de uma forma muito mais precisa Os cata ventos actualmente s o uti
30. 5 300 325 350 370 Posi o Position Erro m ximo 29 Maxinum deviation Erro m dio 18 Mean deviation Inidade da Enargia a Amhianta un aade de energia e Ambiente 124 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Anexo C Instruc es de funcionamento 125 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Nesta sec o descrito o conjunto de instru es que o t cnico respons vel pelo teste de verifica o do cata vento necessita de cumprir para garantir que o teste bem conduzido Este teste necessita que o alinhamento do norte do cata vento seja efectuado manualmente E importante que o alinhamento seja o mais correcto poss vel como se pode compreender o erro aqui presente vai se propagar a todas as medi es seguintes e Ligar a fonte de alimenta o e Ligar o conector cata vento e Acoplar o cata vento ao casquilho respectivo usando os meios de fixa o existentes e Colocar o casquilho com o sensor no suporte da bancada e apertar o perno contra o pino e Ligar o conector macho que vem do cata vento ao conector f mea da base e Executar o programa do teste e Configurar a porta de comunica o com o drive do motor e o direct rio do relat rio modelo e Alinhar manualmente o Norte do cata vento e fixar o leme e Inserir as informa es do cata vento e do teste e Indicar o n mero de sectores em que uma volta vai ser dividi
31. Desenvolvimento de uma Bancada para o Teste Autom tico de Cata ventos Ricardo Jorge Silva Goncalves Dissertacao do MIEM Orientadores na FEUP Prof Armando Santos Prof Joaquim Mendes Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Mestrado Integrado em Engenharia Mec nica Julho 2010 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Resumo Os cata ventos s o instrumentos de medic o da direcc o e sentido do vento Como qualquer outro equipamento de medic o necess rio verificar ao longo do tempo se as suas caracter sticas correspondem s indicadas pelo fabricante no momento da sua aquisic o O objectivo deste projecto desenvolver uma bancada de teste e caracterizac o autom tica de cata ventos para os diferentes modelos utilizados pelo Instituto de Engenharia Mec nica e Gest o Industrial INEGI Numa primeira fase foram definidos os requisitos do projecto e os meios necess rios para a execu o Foram estudadas duas solu es para conseguir um movimento relativo entre o leme e o corpo uma actuando sobre o leme mantendo o corpo fixo e vice versa ap s que se optou pela segunda hip tese porque conduziria a um desenho mais compacto e mais simples Desenhou se um modelo 3D em SolidWorks da bancada utilizando um motor passo a passo para a rota o do sensor e um encoder angular como refer ncia para a posi o do cata vento Ap s que se procedeu ao fabrico das pe as sua
32. LLIMETERS BREAK SHARP e REVISION SURFACE FINISH EDGES TOLERANCES SC 2758 1 MM ANGULAR NAME SIGNATURE DATE NILE DRAWN CHK D APPYTI MFS QA MATERIAL DWG NO Aluminio suporte Classic 24 WEIGHT SCALE SHEET 1 OF 105 UNLESS OTHERWISE SPECIFED FINISH DIMENSIONS ARE IM MILLINETERS SURFACE FIMISH TOLERANCES LIMEAR AHNGLLAR SIHMATLURF DRAWH APPO MFG Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos icq Mo DEBUR AND BREAK SHASP EDGES DATE MATERIAL Perfil Aluminio RS TITLE CWG HO DQ SCALE DRAWING Braco SHEE OF Al 107 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos LMLESS OTHERWISE SPECIFIED CWG NHO chapa conector To To ION 109 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos 105 UNI FSS OTHFRWISF SPECIFIED Otd CESUF AND PA Ta IO z oe DIMENSIONS ARC IN MILLIMETERS SIARP LO NOT SCALE DRAWING REVISION SURFACE FINISH EDGES TOLERANCES x 4 LINEAR ANGULAR NAME SIGHATIIRF DATE E DRAWN CHE D APPVTI QA WAATERLAL Perfil Aluminio RS P erna 4 WEI IT SCALE 1 1 SILT 1 OT 1 111 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos UNLESS GUHERWISE SPECIHEL a DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS DEAR ER DO NOT SCALE DRAWING FEV SKIN Do Io
33. a do cata vento mec nico id ntica a referida inicialmente neste relat rio O gerador de sinal um transdutor da posic o angular do veio sendo utilizados diferentes tipos de transdutores Estes podem ser potenci metros encoders angulares digitais motores AC auto s ncronos O mais utilizado o sensor com potenci metro mas o sensor com encoder angular est cada vez mais a ser empregado Quando o vento atinge um dado valor de velocidade a forma do contra peso e do leme v o fazer com que as for as exercidas pelo vento nas suas superf cies fa am com que o contra peso aponte para o rumo de onde o vento sopra O veio no qual roda o leme tem acoplado o terminal de ligac o ao potenci metro que o respons vel pela variac o do valor da resist ncia entre um ponto de refer ncia e esse mesmo terminal podendo assumir um valor muito perto de zero ou o valor m ximo da resist ncia utilizada no potenci metro Ao aplicar se uma tens o constante aos terminais do potenci metro o sinal de sa da do terminal acoplado ao velo um sinal em tens o directamente proporcional ao valor do ngulo de posic o do leme Este tipo de cata ventos normalmente apresenta um intervalo sem sinal Vorth gap Este intervalo geralmente situa se exactamente antes dos 360 e pode apresentar uma amplitude na ordem dos 5 sendo a gama de leitura dos 0 aos 355 Este fen meno acontece devido a limitac o da colocac o dos extremos do potenci metro im
34. a experi ncia em programac o conseguem utilizar o LabVIEW Este software apresenta uma base de dados com exemplos que utilizam as diversas subrotinas 46 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos disponibilizadas constituindo um modo de aprendizagem e de demonstra o das suas capacidades Neste projecto o programa utilizado vai ter de controlar todos os par metros necess rios a maior parte deles relacionados com o controlo do posicionamento do motor gerir as entradas que s o designadas pelo t cnico respons vel pela realizac o da verificac o e ler os valores de sa da dos componentes que v o servir para avaliar o resultado da verificac o que s o o sinal do encoder e o sinal do cata vento A maior dificuldade desta etapa do projecto deveu se ao controlo do motor e leitura do encoder O programa de controlo do motor apresentado na figura 4 9 e foi desenvolvido com base em templates fornecidos pelo fabricante Ajustes de base Ez EM Fa ar frase corrente de fase comente defese em modo parado Em m a o Bam eet Lis u A F on es lanata somente 111 1 LN Te minar programa TER Frase die it tr 7 ie Aqui so pode ser escrito e nao pode ser lido Posic o e Erro Encoder Figura 4 9 Painel frontal simplificado do programa de controlo da posi o do motor retirado do s tio da Internet do fabricante Como se pode verificar a inf
35. a o teste autom tico de cata ventos UNLESS OTHERWISE SPECIFIED ISH DEBUR AND SURFACE FINISH EDGES TOLERANCES LINEAR ANGULAR me E 97 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos montado press o UMLESE OTHERWISE SPETFIED MESH ANC Vk E DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS F DO MOT SCALE DRAWING REVISICIN SURFACE FINISH TO FRANCES UNDAR ANGULAR 5 j AAA suporte WEG IT 3CALL 1 1 SIT OF 4 99 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos 140 1 13995 py 1 SNE TV JON DO CHAO 08 OlulLun v Suda ONY 371830 IHD TRL aw GaN WRENS SHITATI HI FAY SHOISBGMIKI Sad FAMBIALO STINN NOULDJIS a ge 101 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos 140 1 335 HOM SSDIOISIN SUodNS TAIL OA sie DW TAHA uva sanws INV Yon HH 139 6 O81 m 390 IOWANS 9 9 NOWOAS HELO a 2 CLA O NESSES 103 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos ry garantir at uma 0 030 profundidade de 4650 0 050 51 mm AS SECTION B B UNLESS OTHERWISE SPECIFED FINISH DEBUF AND RR mis DIMENSIONS ARE IN MI
36. acting on the vane while keeping the body fixed and the second acting on the body while keeping the vane fixed The second option showed to be a more compact and with a simpler design there for it was the one chosen A 3D model of the bench was drawn in SolidWorks using a stepper motor to rotate the sensor and an angular encoder as reference for the wind vane position Then the components were manufactured assembled and a general checking of operation was performed Was developed a software application using LabVIEW to perform the engine control and signal acquisition from sensors This application lets the user define the test parameters such as number of sectors to be assessed and as the ability to perform the test in one direction or in both directions After testing the results may be presented in tables and or in graphical form or even be exported to a Microsoft Office Word file enabling a fast and easy report generation Thus the verification of the accuracy of wind vanes becomes an automatic process reducing the testing time compared to manual checking and reducing the possibility of human error Agradecimentos Agrade o ao professor Armando Santos e professor Joaquim Gabriel pela sua orienta o disponibilidade e paci ncia no decorrer deste trabalho que me ajudou bastante na realiza o deste projecto Gostaria de agradecer ao INEGI pela possibilidade de efectuar esta Tese e pelos meios disponibilizados e ao Engenh
37. alinhamento tXxS Patinnamento 2 X 0 3 0 60 A resolu o e a exactid o da placa de aquisi o de dados voltimetro nao s o inclu dos no c lculo da incerteza global porque a sua contribuic o insignificante comparando com as restantes Calculando a Incerteza global U obt m se 2 2 U encoder P alinhamento U y 0 21 0 60 0 64 Isto significa que a incerteza associada ao c lculo do erro do cata vento para 95 de confian a de 0 64 61 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Cap tulo 5 Resultados e discussao 63 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos 5 1 Caracterizac o do escoamento a saida do t nel de vento O teste din mico do cata vento pode ser efectuado colocando o na secc o de teste do t nel de vento Neste caso foi colocado na parte exterior do t nel para que o escoamento possa fluir volta do cata vento sem sofrer os efeitos do constrangimento imposto pelas paredes da secc o de trabalho do t nel Com a caracteriza o do campo de velocidades a sa da do t nel pretende se verificar se o escoamento criado sa da apresenta um campo de velocidades uniforme com as dimens es necess rias que permitem envolver o leme do cata vento A primeira fase desta caracterizac o consistiu na determinac o do inicio da camada limite na secc o do escoamento no final da conduta A conduta apresenta uma
38. alizado no anexo B 56 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Configurag o Teste Resultados Teste din mico Instrucoes A Universidade do Porto e Ine l AN 3 F U P Faculdade de lt i Engenharia gt E ANS Fabricante Resultados Pagel Page2 Id First Class Encoder Cata vento Erro 3 Numero de s rie Condi oes ambientais erro deviation Temperatura C Press o mmHg Humidade 0 10 0 Data 27 06 2010 I I 1 I I I I I I I I I 0 2 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 370 Posig o Position Nome do t cnico Erro max Media 0 0 0 Erro min 0 Imprimir relat rio Figura 4 18 P gina de Resultados do painel frontal do programa do teste autom tico A p gina Teste din mico como o nome indica apenas utilizada quando a bancada est no t nel de vento e o utilizador quer efectuar uma recolha dos dados estat sticos de um conjunto de medic es figura 4 19 uma p gina simples que apresenta dois locais de entrada de dados o n mero de amostras a adquirir e a frequ ncia com que essas amostras v o ser medidas Pode se ver no per odo de amostragem o intervalo de tempo necess rio para medir o n mero de amostras definido e tamb m o tempo em que os valores do tratamento estat stico v o ser carregados na tabela A nota presente na p gina visa alertar que o per odo de amostragem deve se
39. bo adquirido ao mesmo fabricante refer ncia ZK WEDL 8 500 S A extremidade do cabo que tem o conector ligado ao encoder atrav s de encaixe pr prio os fios soltos da outra extremidade s o ligados aos terminais do drive reservados para o encoder O cabo na sua extremidade tem nove fios dos quais apenas cinco v o ser utilizados O esquema de liga o apresentado na figura seguinte 5 V vermelho Channel verde Channel A amarelo Index preto GND Windin g A Figura D 2 Esquema de ligac o dos fios do encoder Relativamente aos conectores utilizados nos cata ventos estes s o ligados de forma permanente pois foram soldados Os conectores universais de 5 vias que s o ligados a base 131 s o constitu dos por cinco fios dos quais tr s t m a mesma colorac o dos fios dos cata ventos castanho verde e amarelo Todos os cata ventos utilizam a mesma colorac o para os mesmos terminais de ligac o ao potenci metro Para o modelo Classic Castanho pino n mero dois do conector Verde pino n mero tr s do conector Amarelo pino numero quatro do conector Para o modelo First Class Castanho pino n mero dois do conector Verde pino n mero um do conector Amarelo pino numero tr s do conector O modelo Compact como n o utiliza conector na ligac o a sua base n o necess rio soldar fios E s observar a cor dos fios que saem do corpo do cata vento e lig los no conec
40. cada cata vento no caso dos dois primeiros e um conector r pido no caso do Compact Os cabos como passam pelo furo de cada casquilho e tem nas suas extremidades os conectores n o podem ser retirados estando sempre juntos e para ligar um cata vento ao conector da base para receber a tens o de al mentac o e para a leitura da tens o nos terminais do potenci metro apenas necess rio ligar um conector ao corpo do cata vento inserir o casquilho e depois ligar o conector da outra extremidade ao receptor Com o Compact os fios soltos passam pelo interior do casquilho e saem pelo furo lateral e depois s o ligados ao conector r pido que est aparafusado na lateral do casquilho A base o componente que serve de suporte a grande parte dos componentes As suas dimens es exteriores foram definidas de modo a criar uma bancada est vel e r gida e para que todas as pecas possam ser montadas de forma a criar uma bancada compacta A ela est o aparafusadas as pernas a fonte de energia o drive do motor a estrutura de suporte do motor e os conectores f mea As caixas no centro da base acomodam os rolamentos com um ajustamento deslizante de modo a evitar dificuldades na rotac o das esferas Por uma quest o est tica e de funcionalidade todos os furos t m caixas para que as cabecas dos parafusos nao fiquem salientes a superf cie Na figura 4 7 pode se ver uma vista do desenho em 3D da base e dos respectivos componentes a ela assoc
41. cia consegue medir rajadas e picos de velocidade N o possuem partes m veis minimizando a sua manutenc o e normalmente s o constru dos em aco inoxid vel permitindo a utiliza o em ambientes adversos Esta tecnologia permite obter resultados de elevada precis o Um exemplo deste tipo de sensores com medic o das 3 componentes do vento pode ser visto na figura 2 8 14 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Figura 2 8 Sensor de monitorizac o do vento ultra s nico 3D da THIES Fonte www thiesclima com 2 4 3 Mec nico vs s nico Al m das breves descric es dos diferentes tipos de cata ventos a tabela seguinte fol elaborada para se poder verificar as diferencas t cnicas usando um modelo mec nico e um modelo ultra s nico do mesmo fabricante Tabela 2 1 Comparac o das caracter sticas entre cata ventos mec nicos e ultra s nicos do mesmo fabricante Caracter stica Mec nico Ultra s nico Intervalo de medic o 0 360 Exactid o 1 Resoluc o o N o dispon vel geralmente 0 1 Temperatura de funcionamento Potencia m xima necess ria sem aquecimento 35 C a 80 C 50 C a 70 C 1 5 W 2 5 W Com este tipo de informac o possivel comparar os dois tipos de sensores e verificar se o que incorpora uma tecnologia mais avancada o torna superior em desempenho Podem se destacar tr s pontos nesta an lise A exactidao do sensor ultra s nico su
42. da e Seleccionar se o teste s de ida ou ida e volta e Iniciar o teste e Esperar que o led Teste conclu do ligue para poder ver os resultados imprimir o relat rio 127 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Anexo D Ligac es el ctricas 129 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos V rias liga es el ctricas tiveram de ser efectuadas entre os v rios componentes da bancada Alguns como o motor e o encoder sao ligados atrav s de ligac es tempor rias isto podem ser retirados quando o t cnico assim o entender Do motor saiem quatro fios que t m de ser ligados ao respectivo drive O drive nos seus conectores tem a designac o de cada terminal o que ajuda quando se fazem essas liga es Na imagem seguinte pode se ver a colora o dos fios do motor que devem ser ligados ao drive como tamb m dos fios provenientes da fonte de al mentac o de 24 V castanho Winding A laranja Winding A amarelo Winding B vermelho Winding B 9 UB 24 48V GND Figura D 1 Esquema de liga o dos fios do motor e da alimenta o do drive L O fio amarelo que liga ao terminal UB 24 48 V o fio que vem do terminal da fonte de alimenta o com o sinal e o fio verde que liga ao terminal GND o fio que vem do terminal da fonte de alimenta o com o sinal A liga o do encoder faz se atrav s de um ca
43. dade O posicionamento da bancada ver figura 5 4 neste caso importante porque necess rio que a base n o seja colocada a uma altura superior parede inferior do t nel evitando se assim uma poss vel distor o do escoamento condicionando os resultados Figura 5 4 Instala o utilizada no teste din mico Algumas considera es iniciais acerca do escoamento t m de ser feitas O t nel utilizado disp e de elementos que visam reduzir a turbul ncia criada pelo ventilador e contribuir para que o campo de velocidades seja homog neo Neste caso vamos considerar que as linhas de escoamento dentro do t nel s o aproximadamente rectil neas e paralelas Assim as oscila es 13 verificadas na rotac o do leme sao quase totalmente devido ao mesmo e nao as condic es de teste Outro dos pontos a ter em atenc o a frequ ncia de amostragem e a dimens o das amostras Como n o existe nenhuma informac o a n vel da variac o do valor indicado pelo sensor necess rio recorrer a um intervalo de medic es alargado Figura 5 5 Exemplificac o da oscila o na medi o de uma vari vel Fonte apontamentos te ricos da disciplina M todos Experimentais em Energia T rmica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Se o intervalo temporal de medic o ot fosse o indicado na figura 5 5 o resultado obtido n o corresponderia ao valor da m dia representado pela linha a ponteado horizontal Assim
44. dados A sequ ncia completa visivel na parte direita da figura e comeca com um temporizador de espera de 250 ms seguindo se a recolha do valor da posic o do encoder do motor e da posic o do cata vento No terceiro passo temos mais um intervalo de espera ao qual se segue a activac o do bot o INICIO durante 555 ms ap s o qual o motor inicia a rotac o O s timo passo um temporizador que dependendo do numero de sectores imp e um tempo de espera at se processar O passo seguinte Esse valor depende do n mero de sectores porque o tempo de rotac o diferente se s existirem dois ou dezasseis sectores para percorrer 92 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos i 1 i OO 1 0 6 v OOo Oe DODO OOOO OD ODO DD ON 1210 17 gt PRODODO OOOO OD ODO Posic o do motor N mero de sectores Figura 4 13 Bloco de programac o que inicia a rotac o do motor conforme o n mero de sectores definido A sequ ncia principal tem como passo seguinte a construc o do gr fico com os pontos de leitura do encoder no eixo das abcissas e o erro do cata vento em rela o ao encoder no eixo das ordenadas Se analisarmos a figura 4 13 e a figura 4 14 as linhas laranjas mais pronunciadas da figura 4 13 que cont m a informa o das posi es do encoder e do cata vento sao transmitidos ao passo seguinte atrav s da ligac o destas as laterais do bloco Na figura 4 14 v se que a informa o do pass
45. de e da turbul ncia MANWELL 2009 As esteiras provocadas pelos rotores dos aerogeradores criam turbul ncia e diminui o da velocidade do vento o que resulta numa perda de energia extra da pelas filas seguintes A escolha do posicionamento dos aerogeradores num parque e lico tem assim como base um compromisso entre os custos da instala o e a energia produzida entre outras constantes As filas de aerogeradores s o posicionadas perpendicularmente ao rumo predominante do vento e a dist ncia entre filas vai ser em fun o da quantidade de energia perdida e o pre o do terreno bem como da quantidade de m quinas que se querem instalar e da limita o do terreno As torres querem se tamb m mais pr ximas para que os custos de liga o sejam menores A dist ncia entre colunas de aerogeradores deve ser entre 2 e 4 di metros do rotor dos aerogeradores e a dist ncia entre linhas situa o mais prejudicial deve ser entre 5 a 10 A escolha de dentro destes intervalos vai ter em conta os aspectos em cima referidos INELSON 2009 Existem parques em que devido aos custos do terreno a dist ncia entre as v rias filas foi de tal forma diminu da que as perdas de energia na segunda fila foram na ordem dos 12 e na terceira fila na ordem dos 35 NELSON 2009 Estes valores demonstram que mesmo sendo conhecida o rumo predominante do vento e utilizando valores de dist ncia entre filas de acordo com os intervalos em cima referidos exist
46. di metro na sua parte superior maior do que o di metro do furo da base o que permite proteger os rolamentos de res duos e p j que os rolamentos utilizados n o s o blindados O uso de rolamentos n o blindados deveu se principalmente ao maior atrito que 1 ser provocado pelo lubrificante o que nao justific vel dado as reduzidas velocidades de rotac o No seu centro o suporte tem colocado uma cavilha de 12 mm de di metro figura 4 3 que a responsavel pela transmiss o do movimento aos casquilhos dos sensores Esta foi colocada a press o para n o permitir escorregamento entre si e o suporte Como apresenta a aresta quebrada a colocac o dos casquilhos muito pr tica e r pida mantendo uma centricidade elevada devido aos ajustamentos utilizados Esta soluc o fo utilizada pela sua simplicidade de uso e por garantir a verticalidade dos cata ventos 40 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Cavilha 12 Rolamento 61805 Figura 4 3 Vista local em corte do suporte e respectivos rolamentos e cavilha Para completar o sistema que sustenta e segura o cata vento falta referir os casquilhos utilizados para cada modelo Uma das solu es tidas em conta foi a utiliza o de uma pin a semelhante s usadas nos tornos de maquinagem que permitiria variar a dist ncia das garras ao centro para poder acomodar os v rios di metros dos furos dos cata ventos Esta op o teria como grande
47. diferenca que atinge o m ximo de 1 4 aos 315 da rota o Assim podemos concluir que o cata vento altera o seu valor de sa da para a mesma posi o quando o sentido de rota o alterado O segundo cata vento utilizado modelo Compact tem o n mero de s rie 12066009 e tamb m foi submetido a um teste de 16 sectores de ida e volta 71 Tabela 5 4 Resultados obtidos no teste do segundo cata vento Compact Encoder Cata vento Erro Encoder Cata vento Erro oo 05 05 3375 3351 24 25 198 27 3150 3131 49 450 411 39 2925 2009 36 675 619 56 2700 2674 26 900 825 75 2475 2444 31 1125 1040 85 250 2206 44 1348 1259 89 2025 1970 55 1573 1487 86 1800 1729 71 198 1719 78 1573 1494 79 2025 191 64 1348 1264 84 2250 2195 55 1125 1042 83 2475 2433 42 900 829 71 2700 2670 30 675 623 52 2925 2898 27 450 420 30 3150 3121 29 27 218 09 3375 3342 33 02 10 08 Nestas tabelas verifica se que os valores dos erros ao contr rio do cata vento anterior n o se situam maioritariamente abaixo dos 2 pelo contr rio quase todos os valores de erro s o superiores aos 2 Existe mesmo uma zona de posi es entre os 90 e os 202 5 em que o erro assume valores bastante elevados Ida Vota NE erro deviation O 1 10 I I I I I I
48. e medi o a 80 mm da parede de modo a cobrir um pouco mais de rea A figura 5 2 mostra a disposi o dos pontos de medi o 66 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Figura 5 2 Pontos de medi o nas sec es do escoamento A tabela seguinte cont m os valores da velocidade para os diversos pontos e para as diferentes dist ncias em rela o sec o de sa da Tabela 5 2 Velocidade do escoamento ao longo dos diferentes pontos das sec es Distancia ao t nel 0 mm 500 mm Ponto Velocidade m s 44 48 45 49 so s a 19 s so 9 4 7 Como se pode verificar os valores de velocidades quase que atingem diferenca de 1 m s entre pontos a mesma dist ncia do t nel Os pontos a 500 mm de dist ncia apresentam valores de velocidade mais baixos do que as duas pr meiras dist ncias mas s o valores com pouca 67 varia o entre si Os pontos que mais pr ximos v o estar do leme do cata vento s o os pontos 2 5 e 8 sendo os que apresentam os valores mais pr ximos entre si o que indica que o cata vento val estar circundado por um escoamento muito perto do uniforme Estas medic es foram efectuadas com um anem metro de filme quente principalmente por duas raz es Para a velocidade utilizada outra das possiveis soluc es o tubo de Pitot n o permitiria medir as pequenas varia es de velocidade entre pontos porque as press es criadas s o demasiados baixa
49. e recolha variando entre 1 e 60 segundos Os valores medidos encontram se em graus Tabela 5 6 Resultados do teste din mico para uma frequ ncia de aquisic o de 500 Hz Per odo de amostragem 5 segundos 60 Media Desvio Desvio Desvio 7 Zr 102 2 WEN 102 3 E 102 2 102 2 102 1 s 102 0 16 1023 60 1022 78 O 102 3 6 9 Tabela 5 7 Resultados do teste din mico para uma frequ ncia de aquisi o de 50 Hz Per odo de amostragem Le caudo 60 ET VI padrao 101 91 40 1033 40 052 052 100 5 6 2 102 9 16 1020 6 6 102 1 12 II 102 71 36 To 1025 2 o 10191 47 To 100 1 11 8 19 Tabela 5 8 Resultados do teste din mico para uma frequ ncia de aquisic o de 10 Hz Per odo de amostragem GO segundo padrao padrao padrao A 79 59 A P 102 0 8 5 Efectuaram se medic es com frequ ncias de amostragem de 250 Hz e 1000Hz como tamb m com diferentes per odos de amostragem tais como 13 e 30 segundos Por m a tend ncia observada represent vel pelos valores aqui apresentados Para a frequ ncia de amostragem de 500 Hz no per odo de amostragem de 5 segundos os valores da m dia para os diferentes per odos de amostragem s o muito semelhantes variando apenas 0 3 graus O desvio padr o tamb m n o difere muito sendo cerca de 7 Com a fre
50. e um projecto de um dispositivo experimental capaz de permitir ao utilizador verificar de forma simples r pida e autom tica o estado de funcionamento de cata ventos permitindo comprovar a aptidao do dispositivo ao fim a que se destina Na bancada projectada e constru da no mbito deste trabalho conseguiu se incorporar todos os seus constituintes tais como o motor e respectivo drive de controlo a fonte de alimenta o e elementos de ligac o com os sensores e a placa de aquisic o de dados Dado que cada tipo de cata vento disp e de um casquilho de fixa o espec fico foi necess rio dotar a bancada de um suporte adapt vel de forma simples e r pida s diversas configura es dos sensores atrav s deste suporte que se transmite o movimento do motor ao sensor do cata vento O programa de controlo desenvolvido controla a posic o angular do cata vento atrav s de ordens dadas ao drive do motor executando a leitura do encoder e do sensor cada vez que o movimento interrompido ao longo de uma volta completa A parte gr fica apresentada ao utilizador de f cil interpretac o permitindo o definir o n mero de sectores a verificar ao longo de uma volta completa Pode optar se pela execuc o do movimento apenas num sentido ou se ap s a conclus o de uma volta ele inverte o sentido e executa uma volta de regresso Esta ltima opc o vai permitir observar se existem efeitos de histerese provocados pela mudanca do sentido de rotac o f
51. edi o de uma vari vel 74 Figura D 1 Esquema de liga o dos fios do motor e da alimenta o do drive 131 Figura D 2 Esquema de liga o dos fios do encoder cccccooccnnconoccnononanonnnnnnonnnonaronnnnonnnonnncnncnononnnnnos 131 Figura D 3 Disposi o dos terminais dos conectores da 132 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos ndice de tabelas Tabela 2 1 Comparac o das caracter sticas entre cata ventos mec nicos e ultra s nicos do mesmo o ee AR DP ee 15 Tabela 4 1 Medi o do di metro do furo dos diversos exemplares do modelo Classic 42 Tabela 4 2 Medi o do di metro do furo dos diversos exemplares do modelo First Class 42 Tabela 4 3 Medi o do erro associado ao alinhamento do Norte do cata vento 60 Tabela 5 1 Velocidade do escoamento ao longo da linha de medi o da sec o do t nel 66 Tabela 5 2 Velocidade do escoamento ao longo dos diferentes pontos das sec es 67 Tabela 5 3 Resultados obtidos no teste do primeiro cata vento Compact 70 Tabela 5 4 Resultados obtidos no teste do segundo cata vento Compact 72 Tabela 5
52. ediatamente um a seguir ao outro Contudo existem cata ventos mec nicos que possuem uma gama de leitura de O a 360 O veio que o leme faz rodar suportado por rolamentos de esferas para um baixo atrito e para que inicie rota o com a menor for a poss vel Este um dos elementos que apresenta desgaste ou outro tipo de inconveniente como sujidade nas pistas o que interfere no normal funcionamento do sensor e na capacidade de aferir o rumo do vento Para este elemento o fabricante recomenda troca de rolamentos a cada 24 meses Uma das op es na compra destes sensores a capacidade de aquecimento do seu interior Isto pode ser necess rio quando eles s o colocados em locais com condi es meteorol gicas adversas tais como baixas temperaturas em que h tend ncia para a forma o de gelo nos componentes interiores dificultando o movimento rotacional Este tipo de cata vento normalmente tem o aspecto do presente na figura 2 6 mas existem cata ventos mec nicos que na mesma estrutura tamb m cont m um anem metro de h lice 13 como se v na figura 2 7 Com apenas um instrumento consegue se medir a velocidade e o rumo do vento Figura 2 7 Sensor de monitorizac o do vento mec nico Fonte www youngusa com Quando o rumo do vento varia repentinamente a resposta deste tipo de cata vento caracterizada por overshoot e oscila o a volta da posi o verdadeira em que esta val perdendo amplitude Isto por se tra
53. eio de transmiss o mec nica como por exemplo uma polia 33 1 Cata vento modelo Classic 2 Suporte dos casquilhos 3 Braco articulado 4 Base 5 Motor 6 Suporte do motor 7 Perna Figura 3 11 Exemplo de uma bancada com accionamento no corpo e leme fixo por estrutura articulada Nesta soluc o cada modelo de cata vento tem um suporte espec fico que vai encaixar no suporte azul 2 que se pode visualizar na figura 3 11 Tamb m se pode verificar que o exemplo demonstrado tem accionamento directo o veio do motor 5 fixo ao suporte azul 2 sem interm dio de outro tipo de transmiss es Esta op o permite que a leitura do encoder seja directa evitando se assim o eventual escorregamento o que permite uma leitura rigorosa da posic o angular Se por outro lado fosse utilizado algum tipo de transmiss o de pot ncia como o caso de polias e correias O posicionamento preciso do suporte estaria comprometido devido as deformac es que a correia sofreria e devido a dificuldade de a manter tensionada O motor utilizado n o necessita de aplicar um bin rio elevado mais uma vez a massa a mover bastante concentrada no eixo de rotac o e apresenta um valor relativamente baixo O bin rio val ter que superar o atrito existente nos rolamentos utilizados para apoio do suporte e respectivo conjunto suporte cata vento Ligado a aplicac o do movimento ao corpo est o facto de os fios terem que acompanhar o movimento de
54. eiro Miguel Marques por toda a disponibilidade e ajuda na realiza o deste projecto Ao Engenheiro Joaquim Fonseca e ao Engenheiro Jos Almacinha o meu obrigado pela orienta o e ajuda no projecto e desenhos da bancada e a todos os colaboradores das oficinas de maquinagem um obrigado pela ajuda na constru o da mesma Por fim gostava de agradecer minha fam lia pela ajuda que me deram ao longo destes anos e pela motiva o e apoio prestado na realiza o deste trabalho vi Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos ndice de Conte dos A ee Beeren 1 A ES 1 11 Contexto e MOLIVA O en ae ISS DUO Narren 3 12 e E 3 Jo ESTU do Eto NO si aaa ia lo aii 4 5 ESTO da a a O 5 2 1 Import ncia da medi o do rumo do vento r rr 7 2 2 Necessidade da calbriciO 2 ts 10 23 Oque ec um cata Vento casa see een 11 DA Tiposme cata ventos ai 13 25 Aplicacoes GOS cata nee een 16 2 0 CallDfaca0 da 17 E a A O 23 Escolha de componentes da bancada e estudos pr viOS occccconcccnconoccnnnonaconnnnnnonnnnnnonnnnncnnnonanonnnnnaoos 23 31 Modelos decata VeNtO it 25 A o o A ri 27 35 Selectao do encode uia RA ai 28 34 Fonte de alimenta o ado e aia 30 3 5 Placa de aquisi o de dados ii dos 31 3
55. em sempre perdas nas filas seguintes Sendo assim em fase de projecto de um parque e lico necess rio que se obtenham dados fidedignos do rumo do vento para se conhecer a distribui o sectorial de ocorr ncias importando o sector dominante de modo a que seja desenhado um arranjo de parque layout que permita maximizar a produ o el ctrica garantindo um funcionamento correcto de todos os aerogeradores 2 2 Necessidade da calibra o pequena variabilidade da mudan a do rumo do vento em algumas regi es faz com que o sensor geralmente um potenci metro constitu do por uma pista de carbono seja apenas 10 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos solicitado numa pequena parte criando um desgaste desigual o que pode alterar as medic es introduzindo um erro adicional O facto de os cata ventos possu rem pecas m veis faz com que o desgaste dos componentes possa introduzir erros inadmiss veis e levar a anulac o de uma parte das medic es Os pr prios fabricantes aconselham a definic o de um intervalo de tempo entre os quais os sensores devem ser verificados para garantir o bom funcionamento e a validade dos dados recolhidos Uma boa pr tica na manuten o dos cata ventos consiste na verifica o do seu funcionamento no fim da utiliza o nas esta es de medi o Assim existe a certeza que o sensor est apto para efectuar novas medic es 2 3 O que um cata vento A monito
56. en meno que acontece com alguma frequ ncia na utilizac o normal do cata vento A visualizac o dos valores obtidos em tabelas e gr ficos d a oportunidade ao utilizador de averiguar o erro de leitura do cata vento em cada posi o pr definida existindo a possibilidade de imprimir um relat rio com a toda a informa o pertinente sobre o sensor em quest o Com esta informa o poss vel criar um hist rico de cada cata vento em relac o a caracter stica da sua resposta A utiliza o de um encoder com uma resolu o de 0 36 permitiu obter um padr o de refer ncia com uma exactid o elevada contribuindo para a valorizac o dos testes realizados nesta bancada Os resultados obtidos na an lise de incerteza maioritariamente afectada por erros devidos ao posicionamento do Norte do cata vento e da resoluc o do encoder mostraram se adequados e contribuem para a validac o do teste Contudo um encoder de melhor qualidade fo seleccionado para um eventual uso futuro No desenvolvimento do trabalho cumpriram se as diversas etapas do projecto concepc o desenho construc o montagem e ensaios preliminares tendo sido diversos os dom nios de conhecimento envolvidos nomeadamente a metrologia a instrumenta o e controlo a mec nica dos fluidos o projecto mec nico e a programa o em LabVIEW O resultado foi uma bancada que permite substituir um processo manual fastidioso por um processo autom tico quase sem interf
57. enci metro colocado dentro do sensor exemplificado na figura 2 6 que depois de devidamente tratado nos d indica o do rumo do vento em graus Com os sistemas de recolha de dados a cada leitura anexo a sua posic o temporal o que vai permitir um tratamento estat stico dos dados recolhidos pon A 9 9 Figura 2 6 Exemplo de um cata vento mec nico com potenci metro Fonte www ammonit com Como j foi referido o s nal normalmente em tens o o que juntamente com a caracter stica linear do potenci metro nos permite obter facilmente a relac o entre a tens o medida e o rumo do vento em graus ap s convers o em relac o ao Norte que indicado no corpo do sensor O Norte indicado pelo cata vento nao necessita de ser o Norte verdadeiro desde que seja conhecida a diferenca entre ambos Os dados recolhidos pelo cata vento dever o depois ser tratados de modo a incluir essa diferenca Geralmente a montagem dos sensores aos mastros das torres de medic o s o efectuadas de modo a que o Norte indicado no sensor seja no mesmo rumo do suporte de fixac o Este procedimentos deve se a dificuldade que o t cnico teria em alinhar o norte do cata vento com o norte verdadeiro estando suspenso na torre Assim basta conhecer o rumo do mastro ver qual a diferenca para o Norte e incorporar esse valor nos valores medidos pelo sensor Dentro das caracter sticas deste tipo de sensores podem destacar se algumas O val
58. er ncia humana no resultado com elevada exactid o 81 com a possibilidade de documentar os resultados obtidos sob a forma gr fica tornando o teste de verificac o bastante mais credivel Trabalhos futuros Como foi referido no cap tulo 2 estado da arte existem mecanismos que conseguem aferir se os rolamentos do cata vento est o de certa forma danificados ao ponto de ser necess rio incrementar o bin rio para o leme conseguir rodar Este aumento do bin rio pode levar a que a baixas velocidade o vento nao exerca for a suficiente para o leme posicionar se em direcc o a origem do vento Assim como trabalhos futuros sugere se o desenvolvimento de um mecanismo capaz de medir o bin rio necess rio para rodar o leme durante uma volta completa e comparar os valores obtidos com os mesmos modelos quando estes s o entregues pelo fabricante 82 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Cap tulo 7 Refer ncias e bibliografia 83 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos MATHEW Sathyaj th 2006 Wind Energy Fundamentals Resource Analysis and Economics Springer Berlin Heidelberg Holanda ISBN 3 540 30905 5 MANWELL J F MCGOWAN J G ROGERS A L 2009 Wind Energy Explained Theory Design and Application 2 edic o Riley Reino Unido ISBN 978 0 470 01500 1 NELSON Vaughn 2009 Wind Energy Renewable Energy and the Environment CRC Press Estados
59. iados Figura 4 7 Visualizac o dos componentes ligados a base Esta bancada possui quatro pernas com p s em nylon de altura ajust vel que permitem manter a estrutura est vel mesmo em superf cies mais irregulares O uso de p s em pl stico tamb m mais indicado do que o uso de pernas s em metal porque estas v o estar em contacto com outros materiais e desta forma evita se os riscos As pernas e a barra de suporte dos lemes s o constitu das em perfil de alum nio 20x20 mm diminuindo se o peso e a necessidade de maquinagem para o mesmo efeito sendo apenas necess rio abrir uma rosca no furo central do perfil 45 Os desenhos de definic o e de conjunto podem ser consultados no anexo A Na figura 4 8 possivel ver uma imagem da bancada montada Figura 4 8 Bancada resultante com um cata vento montado As Informa es relacionadas com as liga es el ctricas da bancada podem ser encontradas no anexo D 4 2 Programa de controlo autom tico O software de programa o utilizado o LabVIEW vers o 9 0 1 um software de desenvolvimento semelhante aos dispon veis comercialmente em linguagem C ou Basic entre outros Por m apresenta uma grande diferenca Ao contr rio dos anteriores em que as linhas de c digo s o criadas a partir de linhas de texto introduzidas pelo programador este software usa uma linguagem de programac o gr fica Devido a sua interface gr fica bastante intuitiva pessoas com pouc
60. ica es dos cata ventos Existem diversas situa es em que necessitamos de conhecer o rumo do vento Em alguns casos atrav s da observa o do meio envolvente tais como rvores ou objectos que estejam sob efeito do vento poss vel verificar atrav s do seu deslocamento o rumo sobre qual o vento incide Um desses casos as birutas dispositivos colocados nas auto estradas formados por um tecido em forma de um cilindro com duas aberturas sobre qual o vento passa e indica o rumo deste e de alguma forma a intensidade tamb m Por m existem outras em que necess ria uma medi o muito mais rigorosa Um dos exemplos mais conhecidos a utiliza o do conhecimento do rumo do vento na meteorologia para se efectuar previs es meteorol gicas e para prever mudan as clim ticas a longo prazo No estudo do regime dos ventos dos locais para o aproveitamento da energia e lica Na avia o necess rio conhecer se o rumo do vento entre outras condi es atmosf ricas para se determinar se as descolagens e as aterragens podem ser executadas em seguran a Neste caso especifico o rumo do vento dada em rela o ao norte magn tico ao inv s das outras aplica es que dada em rela o ao Norte geogr fico No meio mar timo o conhecimento do rumo vento usado na navega o e para o estudo e observa o do clima nos oceanos como exemplificado na figura 2 9 Neste ltimo caso os cata ventos utilizados tem a particularidade de poss
61. ina os ventos geostr ficos A um nivel mais local a deslocac o das massas de ar podem ser provocadas pela diferente capacidade de absorc o de calor por parte da terra em relac o ao mar pelo aquecimento diurno e arrefecimento nocturno das montanhas Simultaneamente com a orografia e a cobertura do solo estes s o os principais factores que influenciam o vento tanto em rumo como em velocidade H locais em que o rumo dominante do vento pouco varia n o mais que os 30 porque a circulac o atmosf rica naquele local muito vincada pela circulac o global e que sofre poucas alterac es Noutros locais como existentes em Portugal n o h um rumo claramente dominante porque sao diversos os regimes atmosf ricos que tornam o local interessante para o aproveitamento energ tico pela convers o da energia e lica em energia el ctrica Os aerogeradores actuais encontram se munidos de instrumentos de medic o das caracter sticas do vento na parte superior da nacelle sendo o cata vento um exemplo A informac o recolhida por este sensor e pelos sensores colocados nas torres de medic es existentes nos parques e licos vai indicar a direc o incidente do vento e posteriormente ser dada uma ordem de accionamento aos motores que fazem o posicionamento da nacelle em torno do seu eixo vertical para que o eixo do rotor se posicione no sentido em que incide o vento De referir que a rotac o da nacelle para que o rotor esteja alinhado com a direcc o d
62. inido 48 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Liar programa Seleccionar porta de comunica o Informa es do teste e condi es ambientais Graus por N de sectores sector Bot o Iniciar Passos teste por sector Armazenar dados para o movimento do motor ligar led efectuando teste Ler posi ao inicial do encoder e do cata vento Display com posi o do Y encoder em graus Rodar motor o numero de passos definidos x n de sectores Ler posi ao do encoder e do cata vento Construir gr fico construir tabela Desligar led efectuando teste Calcular erro m ximo erro minimo m dia Ligar led teste conclu do Bot o imprimir relat rio Imprimir relat rio Programa terminado 49 A programa o por blocos basicamente a implementa o do algoritmo em linguagem de programa o A seguir s o apresentados alguns blocos utilizados acompanhados por uma breve descri o da sua fun o Encoder om om De Instrument O Assistants om on ls Figura 4 10 Bloco de programac o para a leitura da posic o angular do veio do motor atrav s do encoder Na figura 4 10 esta o bloco utilizado para a
63. iste na execu o de um processo autom tico com o m nimo de participa o do t cnico da verifica o em que atrav s de meios inform ticos activado um motor el ctrico acoplado a um encoder que vai servir de valor de refer ncia e que vai rodar de posi o em posi o nas quais v o ser lidos o valor do cata vento e do encoder calculando se o erro em cada posi o e o erro m ximo atingido Este trabalho resulta num processo quase totalmente autom tico com valores de elevada exactid o que permitem criar uma base de dados com a Informa o extra da em cada teste sobre cada cata vento existente na empresa 1 3 Estrutura do relat rio O relat rio encontra se dividido em sete cap tulos No cap tulo seguinte faz se uma descri o do estado da arte relativamente import ncia da medi o do rumo do vento no estudo dos locais potencialmente prop cios para o aproveitamento da energia e lica atrav s de aerogeradores uma descri o do que um cata vento os diferentes tipos existentes e as principais aplica es tamb m descrito o processo de calibra o por um fabricante deste tipo de sensores e de uma bancada de um outro fabricante utilizada para a verifica o da exactid o de cata ventos No cap tulo tr s s o enunciados os componentes utilizados na constru o da bancada bem como o porqu da sua escolha tais como motor fonte de alimenta o entre outros S o mostrados tamb m as v rias solu es q
64. lizados em diversas reas tais como meteorologia industria qu mica meios navais levantamento do potencial e lico de locais entre outros Estes instrumentos s o amplamente utilizados no estudo das condic es meteorol gicas para a previs o do estado do tempo e na caracterizac o do regime de ventos de locais com potencial para O aproveitamento da energia e lica sendo esta uma ind stria bastante consolidada em Portugal mas em constante crescimento Devido as exig ncias actuais constante procura da qualidade maxima por parte das empresas a utilizac o de recursos e meios inform ticos para automatizar os mais variados processos tem vindo a aumentar Aliar esta possibilidade a processos de verifica o de instrumentos de medic o permite reproduzir resultados fi veis com elevado n vel de precis o nos quais se pode confiar 1 2 Objectivos Este trabalho tem como objectivo o desenvolvimento de uma bancada que possibilite a montagem de diferentes tipos de cata ventos utilizados pelo Instituto de Engenharia Mec nica e Gest o Industrial INEGI e a determinac o autom tica da sua resposta 7 E necess rio efectuar um projecto mec nico de uma bancada que utilize um motor el ctrico para criar um deslocamento angular entre o corpo do cata vento e o seu leme Existem v rios modelos diferentes com dimens es diferentes e deve ser poss vel fixar cada um para se proceder ao teste Os elementos necess rios para a constru
65. montagem e verifica o geral de funcionamento Foi desenvolvida uma aplica o inform tica em LabVIEW para permitir o controlo do motor e a aquisi o dos sinais dos sensores Esta permite definir os par metros do teste tais como o n mero de sectores a avaliar e a possibilidade de efectuar testes num ou nos dois sentidos Ap s o teste os resultados apresentados em tabelas e sob a forma gr fica podem ser exportados para um ficheiro Microsoft Office Word Desta forma a verifica o da exactid o dos cata ventos torna se num processo autom tico reduzindo o tempo do teste em compara o verifica o manual e reduzindo a possibilidade de erro humano Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Development of a bench for an automatic test of wind vanes Abstract The wind vanes are wind direction measurement instruments Like any other measuring equipment it is necessary to verify if their characteristics match those indicated by the manufacturer at the time of purchase even after a long period of time The goal of this project 15 to develop a bench for an automatic test and characterization of wind vanes for the different models used by Instituto de Engenharia Mec nica e Gestao Industrial INEGI Initially were defined the project requirements and the resources needed to materialize it Two solutions were study to achieve a relative displacement between the vane and the body of the sensor one
66. nci metro 4 81 V e ngulo de rota o que pode tomar um valor m ximo de 360 a 74 844 2 V 481 E Ap s o tratamento estat stico obt m se a m dia das amostras Posi o do cata vento valor que utilizado para comparar com o valor do encoder o desvio padr o e a vari ncia Estes tr s tipos de valores v o ser utilizados para a constru o da tabela apresentada no separador Teste din mico da vista frontal do programa No bloco da figura 4 12 encontra se o in cio da sequ ncia utilizada para controlar o movimento do motor e a recolha de dados principalmente O nome do bloco utilizado stacked sequence em que poss vel executar comandos de uma forma sequencial O mostrado na figura seguinte n o o bloco utilizado no programa mas produz o mesmo efeito Em termos gr ficos mais f cil de exemplificar com este bloco No primeiro passo s o inseridos os valores da corrente do motor em funcionamento e quando este est parado representado pelos blocos azuis Para Inserir essa ordem colocado um operador booleano com o sinal de sa da verdadeiro que equivale a pressionar o bot o InsCorr e ao mesmo tempo pressiona os bot es efectuar teste e Reset do encoder que ligam o led de indica o de inicio do teste e fazem o reset ao valor do encoder respectivamente O operador booleano com o sinal de sa da falso est ligado ao bot o esquerda direita para garantir que o motor
67. nte ao erro sistem tico do desalinhamento do Norte do cata vento este ocorre sempre que o t cnico tenta alinhar o Norte do cata vento antes do in cio de um teste Neste caso necessario despender algum tempo visto que se trata de uma verificac o da exactid o de um aparelho de medida Neste alinhamento imposs vel obter o 0 devido a pr pria resoluc o do sensor e de modo a incluir este erro na incerteza dos resultados foram efectuadas 11 tentativas de alinhamento de um cata vento a funcionar correctamente das quais foram retirados os valores do ngulo lido por ele A media destes ngulos vai corresponder ao erro sistem tico inerente ao alinhamento Como se trata de um erro sistem tico este valor va ser usado como correcc o do valor lido pelo cata vento offset Para se utilizar um offset igual para todos os cata ventos seria necess rio efectuar um estudo estat stico de um n mero consider vel de sensores Tabela 4 3 Medic o do erro associado ao alinhamento do Norte do cata vento Desvio Tentativas O 0 29 Contudo o erro aleat rio das medic es anteriores tem que ser levado em conta Para um n mero de amostras superior a 10 e seguindo a distribui o de t Student para um intervalo de confianca a 95 t toma o valor aproximado de 2 O limite P deste erro aleat rio pode ser dado por 60 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos P
68. o vento vai criar esfor os na estrutura da torre e a exposi o a ventos cruzados provocados pela mudanca de direcc o criam esforcos nas p s principalmente de fadiga sendo necess rio muito cuidado no dimensionamento dos componentes Como os aerogeradores tem a auto capacidade de se alinharem com a direcc o do vento e deste modo receber a m xima energia poss vel para aquele determinado instante pode se pensar que o estudo do rumo do vento dispens vel Por m isto n o verdade o rumo do vento n o interfere apenas no posicionamento do rotor do aerogerador em tempo real mas tamb m no planeamento da disposi o dos v rios aerogeradores MATHEW 2006 Todos os estudos do potencial e lico de um local tem obrigatoriamente que incluir dados relativos medi o do rumo do vento A informa o relativa ao rumo e velocidade do vento de um local geralmente apresentada recorrendo se a uma rosa dos ventos Esta representa o gr fica consiste num gr fico usualmente dividido em 16 sectores igualmente espa ados as quais representam as v rias direc es poss veis do vento No caso do rumo do vento em cada sector representado a frequ ncia com a qual o vento incidiu durante o tempo de estudo no caso da velocidade representada em cada sector a velocidade m dia do vento como representado na figura 2 1 N 16 Sms NNE NNW NW 12 WITW ENE W WSW WSW ESE SW SE SSW Sok Sa SSE 5
69. o anterior est dispon vel tamb m na lateral A informac o da posic o do encoder mostrada em X Input informac o do cata vento subtra do o correspondente valor do encoder sendo o erro do cata vento que entra no Y Input Neste passo estes tr s conjuntos de valores s o transmitidos para o exterior da sequ ncia para posterior cria o de uma tabela 53 Jal 13 0 17 P EE gt 00 10 Build XY Graph _ XY Graph F EEE s sj Figura 4 14 Bloco programac o Aare do Seo posic o vs erro O valor do erro ligado a lateral tamb m para transmitir os seus valores ao passo seguinte Com o conjunto desses valores calculada a sua m dia para se obter o erro m dio do teste e calculado o m dulo do seu valor para se calcular o erro m ximo e m nimo como se pode ver na figura 4 15 Erro max Erro min Figura 4 15 pisco fee programacao para a c lculo don maior erro atingido e s da m dia dos erros A interface com o util zador est organ zada por p ginas de modo a agrupar os diversos tipos de informa o e para evitar o uso de barras de deslizamento 54 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Basicamente temos cinco p ginas A primeira Configura o onde se inserem as informa es do cata vento tais como fabricante modelo e n mero de s rie Nesta sec o necess rio indicar o nome do
70. o do motor conforme o n mero de sectores ee A uo a sca eer 53 Figura 4 14 Bloco de programa o para constru o do gr fico posi o VS erro 54 Figura 4 15 Bloco de programa o para c lculo do maior erro atingido da m dia dos erros 54 Figura 4 16 Pagina de Configura o do painel frontal do programa do teste autom tico 55 Figura 4 17 P gina de Teste do painel frontal do programa do teste autom tico 56 Figura 4 18 P gina de Resultados do painel frontal do programa do teste autom tico 57 Figura 4 19 P gina do Teste din mico do painel frontal do programa do teste autom tico 58 Figura 4 20 C lculo do desvio criado pela excentricidade 60 Figura 5 1 Linha ilustrativa ao longo da qual foram efectuadas as medi es da velocidade 65 Figura 5 2 Pontos de medi o nas sec es do escoamento 67 Figura 5 3 Instala o utilizada para a medi o das velocidades 68 Figura 5 4 Instala o utilizada no teste din mico ooocccnncccononcnnnnnonanonnnononanonnnnnnnnonnnnonnnacnnnnnnnanenoss 73 Figura 5 5 Exemplificac o da oscila o na m
71. o do motor e a posi o angular do corpo do cata vento Para minimizar esta excentricidade os di metros dos casquilhos que v o ser introduzidos nos furos dos corpos dos cata ventos necessitam de se aproximar o mais poss vel dos di metros destes mesmos Assim sendo foram efectuadas 41 v rias medic es aos furos de fixac o de modo a conhecer se o menor di metro entre os v rios exemplares do mesmo modelo Os resultados das medic es podem ser visualizadas nas tabelas 4 1 e 4 2 Tabela 4 1 Medic o do di metro do furo dos diversos exemplares do modelo Classic Cata vento Classic Exemplar 1 Exemplar 2 Exemplar 3 Exemplar 4 Diametro Diametr Di metro Diametr Medic o mm o mm mm o mm 5008 1 50 39 50 37 2 m mas s ss 50 36 3 50 38 4 50 33 5 50 36 Media 50 30 M dia 50 05 M dia 50 35 M dia 50 36 Tabela 4 2 Medic o do di metro do furo dos diversos exemplares do modelo First Class Cata vento First Class Exemplar 1 Exemplar en 3 l 3505 1 3 0 1 35 05 2 35 02 x 35 05 4 35 08 5 35 04 Media 35 06 Media 34 97 Med a 35 05 A menor m dia dos di metros de cada modelo foi subtra do 0 1 mm O valor resultante o que vai ser usado no di metro nominal do casquilho respectivo de cada modelo No modelo Compact este problema n o se coloca porque o m todo de fixa o atrav s de um tubo roscado interiormente Para se proceder
72. o leme mantendo se este fixo As raz es para esta opc o s o principalmente os aspectos negativos j descritos anteriormente no cap tulo tr s para o accionamento do leme e pela maior praticabilidade demonstrada pelo accionamento do corpo do sensor para os diversos tipos de cata vento usados actualmente pelo INEGI ou para os modelos futuros que possam vir a ser adquiridos Contudo este ponto ser mais expl cito quando for feita a abordagem aos diversos suportes para os sensores 1 cata vento modelo Classic 2 casquilho 3 suporte do casquilho 4 barra de fixa o do leme 5 garra de fixa o do leme 6 base 7 drive do motor 8 perna com p regul vel 9 motor 10 chapa de suporte do motor 11 barra de suporte do motor 12 conector femea 9 Figura 4 1 Desenho de conjunto em 3D da bancada projectada As decis es tomadas n o foram f ceis Como o objectivo da bancada efectuar a verifica o da exactid o de opera o de um cata vento necess rio que o sistema por si s forne a o valor do rumo do cata vento com a menor incerteza poss vel para que se possa depois comparar com o valor lido pelo sensor Assim todas as decis es tomadas v o de encontro constru o de uma bancada que permita uma boa exactid o no posicionamento do cata vento Para responder ao desafio anterior deu se especial aten o transmiss o da pot ncia do motor ao suporte do corpo dos cata ventos A primeira s
73. o medidor e deixa se O leme rodar 360 apontando se os valores m ximos de bin rio no sentido de rota o dos ponteiros do rel gio e no sentido inverso Estes valores s o depois comparados com valores tabelados caso os valores lidos sejam superiores aos tabelados sinal que os rolamentos devem ser substituidos Como exemplo um dos modelos deste fabricante apresenta um bin rio t pico no leme no valor de 0 00030 kgf m e que equivale a uma velocidade m nima do vento de accionamento no valor de 1 1 m s Para a verifica o da direc o o sensor colocado na mesma bancada e roda se o veio que segura o cata vento em intervalos de 30 atrav s da leitura do transferidor acoplado a bancada e compara se com o sinal de sa da do sensor TORQUE i gr VANE TORQUE GAUGE MODEL 18331 BEARING CENTERLINE Figura 2 11 Man metro dinamom trico de aplica o no leme dos cata ventos Fonte R M YOUNG COMPANY WIND SYSTEM CALIBRATION RECOMMENDED CALIBRATION INTERVAL PROCEDURE AND TEST EQUIPMENT MODEL 18860 90 Na verifica o em laborat rio o sensor e o equipamento de tratamento de dados retirado do local de medic es e transportado para um laborat rio com instrumentos de calibrac o e que operado por um t cnico Relativamente a forca necess ria para rodar o leme o teste efectuado semelhante ao anteriormente descrito ac ma No que toca a direcc o o procedimento do teste tamb m semelhante ao an
74. o valor de sa da do cata vento ia incorporar os efeitos desse ru do levando a que os resultados de medi o sejam afectados Neste caso a escolha recaiu numa fonte de alimenta o linear pela importante caracter stica de introduzir muito pouco ru do na tens o fornecida contudo a soluc o adoptada foi diferente Foi utilizado um regulador de tens o de 5V 7805 alimentado a 24 V fornecidos pela fonte de alimenta o referida anteriormente ver esquema na figura 3 8 Obviamente que era necessario saber o valor verdadeiro da tens o fornecida para se efectuar uma correcta leitura da posic o do cata vento tendo sido medido o valor de 4 81 V aos seus terminais Dada a elevada diferenca entre a entrada e a sa da do regulador poss vel assegurar uma tens o perfeitamente estabilizada Foi montado um pequeno circuito el ctrico que continha o regulador de tens o juntamente com um fus vel de 100 mA para proteger os cata ventos e tamb m um led light emittingn diode que indica se est a ser fornecida corrente el ctrica ao cata vento Regulador de tens o Regulador de tens o Resistencia Figura 3 8 Esquema do circuito el ctrico utilizado para fornecer os 5 V 3 5 Placa de aquisic o de dados O sinal de sa da do potenci metro do cata vento lido utilizando o m dulo de aquisic o de dados da National Instruments modelo NI 9201 Este m dulo est a ser utilizado no chassis NI cDAQ 9172 figura 3 9 ambo
75. ocidades muito baixas e que o fa a com precis o elevada Ap s o motor rodar para a posi o desejada fundamental que o seu veio esteja travado de modo a poderem ser efectuadas as medi es correspondentes posi o angular e posi o fornecida pelo cata vento A dimens o do motor apesar de n o ser um ponto de elevada import ncia deve ser compacto de modo a que as dimens es gerais da bancada sejam reduzidas Ap s uma an lise dos diversos tipos de motores e de acordo com os principais requisitos enumerados foi escolhido o motor passo a passo Para a rota o da base dos cata ventos e dos respectivos suportes n o necess rio um motor de elevado bin rio logo pode ser usado um motor de reduzidas dimens es O escolhido foi o modelo ST420950404 da Nanotec Este motor apresenta um bin rio motor de aproximadamente 0 16 N m at as 100 rpm como se pode ver na figura 3 4 e um bin rio em situa o de parado de 7 6 N cm e nm Binario Nm Drehmoment Torque Couple Par Nm 0 05 100 1000 10000 Drehzahl Speed Messe Velocidad min 1 Velocidade rpm Figura 3 4 Motor modelo 57420950404 da Nanotec e respectivo gr fico do bin rio em fun o da velocidade de rotac o Este modelo fo1 o escolhido entre outros da mesma s rie porque possu a uma curva de bin rio semelhante aos demais mas apenas necessita de uma corrente de 0 4 A valor bastante inferior dos outros modelos
76. olu o idealizada utilizava uma transmiss o por polia e correia Deste modo dependendo da rela o utilizada poder se ia elevar o bin rio aplicado ao suporte e utilizar se sistemas de fixa o dos sensores de maior peso e in rcia Mas esta op o tem uma caracter stica que se torna prejudicial para um posicionamento de precis o Ao utilizar se uma correia n o poss vel garantir a rigidez do 39 sistema de transmiss o de pot ncia quando se fazem arranques e paragens sucessivas Assim optou se pelo accionamento directo do cata vento acoplando o directamente ao veio do motor figura 4 2 Assim o suporte tem um furo na sua parte inferior do mesmo di metro do veio do motor com um ajustamento H7 O veio foi facejado e preso por um perno para impedir o escorregamento Para se garantir a centricidade foram utilizadas cavilhas cil ndricas paralelas na barra onde est aparafusado o motor tendo se usado a mesma soluc o para a base Cavilha Motor Figura 4 2 Visualizac o da estrutura de suporte do motor O suporte montado na bancada serve de apoio aos diferentes casquilhos utilizados transmitindo o peso dos casquilhos e dos cata ventos aos rolamentos de esferas e os rolamentos de esferas por sua vez transmitem no base Estes rolamentos s o colocados o mais distante poss vel um do outro para que n o exista inclina o do suporte principalmente pelo peso dos cata ventos e pela sua altura O suporte apresenta um
77. onanonnnnnnoss 27 Figura 3 4 Motor modelo ST4209S0404 da Nanotec e respectivo gr fico do bin rio em func o da velocidade de ota MIR 28 Figura 3 6 Drive do motor modelo SMCI33 1 da Nanotec 29 Figura 3 5 Encoder da OMRON com 2500 passos por 29 Figura 3 7 Fonte de alimenta o de 24 V modelo S 150 24 da Mean Well Direct 30 Figura 3 8 Esquema do circuito el ctrico utilizado para fornecer OS 5 31 Figura 3 9 Placa de aquisic o de dados utilizada modelo NI cDAQ 9172 com o m dulo de leitura modelo NI 9201 da National Instruments ccooocnnnccnccnnncnnccnnonanocononnnocnnonancnnononononnnrnnnonanonnnnnnccnnnnnns 32 Figura 3 10 Exemplo de uma bancada com accionamento no leme 32 Figura 3 11 Exemplo de uma bancada com accionamento no corpo e leme fixo por estrutura ALTE 2 2 ON 34 Figura 3 12 Exemplo de uma bancada com accionamento no corpo e leme fixo por veio regul vel AU as 35 Figura 4 1 Desenho de conjunto em 3D da bancada projectada 39 Figura 4 2 Visualiza o da estrutura de suporte do MOtOTF ccccconccnnccnnccnnccnnocnnonnnonnnonarononanonnnnnncnnnono
78. or m nimo da velocidade do vento para que se possa medir o rumo do vento Devido s forcas de atrito muito reduzidas o cata vento necessita de pouca forca para iniciar movimento assim a velocidade m nima para o seu accionamento geralmente na ordem de m s A resoluc o de um cata vento a menor varia o do rumo do vento que o sensor consegue detectar Este valor da ordem de 1 Reprodutibilidade de medi o a caracter stica que define a capacidade do sensor produzir informa o fidedigna durante um per odo de tempo Esta Informa o conseguida atrav s da compara o da recolha de dados entre instrumentos de 12 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos medic o semelhantes mas com per odos de uso diferentes Outra das caracter sticas a exactid o do sensor que define um intervalo de valores dentro do qual se encontra o valor verdadeiro da vari vel a medir A fidelidade de medic o uma caracter stica que indica a dispers o dos valores medidos de um determinado estado da vari vel e pode ser avaliada pelo desvio padr o A exactid o de um sensor pode variar com o tempo por isso se torna necess rio efectuar a calibrac o dos equipamentos NELSON 2009 2 4 Tipos de cata ventos Existem dois tipos de sensores de medic o do rumo do vento os cata ventos mec nicos e os sensores ultra s nicos de monitorizac o do vento 2 4 1 Cata vento mec nico A base construtiv
79. orma o que necess rio introduzir a porta de comunica o do computador com o drive do motor Esta pode ser conhecida ap s pesquisa no Gestor de dispositivos do computador necess rio introduzir a corrente de fase em movimento e quando o motor est parado em percentagem Estes valores v o determinar o bin rio criado tanto em movimento como quando o motor est parado Na mesma sec o existe ainda o modo de passo Os valores que podem ser escolhidos s o 1 1 1 2 1 4 1 8 entre outros Este valor vai permitir que o motor rode em intervalos inferiores a um passo Como j foi indicado na escolha do tipo de motor o motor utilizado roda 0 9 por cada passo quando o modo de passo de 1 1 Assim se este for 1 2 significa que o motor rodar 0 45 ou se forl 4 ele rodar 0 225 Na entrada denominada Frase indicado o n mero de passos que se pretende que o motor rode Podemos ainda indicar a frequ ncia de rota o de arranque a final e a rampa de acelera o Temos a hip tese de escolher igualmente o sentido de rota o Depois de preencher estes valores necess rio armazenar frase e carregar frase de modo a que informa o introduzida seja enviada para o drive do motor Ap s este passo que poss vel Iniciar movimento clicando no bot o Iniciar frase Para se parar o motor dever pressionar se o bot o Parar frase ou o bot o Terminar Programa que tamb m desliga o programa
80. os o que um valor muito reduzido Esta opc o tamb m permitiria medir o bin rio necess rio para rotac o o que depois de analisado podia indicar os estado dos rolamentos do sensor Em termos construtivos esta opc o n o necessitaria de rolamentos e os mecanismos de suporte do corpo seriam de baixa complexidade Outro aspecto positivo seria a possibilidade de rotac o sem qualquer entrave visto que os fios do sensor e do motor estariam sempre fixos ao contr rio de outras op es em que o fio tem de seguir a rota o do corpo Pelo lado negativo este sistema para alojar os diversos sensores existentes necessita de uma estrutura de dimens es consider veis visto que o sensor First Class apresenta um comprimento do leme na ordem dos 450 mm o que implica uma bancada com largura na ordem de 1000 mm Outro aspecto negativo o facto da estrutura que suporta o motor ter de se adaptar s diversas alturas dos diferentes cata ventos n o sendo uma solu o pr tica nem expedita Finalmente como a parte de cima de cada cata vento diferente implicava que o dispositivo que transmite movimento do motor fosse espec fico para cada um dificultando a sua utiliza o 3 6 2 Accionamento no corpo Com este tipo de accionamento necess rio fixar o leme e construir um suporte que consiga rodar os corpos dos diferentes cata ventos O motor dever accionar esse suporte de forma directa como demonstrado na figura 3 11 ou atrav s de um m
81. perior ao do mecanico apresentando tamb m melhor resoluc o Por fim pode se atender a pot ncia consumida pelos dois em que 0 mecanico ganha vantagem porque apresenta um valor de quase metade em relac o ao ultra s nico Para uma an lise onde nao entrem mais variaveis o cata vento ultra s nico aparenta ter uma enorme vantagem Contudo para a utilizac o na caracter zac o do regime de ventos dum dado 15 local visando O aproveitamento da energia e lica var aveis como preco e energia consumida pelo equipamento adquirem alguma import ncia Para o caso indicado as limita es apresentadas anteriormente sobre o cata vento mec nico exactid o e resoluc o n o colocam nenhum entrave ao tipo de medic es que se querem executar Contudo as mais valias dos cata ventos ultra s nicos tais como a quase inexist ncia de manutenc o poderiam ser motivo de escolha ao inv s do mec nico mas neste campo a energia consumida pelos sensores toma grande import ncia dando grande vantagem ao mec nico Como se sabe grande parte das torres de medi o encontram se em locais remotos e o equipamento nela colocado tem de ser alimentado por uma fonte pr pria Geralmente utilizado um colector fotovoltaico com uma rea bastante reduzida para alimentar o modem e ou sensores de humidade e temperatura e pilhas de 9 V os sensores de velocidade e rumo sendo de extrema import ncia que a energia por estes consumida seja a menor poss vel 2 5 Apl
82. putador poder fazer se via RS232 ou USB tendo se optado por este ltimo porque a interface serie j pouco comum nos computadores Input 2 E Input 3 a E get 7 Wap 4 Stepper Motor Driver with Input 5 integrated Controller Input 6 COM Output 1 Output 2 Output 3 Analog In GND 5 V Channel B Channel A Index GND Winding A Winding A Winding B Winding B UB 24 48V Nanotec PLUG 4 DRIVE GND www nanotec com Figura 3 6 Drive do motor modelo SMCI33 1 da Nanotec 29 3 4 Fonte de alimentacao O drive do motor necessita de ser alimentado com uma tens o entre os 24 V e os 48 V Para esse fim necess rio escolher uma fonte de alimentac o que seja poss vel aplicar na estrutura da bancada Dentro das possibilidades existem dois tipos de fontes que podem ser utilizada as comutadas switching e as lineares linear As fontes lineares sao de baixa efici ncia energ tica A energia nao aproveitada dissipada maioritariamente na forma de calor sendo necess rio recorrer a dissipadores As fontes comutadas caracterizam se pela sua elevada efici ncia e pela sua flexibilidade de uso em aplicac es variadas e t m menos peso e volume em relac o as lineares pois n o necessitam de possuir a mesma capacidade de dissipa o de calor para as mesmas pot ncias Pelo lado negativo tem se a produ o duma tens o de sa da com ru do provocadas pelo switching quer a montante
83. qu ncia de amostragem de 50 Hz utilizando per odos de amostragem de 1 segundo as m dias variam entre si num intervalo de 2 6 Utilizando per odos de amostragem de 5 segundos variam entre s num m ximo de 1 5 No per odo de amostragem de 60 segundos variam no m ximo 0 3 Em rela o ao desvio padr o verifica se que para os dois primeiros per odos de amostragem os valores do desvio padr o s o mais pequenos encontrando se esporadicamente alguns valores bastante mais elevados Na frequ ncia de amostragem de 10 Hz e quando o per odo de amostragem de 1 segundo os valores das m dias variam entre si num m ximo de 1 9 Os valores do desvio padr o tamb m s o muito baixos Para um per odo de amostragem de 5 segundos as m dias variam entre si num m ximo de 4 e os desvios padr o s o um pouco superiores aos anteriores contendo alguns valores bastante mais elevados Com um per odo de amostragem de 60 segundos os valores da m dia variam no m ximo 0 5 e os valores do desvio padr o s o superiores aos anteriores Para analisar o comportamento do cata vento vai se ter em conta as medi es em que as m dias registadas diferem pouco entre si o que significa que nessas medi es os intervalos temporais s o suficientes para incorporar todas as varia es do valor da vari vel em estudo Esse Intervalo temporal deve ser superior a 5 segundos Como se verifica para os per odos de amostragem de 60 segundos as m dias s o
84. r 18 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos A tabela dos resultados composta por tr s colunas sendo a primeira correspondente a posic o do motor a segunda a posic o indicada pelo cata vento e a terceira o erro entre os dois valores anteriores Graficamente os dados inseridos s o as posi es de refer ncia do motor que s o colocadas no eixo das abcissas e o erro entre a refer ncia e o cata vento no e1xo das ordenadas Erro Posi o Gr fico 2 1 Resultados calibrac o do modelo Compact da THIE Fonte Certificado de calibrac o Deutsche WindGuard Wind Tunnel Services 03 2010 10 1741 DKD K 36801 2 6 2 Calibrac o pela YOUNG Este fabricante disponibiliza v rios instrumentos de calibrac o para os seus instrumentos de medi o do vento e ap s contacto disponibilizou um manual de instru es com variada informa o contendo Intervalos de calibra o procedimentos e equipamentos que se podem utilizar Para os intervalos de calibra o se o sensor for utilizado para efeitos de pesquisa ou estudo de um local eles definem quatro tipos de verifica o A primeira verifica o na torre recomendam um intervalo de 3 meses A segunda verifica o em bancada recomendam um intervalo de 6 meses A terceira verifica o em laborat rio recomendam um per odo de 12 meses e o quarto verifica o no fabricante recomendam um per odo de 24 meses
85. r inferior a 0 5 segundos Isto deve se a necessidade de garantir que o valor da posic o da m dia actualizado constantemente e de forma c lere para quando o motor parar o movimento e o programa fizer a leitura da posic o do cata vento os valores utilizados para o c lculo da m dia sejam apenas referentes aos valores lidos quando o cata vento est parado 97 M dia Desvio padr o Variancia Figura 4 19 P gina do Teste din mico do painel frontal do programa do teste autom tico 4 3 An lise de incerteza Numa calibra o verifica o a aferi o da aptid o do sensor testado n o pode ser efectuada somente analisando os valores obtidos do erro em rela o ao padr o E necess rio conhecer a Incerteza inerente aos valores obtidos Todas as medi es s o afectadas por erros nunca se conseguindo determinar o valor verdadeiro da vari vel a medir Os erros podem ser classificados de duas formas erros sistem ticos e erros aleat rios Os primeiros s o intr nsecos ao sistema e por mais medi es que se fa am eles existem sempre e desviam sistematicamente o valor medido Os segundos s o os erros de natureza aleat ria inerentes a qualquer medi o Os erros aleat rios podem ser analisados recorrendo ao tratamento estat stico dos dados obtidos Neste caso quanto maior for o n mero de medi es mais a m dia dos valores medidos tende para o valor verdadeiro O erro sistem tico um erro que varia de fo
86. ra que a bancada cumpria os requisitos planeados era altura de p la a prova fazendo exactamente aquilo para que ela foi criada uma verificac o da exactid o de um cata vento Na verdade efectuaram se duas verifica es a dois cata ventos fornecidos pelo INEGI do mesmo modelo Por informac o do INEG um dos cata ventos encontrava se a funcionar correctamente e o outro encontrava se avariado Na realiza o destes testes foram seguidos os passos descritos nas instru es de funcionamento Apenas nao foram inseridos informa es quanto s condi es atmosf ricas Os cata ventos foram colocados na bancada e efectuou se o alinhamento do Norte com cuidado O primeiro cata vento utilizado modelo Compact tem o n mero de s rie 0103782 e fo1 lhe efectuado um teste de 16 sectores de ida e volta Os resultados apresentados foram retirados conforme estavam no relat rio gerado ap s cada teste 69 Tabela 5 3 Resultados obtidos no teste do primeiro cata vento Compact Encoder Cata vento Erro Encoder Cata vento Erro 0 0 0 1 0 1 3317 5 335 1 18 22 5 214 A 313 0 3143 0 45 0 43 6 14 292 5 2931 0 6 67 5 05 8 210 0 2701 0 7 90 0 1 6 2415 248 3 0 8 1125 117 0 8 2250 2255 0 5 134 8 134 8 0 0 2025 203 3 0 8 1575 158 2 0 7 180 0 180 7 0 1800 180 0 7 157 5 157 9 0 4 2025 203 4 0 9 134 8 135 0 0 2 2250 2261 1 1 112 5 1125 0 0 2415 248 1 0 6 90 0 89 2 0 8 210 0 2698 0 2 67 5 6 14
87. riormente explicado Quanto ao segundo aspecto o aerogerador em funcionamento modifica o escoamento devido ao movimento das p s provocando uma diminui o da velocidade do vento como tamb m o 9 aumento da turbul ncia resultando em menor energia extraivel e num aumento dos esforcos de fadiga A energia que um gerador e lico fornece prov m da transforma o da energia cin tica que o vento possui Isto faz com que a velocidade do vento sa da do rotor seja bastante inferior velocidade de entrada o que condiciona os geradores que se encontram a jusante Logo a energia capturada de um dado n mero de geradores de um parque ser sempre Inferior energia capturada se estas m quinas estivessem colocadas isoladamente com as mesmas caracter sticas de vento O d fice de energia do vento da esteira de um gerador e lico vai ser anulado ap s uma certa dist ncia atrav s da troca de energia cin tica com o vento circundante Esta dist ncia depende principalmente do tamanho do rotor mas n o s MANWELL 2009 A distribui o anual em frequ ncia do rumo do vento uma das causas das perdas que influencia a perda enunciada acima A dist ncia transversal ou longitudinal entre aerogeradores vai depender do rumo predominante do vento Assim as perdas por efeitos de esteira necessitam de ser calculadas de acordo com a distribui o da frequ ncia do vento ao longo dos sectores da rosa dos ventos em conjunto com a informa o da velocida
88. riza o do rumo do vento efectuada h milhares de anos e o cata vento provavelmente o instrumento meteorol gico mais antigo Acredita se que as primeiras medi es do vento foram atrav s da observa o do efeito que este exercia em objectos que se encontravam ao redor das pessoas Desde a sua cria o o desenho b sico do cata vento mudou muito pouco Tipicamente consiste num veio horizontal ou semelhante suportando um leme num dos lados e um contra peso na outra extremidade O ponto de equil brio deste conjunto colocado num veio vertical que suportado por um rolamento permitindo que o sistema rode e que o contra peso indique sempre qual o rumo do vento 52008 almagerada Pasagermi niebl g com Figura 2 5 Exemplo de um cata vento artesanal Fonte www aimagemdapaisagem nireblog com 11 A leitura que se conseguia noutros tempos verificar aproximadamente se o vento soprava do Norte Sul Este ou Oeste j h muito que nao suficiente Hoje em dia necess rio uma indicac o exacta do rumo do vento por vezes com uma exactid o elevada de 1 Em adi o a esta medi o juntou se a necessidade de introduzir uma dimens o temporal de modo a que determinados instantes do tempo pudessem ser atribu dos as exactas direc es do vento naqueles instantes Para isto ser poss vel surgiram os cata ventos que produzem um sinal el ctrico a maior parte das vezes em tens o geralmente criado por um pot
89. rma previs vel ou conhecida e que n o alterado pelo aumento das medi es efectuadas Para se poder quantificar necess rio conhecer as fontes de erro de um sistema No caso da bancada de teste autom tico as fontes de erro conhecidas s o a resolu o do sensor de refer ncia encoder a excentricidade do posicionamento do corpo do cata vento em rela o ao eixo de rota o do motor o erro inerente ao alinhamento do Norte do cata vento e a exactid o da placa de aquisi o de dados volt metro SANTOS 2010 Relativamente ao encoder o fabricante apenas indica a sua resolu o de 1000 impulsos por volta n o indicando a exactid o Assim sendo admite se que o erro inerente sua leitura prov m apenas da sua resolu o O encoder apresenta uma resolu o R de 0 36 sendo este 58 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos 66 um erro aleat rio Admitindo uma distribui o uniforme rectangular sendo a metade do intervalo poss vel de se encontrar o valor medido 2 x a Resolu o 2 0 36 a 0 18 O desvio padr o experimental associado sua leitura ser el ge s 0 104 Como s apenas uma estimativa de o a vari vel n o segue a distribuic o normal mas sim a distribui o t Student Para uma confian a a 95 os limites de confian a do erro aleat rio P calculado utilizando um f 2 Pencoder t X Sencoder 2 X 0 104 0
90. rotac o Para a fixac o do leme o sistema proposto consiste num braco articulado o qual poss vel mover se para fixar a parte de tr s do leme dos diferentes modelos de cata ventos Pelo lado positivo destaca se a facilidade com que o braco se adapta a cada cata vento e pela sua est tica Pelo lado negativo tem se a incapacidade de fixar o leme de uma forma absoluta porque n o tem um dispositivo que agarre o leme de forma eficaz aliado a instabilidade posicional dos sistemas articulados 34 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Figura 3 12 Exemplo de uma bancada com accionamento no corpo e leme fixo por veio regul vel em altura Para eliminar o maior inconveniente da proposta anterior o braco articulado a soluc o encontrada assenta na utiliza o de um veio guiado atrav s de um casquilho em bronze pe a laranja da figura 3 12 que control vel em altura atrav s do aperto de um parafuso de orelhas O mesmo veio tem na parte superior uma chapa para fixa o do leme pressionada por uma porca de orelhas 35 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Cap tulo 4 Projecto elaborado 37 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos 4 1 Projecto mec nico Ap s avaliadas as opc es possiveis de construc o da bancada optou se por efectuar o accionamento do corpo do cata vento figura 4 1 ao inv s do accionamento d
91. s 40 Figura 4 3 Vista local em corte do suporte e respectivos rolamentos e cavilha 41 Figura 4 4 Desenho em 3D dos diversos casquilhos de suporte dos cata ventos a modelo Classic p modelo First Class 6 modelo en 43 Figura 4 5 Visualiza o do sistema de fixa o do leme dos cata ventos o modelo em causa o Re ES s s A Se e E eS 44 Figura 4 6 Casquilhos dos v rios cata ventos com os cabos de liga o no seu interior na esquerda modelo First Class no centro modelo Compact na direita modelo Classic 44 Figura 4 7 Visualiza o dos componentes ligados 45 Figura 4 8 Bancada resultante com um cata vento montado 46 Figura 4 9 Painel frontal simplificado do programa de controlo da posi o do motor retirado do sitio da Internet 06 TADRICANTO aaa 47 Figura 4 10 Bloco de programac o para a leitura da posic o angular do veio do motor atrav s do EN OU ea ee OE ORT ee ee 50 Figura 4 11 Bloco de programa o para a leitura da posi o do cata vento 51 Figura 4 12 Parte do bloco de programa o Stacked Sequence 52 Figura 4 13 Bloco de programa o que inicia a rota
92. s e a sua coloca o tem de ser cuidada para que a direc o do escoamento incida perpendicularmente sec o de entrada do tubo A outra raz o foi a facilidade de manuseamento do anem metro de filme quente aliada disponibilidade imediata do valor da velocidade Os instrumentos de medi o utilizados s o do fabricante TESTO o sistema de aquisi o de dados o modelo testo 400 utilizando um bolbo quente de 3 mm robusto para medi o de baixas velocidades com a refer ncia 0635 1549 Estes equipamentos em conjunto apresentam um intervalo de medi o de O a 10 m s com uma exactid o de 0 04 m s e uma resolu o de 0 01 m s Al m do valor da velocidade estes instrumentos permitem medir tamb m a temperatura ou outras propriedades dependendo da sonda utilizada Na figura 5 3 poss vel visualizar a Instala o Anemometro f de filme quente Figura 5 3 Instalac o utilizada para a medic o das velocidades Como a medic o da velocidade do ar assenta nas leis da transfer ncia de calor foi prestado um cuidado especial a colocac o da sonda Esta foi posicionada perpendicularmente em rela o a direc o do escoamento Para se poder medir a velocidade ao longo da largura do t nel verificou se que a partir de metade da largura os valores de velocidade aumentavam n o mantendo a tend ncia anterior chegando a obter se valores perto da parede superiores aos do centro Esta anomalia era causada pela
93. s propriedade do INEGI 31 Figura 3 9 Placa de aquisic o de dados utilizada modelo NI cDAQ 9172 com o m dulo de leitura modelo NI 9201 da National Instruments 3 6 Estudos pr vios Nesta fase os requisitos do projecto definidos pelo INEGI foram analisados e dentro das limita es impostas foi considerado um conjunto de solu es que permitissem o teste dos modelos de cata vento apresentados anteriormente As ideias iniciais foram evoluindo para uma solu o final e ap s an lise pelo INEGI o qual indicou algumas altera es objectivas culminou no projecto definitivo da bancada de teste autom tico Em conjunto com os orientadores da disserta o foram concebidas as primeiras solu es mais gen ricas quer com o accionamento do corpo do cata vento o que implica a fixa o do leme quer com o accionamento do leme do cata vento estando o respectivo corpo fixo 3 6 1 Accionamento no leme do cata vento Neste desenho o motor dever movimentar o leme enquanto a base do cata vento ficar fixa como mostrado na figura 3 10 Figura 3 10 Exemplo de uma bancada com accionamento no leme 32 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Esta soluc o apresenta v rios aspectos positivos O facto de se actuar no leme permite utilizar um motor de baixa pot ncia porque o bin rio necess rio para fazer rodar o leme apenas o suficiente para vencer o atrito dos rolament
94. so e lico Por m nesta norma n o est descrito um procedimento de calibra o de cata ventos nem de anem metros Esta defici ncia a n vel da aus ncia de informa o sobre calibra o e de um procedimento aceite internacionalmente levou a que as empresas criassem os seus pr prios procedimentos A recolha de informa o para este cap tulo foi efectuada atrav s do certificado de calibra o da Deutsche WindGuard Wind Tunnel Services e do manual de instru es daR M YOUNG CORPORATION 17 2 6 1 Calibrac o pela THIES Um dos procedimentos de calibrac o estudado o que vem descrito no certificado de calibrac o do fabricante dos cata ventos que v o ser verificados na bancada constru da a THIES GmbH amp Co KG Neste caso estamos perante uma calibrac o din mica porque as medic es sao efectuadas com o sensor posicionado a sa da dum t nel de vento No certificado indicado que o procedimento descrito e aceite pela GEO NET que uma empresa de desenvolvimento e consultadoria nas reas da energia e lica polui o do ar ambiente Apesar da tentativa de contacto para o fornecimento de informac o nenhuma resposta foi obtida poss vel verificar as indicac es do instrumento a ser calibrado tais como o seu fabricante o seu n mero de s rie e a data em que a calibrac o fo efectuada Esta operac o efectuada em Instala es que s o regularmente calibradas e que est o de acordo com a norma ISO 90
95. tar de um sistema sub amortecido com uma raz o de amortecimento inferior a Esta raz o o r cio existente entre o amortecimento do sistema e o amortecimento cr tico valor que permite a resposta transiente mais r pida a um degrau sem ocorrer overshoot O valor da raz o de amortecimento deve se situar entre os 0 3 e os 0 7 para se obter uma resposta r pida e com pouco overshoot WMO 2008 2 4 2 Sensores ultra s nicos de monitorizac o do vento Este tipo de sensores usa ondas de som para determinar a velocidade do vento e o seu rumo Normalmente consiste num par ou conjunto de pares emissor receptor em que o emissor emite um sinal s nico A componente da velocidade na direcc o de propagac o do som val interferir na sua velocidade levando a que a velocidade do sinal sonoro se altere A medic o tamb m executada no sentido contr rio e se na medic o anterior a velocidade de propagac o aumentou neste caso ela vai diminuir Este conjunto de medic es na mesma direcc o mas em sentidos diferentes prende se com o facto da velocidade de propagac o do som depender da temperatura do ar e com o recurso a este m todo esse facto compensado Ap s a comparac o das medic es dos v rios pares que correspondem s v rias componentes dimensionais possivel conhecer a velocidade nas tr s dimens es e rumo do vento Devido a sua elevada resoluc o temporal ele apropr ado para a medic o da turbul ncia e como n o tem in r
96. terior apenas s o comparados mais um conjunto de direcc es 340 350 e 355 20 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Figura 2 12 Exemplo da bancada de verificac o de cata ventos da YOUNG USA Fonte www youngusa com Quanto verifica o pelo fabricante o sensor enviado para as pr prias instala es ou para um laborat rio de calibra o reconhecido Neste caso medido o bin rio do leme que vai ser traduzido no menor valor da velocidade do vento que vai fazer com que o leme rode Em rela o direc o o sensor colocado num mastro que roda para posi es definidas sendo medido o sinal de sa da e efectuada a fun o de rela o entre o valor el ctrico e a posi o angular 21 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Cap tulo 3 Escolha de componentes da bancada e estudos pr vios 23 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Neste cap tulo ser o apresentados os modelos de cata vento a serem testados e definidos os v rios elementos que constituem o projecto da bancada de teste tendo em conta os requisitos de cada um 3 1 Modelos de cata ventos Para iniciar o projecto da bancada necess rio saber quais os cata ventos que v o ser testados visto que as caracter sticas destes v o influenciar profundamente o tipo de constru o utilizado e as solu es empregues O INEGI indicou
97. tor r pido que se encontra preso na lateral do casquilho aos terminais que apresentam a mesma cor Na bancada os conectores f mea tamb m tem de ser soldados Ao que ligado o conector universal dos diversos cata ventos necess rio soldar o fio de alimentac o o fio da massa e o fio de leitura do indicador do potenci metro Destes ltimos dois sai tamb m a ligac o para o conector f mea ao qual ligado o cabo proveniente da placa de aquisic o de dados O esquema de liga es o seguinte Massa castanho pino n mero dois do conector Indicador potenci metro verde pino n mero tr s do conector Alimenta o 5V amarelo pino n mero 6 do conector A disposi o dos pinos do conector visto pelo lado em que se efectua a soldadura dos fios Figura D 3 Disposi o dos terminais dos conectores da base Fonte http www binder usa com til php function catalogdl28 uid 4116 132
98. tr s modelos diferentes que s o actualmente utilizados nas suas torres de medi o Todos os cata ventos utilizam um potenci metro de 2000 Ohm podendo ser alimentados com uma tens o entre os O e os 30 V Na utiliza o em campo eles s o tipicamente alimentados com 5 V mas como j fo1 referido durante o teste v o ser alimentados atrav s do regulador de tens o De seguida faz se uma breve descri o das caracter sticas dos tipos de cata ventos considerados neste trabalho 3 1 1 First Class Figura 3 1 Cata vento modelo First Class da THIES Fonte http www ammonit com pt produtos sensores cataventos Este sensor utiliza um potenci metro que converte a propriedade f sica num sinal anal gico tendo um Intervalo de medi o de 0 a 360 A exactid o deste modelo de 1 e tem um peso aproximado de 0 7 kg e pode ser utilizado com uma velocidade m xima de 85 m s Para a montagem nas torres utilizado um tubo com um di metro exterior de 33 5 mm e um comprimento m nimo de 25 mm O di metro interior deve ser no m nimo de 25 mm de modo a permitir a passagem do conector O sensor fixado atrav s de dois pernos M6 25 3 1 2 Classic Per Ep FO en Figura 3 2 Cata vento modelo Classic da THIES Fonte http www ammonit com pt produtos sensores cataventos Tamb m neste caso um potenci metro converte a propriedade f sica n
99. u rem um rolamento magn tico que faz com que a posi o dos 0 do potenci metro esteja sempre alinhada com o norte magn tico Para aplica o em esta es meteorol gicas o rumo do vento deve ser medido com uma exactid o de 5 WMO 2008 16 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Figura 2 9 Utiliza o do cata vento para o estudo do clima nos oceanos Fonte www pmel noaa gov pubs PDF frei2339 frei2339 pdf Na ind stria a medi o do rumo do vento pode ser tamb m importante como no caso de f bricas de produtos qu micos em que se pretende controlar a dispers o de poluentes 2 6 Calibra o Ao contr rio dos anem metros n o existe um procedimento padr o de calibra o definido por uma organiza o Para os sensores da velocidade do vento o instituto da rede de medi es de energia e lica MEASNET elaborou um procedimento aceite pelos seus membros e considerado o procedimento de calibra o mais aceite internac onalmente Este procedimento baseado na norma IEC 61400 12 1 2005 Wind turbines Part 12 1 Power performance measurementes of electricity producing wind turbines First edition 2005 12 anexo F Esta norma de extrema import ncia porque al m de definir os procedimentos para medi o da curva de pot ncia incorpora os requisitos dos equipamentos utilizados o que se torna bastante til na realiza o de campanhas de avalia o de recur
100. ue foram pensadas para o projecto de desenho da bancada A informa o contida no cap tulo quatro descreve a op o tomada quanto constru o da bancada dando nfase aos aspectos mais importantes Descreve tamb m os passos dados na programa o do software onde s o indicados alguns blocos de programa o que foram constru dos no decorrer do trabalho como tamb m a parte gr fica com que o utilizador val comunicar No cap tulo cinco efectuada a caracteriza o do escoamento na sec o de sa da do t nel de vento bem como s o efectuados alguns testes de verifica o da exactid o de cata ventos fornecidos pelo INEGI e a verifica o do desempenho de um cata vento num teste din mico Relativamente ao cap tulo seis s o tecidas algumas considera es acerca do trabalho desenvolvido O cap tulo seguinte tem a informa o relativa s refer ncias utilizadas para a execu o deste trabalho Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos Cap tulo 2 Estado da arte Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos 2 1 Import ncia da medic o do rumo do vento O vento a deslocac o de uma massa de ar originada indirectamente pela rad ac o solar O aquecimento desigual dos oceanos e do solo entre os p los e os tr picos criam diferencas de press o atmosf ricas que for am desloca o de massas de ar que juntamente com o movimento rotacional da Terra orig
101. um sinal anal gico tendo um intervalo de medi o de 0 a 360 Este modelo apresenta uma exactid o de 2 uma resolu o de 1 e um peso aproximado de 4 5 kg A velocidade m xima a que pode ser sujeito de 60 m s Para a montagem nas torres de medi o utilizado um tubo com um di metro exterior de 48 mm e um comprimento m nimo de 50 mm O di metro interior deve ser no m nimo de 36 mm para que o conector possa ser ligado parte inferior do sensor O sensor depois fixado atrav s de dois parafusos de cabe a hexagonal 26 Desenvolvimento de uma bancada para o teste autom tico de cata ventos 3 1 3 Compact 220 Pg 21 SW 36 za ja E Figura 3 3 Cata vento modelo Compact da THIES Fonte http www ammonit com pt produtos sensores cataventos Este sensor incorpora tamb m um potenci metro para a indicac o da propriedade f sica medida tendo um intervalo de medi o de 0 a 360 A sua exactid o de 2 e apresenta uma resolu o de 0 5 Pesa 1 55 kg e pode ser utilizado em velocidades de vento at os 80 m s durante 30 minutos Pode ser montado num tubo com uma rosca interior PG21 ou numa chapa com um furo de di metro 29 mm Neste cata vento n o introduzido nenhum conector na sua parte inferior ele faculta o seu pr prio cabo 3 2 Seleccao do motor O movimento rotacional da base dos cata ventos criado atrav s de um motor el ctrico Existe um
102. vantagem a auto centragem entre o veio do motor e o corpo dos cata ventos Por m o peso desses dispositivos exagerado e poder se ia correr o risco de o motor n o possuir bin rio suficiente aumentando ainda fortemente o custo da bancada Mais devido diferen a de di metros dos furos para inserir o suporte entre dois dos actuais modelos dificilmente se encontraria um dispositivo que conseguisse um intervalo de actua o para suportar estes di metros Acresce que um dos cata ventos fixado por meio de rosca o que n o permitiria o seu uso com este sistema e se no futuro existissem modelos novos com dimens es do furo do suporte fora do intervalo de di metros criado pelos dois modelos actuais a bancada ja n o podia ser utilizada A solu o adoptada para a fixa o do corpo dos cata ventos passou pelo fabrico de casquilhos diferentes para cada um dos tr s modelos existentes como visto na figura 4 4 Dois dos cata ventos t m um furo na sua parte inferior para a introdu o do tubo de suporte Ap s introduzir se o tubo os cata ventos t m dois parafusos nas suas laterais que v o pressionar o tubo contra a parede dos furos Para a montagem nas torres de medi o o di metro nominal do tubo n o necessita de ser igual ao di metro nominal do furo dos cata ventos porque a excentricidade criada n o vai afectar a medi o do rumo do vento Por m na bancada esta excentricidade vai criar uma diferen a entre a posi o angular do vei

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