PROJETO DE UM AQUECEDOR SOLAR QUE ACOMPANHA A TRAJETÓRIA SOLAR AO LONGO DO DIA
10
0
0
Texto
(2) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. Este trabalho teve como objetivo desenvolver um mecanismo de rotação, tipo rastreamento solar, com intuito de aumentar a eficiência sua eficiência em comparação aos aquecedores solares fixos. Angulação esta que é escolhida de acordo com a localização da residência, área sombreada e, principalmente, incidência de luz solar na parte da tarde. Esse tipo de instalação não garante um ótimo aproveitamento da energia solar ao longo do dia. Este trabalho busca uma solução viável para um maior aproveitamento da energia solar e, desse modo, uma economia ainda maior de energia elétrica nas residências. 2. REVISÃO DE LITERATURA. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. O projeto em questão foi desenvolvido de acordo com as etapas de projeto propostas em BACK et al. (2011). Os autores propõem uma metodologia baseada em diferentes etapas de projeto, que buscam um melhor desenvolvimento e clarificação de ideias tornando possível a modelagem e solução do problema. Essas etapas de projeto são: planejamento do produto/projeto, projeto informacional, projeto conceitual, projeto preliminar e projeto detalhado. ALONÇO (2004) evidencia o planejamento do produto e do projeto como sendo necessário estabelecer o nome do projeto, público alvo, o mercado para o produto, as características do produto, o preço meta e o cronograma de desenvolvimento. A etapa seguinte de projeto trata-se do projeto informacional. Essa etapa se resume a identificação dos requisitos básicos, técnicos e de atratividade; definição das necessidades e desejos do cliente; elaboração da lista de requisitos de projeto (especificações de projeto). SANTANA et al. (2011) propõe a etapa de projeto conceitual após a etapa de projeto informacional. Os projetistas devem identificar os problemas essenciais, definir a função global e subfunções da máquina, procurar por princípios de soluções para as subfunções, realizar a combinação dos princípios de solução, selecionar de combinações, definir de critérios de seleção das combinações e esboçar o conceito escolhido. A próxima etapa para proposta por PAHL et al. (2011) é o projeto preliminar. Essa etapa busca determinação de layouts alternativos do produto; seleção do layout final, seleção de materiais; modelagem e simulação dos sistemas, dimensionamento (relações de transmissão, transferência de calor, elétrico e eletrônico, estrutural etc.), elaboração da lista de peças e de materiais para a manufatura de peças a serem fabricadas na própria indústria, estimativa de custo do produto, elaboração dos desenhos preliminares de conjunto e de desenhos de componentes, bem como o modelo sólido (mockup). O projeto detalhado junto com o encerramento do projeto são as etapas finais propostas por ANDRADE et al. (2011). O projeto detalhado é definido pelos desenhos de detalhe para execução das peças avulsas, desenhos de subconjuntos e de um desenho geral do produto, especificações para fabricação (especificar o material, as máquinas e ferramentas a serem utilizadas, e os acabamentos necessários), fluxograma indicando como serão realizadas as montagens das peças e seus manuais de operação, verificação da documentação de produção quanto às normas e exatidão; modelo do produto final em escala reduzida ou virtual, especificações técnicas e lições aprendidas. Já o encerramento do projeto apresentação e entrega da documentação técnica do projeto incluindo todos os documentos pertinentes das fases anteriores. De acordo com TWIDELL (1986) existem vários parâmetros a serem considerados quando se estuda o movimento do sol. A latitude e a longitude são os mais populares. A latitude é definida a partir da linha do Equador e tem o valor positivo para locais pertencentes ao hemisfério Norte e negativos para o hemisfério Sul. Já a longitude é definida positiva a leste do Meridiano de Greenwich e negativa a oeste do mesmo meridiano. Outras grandezas são importantes para a descrição do movimento solar, são elas: ângulo de zênite (θ z), altitude solar (αS) e azimute de superfície (γ). O ângulo de Zênite é definido como o ângulo entre o raio incidente do sol e a normal da superfície. A altitude solar é o ângulo entre o raio solar e o plano horizontal, é o complemento do ângulo de zênite. O azimute solar de superfície é o ângulo a direção normal a superfície (projetado no plano horizontal) e o eixo Norte-Sul, esse ângulo é de 0° quando a superfície está voltada para o sul e 180° quando a superfície está voltada para o Norte, o azimute solar possui valores positivos para superfícies voltadas para oeste e negativos para superfícies voltadas para o leste. A Figura 2 ilustra grandezas importantes para descrição da trajetória solar.. Figura 2. Ilustração de ângulos importantes para descrição do movimento solar (TWIDELL, 1986)..
(3) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. Para o funcionamento do projeto é necessário uma unidade de controle. Em PRUDENTE (2011), o autor define o Controlador Lógico Programável (CLP) como sendo um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais. O CLP é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. Seu funcionamento interno consiste em um processo cíclico de leitura das entradas, que são armazenadas como variáveis na memória RAM. Estas variáveis são processadas, segundo o software desenvolvido pelo próprio usuário, seguindo as prioridades nele definidas. Logo após, as variáveis são levadas aos dispositivos de saída que atuam diretamente na planta realizando assim, o controle. O CLP possui maior utilização nas áreas industriais, podendo controlar diferentes variáveis e principalmente substituir pessoas em suas tarefas diárias com uma maior confiabilidade, rapidez e menor custo. Existem algumas linguagens para programação do CLP, a linguagem Ladder é a mais usada. TAVARES (2011) define a linguagem Ladder como sendo um diagrama de com o intuito de descrever uma função lógica utilizando contatos e relés. Sua notação é bastante simples. Um diagrama de contatos é composto de duas barras verticais que representam os pólos positivo e negativo de uma bateria. A função principal de um programa em linguagem Ladder é controlar o acionamento de saídas, dependendo da combinação lógica dos contatos de entrada. 3. METODOLOGIA. A disciplina de “Projeto de Engenharia Mecânica” propõe que se realize um projeto que seja viável para a construção e solucione um problema cotidiano. O grupo de projeto, em comum acordo, escolheu o projeto de um aquecedor solar que acompanhe o movimento do sol ao longo do dia. O projeto foi desenvolvido com base em uma metodologia de projeto bastante disseminada na engenharia mecânica. As etapas de planejamento de produto e do projeto, projeto informacional, projeto conceitual, projeto preliminar, projeto detalhado e encerramento de projeto já foram evidenciados em revisão de literatura e nos tópicos subsequentes irá ser esclarecido o projeto do aquecedor solar que acompanha o movimento solar. 3.1. Planejamento do produto/projeto e Projeto Informacional. O primeiro passo do projeto foi realizar um estudo sobre aquecedores solares convencionais, trajetória do Sol durante o dia e sistemas de controle de processo. Após feito isso, foi analisado o mercado e definido o público alvo para o aquecedor solar projetado. Posteriormente, foi realizada uma pesquisa com clientes, pessoas comuns que fazem o uso do aquecedor solar para aquecimento da água para o banho e foi perguntado sobre o capital investido, relação custo/benefício e satisfação do cliente. Quanto ao design do produto, não existem grandes diferenças quanto ao aquecedor convencional, a aparência não é um requisito fundamental. Um dos objetivos do projeto é que, após a instalação, o aquecedor necessite de pouca manutenção técnica durante sua vida útil, apenas uma simples limpeza dos coletores. Para encerramento da etapa de projeto informacional foi confeccionada uma lista de requisitos inicial que poderia ser alterada no decorrer do processo 3.2. Projeto Conceitual. Em projeto conceitual é necessário escolher o conceito a ser desenvolvido para a rotação dos coletores solares. Para isso, foi feita uma estrutura de funções para esquematizar as variáveis escolhidas pelo grupo de projeto e clarificálas. Com base na estrutura de funções foi feita uma matriz morfológica na qual foram dispostas as subfunções e suas possíveis soluções. Estabeleceu-se as variantes de soluções para o aquecedor solar projetado. A escolha da variante de solução foi feita através da elaboração de uma árvore de critérios na qual cada critério possui um peso correspondente. Para escolha final da variante de solução foi proposta uma forma de avaliação na qual uma pontuação de 1 a 4 é conferida para cada critério e essa nota é multiplicada pelo peso do critério. Ao final somam-se todos os valores encontrados para cada variante e a variante com maior valor será a escolhida para o desenvolvimento do projeto. 3.3. Projeto Preliminar Na etapa de projeto preliminar foi determinado o layout do produto com o auxílio do software SolidWorks®. Para o desenvolvimento do projeto foram considerados dois coletores solares em paralelo, porém, um número maior de coletores pode ser instalado de acordo com a necessidade do cliente. O layout leva em consideração apenas os coletores com o mecanismo de rotação (motor e peças estruturais) já que o boiler e tubos de alimentação tem a mesma configuração do aquecedor convencional. A rotação dos coletores solares foi definida de modo que as placas acompanhem o movimento do sol ao longo do dia, ou seja, a rotação será feita em torno da longarina, girando de leste para oeste. Com a determinação do layout, selecionaram-se os materiais. O projeto partiu do principio de que era necessária uma adaptação do aquecedor solar convencional, logo a seleção de materiais é a mesma do convencional com o acréscimo do motor e componentes estruturais necessários para rotação do coletor..
(4) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. Foi realizada a análise de tensões na longarina que é conectada ao motor com o software Ansys Workbench®. A análise de tensões foi feita tanto para carregamento estático, levando-se em conta o peso do coletor solar (cerca de 20 kg) e o torque do motor (torque nominal de 0,5 N.m). Com o dimensionamento feito, foi estudado o funcionamento do sistema e chegou-se a seguinte resolução. Fez-se necessário de um sistema de controle para o processo. Os servo-motores serão instalados com o intuito de realizar a rotação nos coletores. A rotação das placas será realizada em apenas em um eixo. Os sensores óticos serão instalados de modo a captar a luz solar, iniciando o processo. Serão instalados 2 sensores dispostos nas extremidades do coletor em cada coletor solar. O controlador PID (proporcional, integral, derivativo) realizará o controle do processo. O controlador funciona da seguinte forma: se o sinal de erro é grande, existe a necessidade de uma atuação rápida do servo-motor para corrigir a rotação, porém, se o sinal de erro é pequeno não é interessante que o motor atue rápido, ao passo que é preciso que o motor atue de forma mais lenta. Essa variação da intensidade que o motor atua pode ser regulada pela forma de onda da tensão empregada. Para larguras de pulso maiores a forma de onda da tensão permite uma atuação mais rápida da bomba. Já para larguras de pulso menores possibilita uma atuação mais lenta do motor. A botoeira ON/OFF, os servo-motores e os sensores são conectados diretamente ao CLP, já o controlador PID não está conectado a nenhuma saída do CLP, porém, é uma variável que pode ser carregada dentro do bloco PWM (Pulse Width Modulation). Assim, utiliza-se a resposta fornecida pelo PID para acionar os oito níveis de PWM existentes no Ladder. Portanto, foi elaborado um mecanismo para controle da rotação ajustando a largura do pulso do bloco PWM presente no CLP permitindo um ajuste adequado para o controle da rotação. O último passo do projeto preliminar é a lista de peças e seus respectivos custos em que definiu-se os preços dos componentes e o preço total do aquecedor solar 3.4. Projeto Detalhado e Encerramento de Projeto. A instalação do sistema na residência é a mesma para um aquecedor normal em que leva-se em consideração a localização da casa, área sombreada e , para esse caso particular, os coletores solares devem estar dispostos de modo que a longarina responsável pela rotação dos coletores seja perpendicular a direção leste-oeste. Porém, a montagem da longarina e de elementos de fixação como a braçadeira, flange, colar de eixo, barra pivô foi definida para possibilitar a rotação em torno do eixo longitudinal. Foi preparada uma lista com as especificações dos componentes necessários para o funcionamento do aquecedor. Os seguintes componentes foram especificados: coletor solar, boiler, CLP, botoeira ON/OFF, servo-motor de corrente contínua, sensores fotoelétricos, potenciômetro, controlador PID e tubos flexíveis. Com as especificações definidas foi descrito um plano de montagem básico para montagem do aquecedor solar. Os elementos estruturais (longarina a braçadeira, flange, colar de eixo, barra pivô) são unidos a parte inferior do coletor solar. A longarina é fixada ao servo-motor através de uma ponta de eixo. Os sensores fotoelétricos são colocados nas extremidades do coletor. Então, as entradas e saídas do aquecedor são ligadas ao CLP e o potenciômetro é inserido para relacionar a rotação com valores de tensão. 4. Resultados e Discussões. Os resultados dessa seção são relativos a metodologia de projeto empregada.. 4.1. Planejamento do produto/projeto e Projeto Informacional. De acordo com a análise do mercado foi visto que um aquecedor solar convencional possui um preço que gira em torno de R$ 3000,00, logo, definiu-se um preço meta na faixa de R$ 4000,00 a R$ 5000,00. Com essa faixa de preço o novo aquecedor retornaria o investimento a médio prazo através da redução do consumo energético da residência. O público alvo para o aquecedor desenvolvido seria a chamada “classe C”, a classe social emergente no Brasil. A primeira ideia é que o aquecedor solar seja instalado em residências, no entanto, nada impede uma adaptação para prédios comerciais ou residenciais. O projeto foi desenvolvido em um semestre letivo, de outubro de 2013 a fevereiro de 2014. A pesquisa com os clientes revelou que em certos períodos de tempo ao longo do dia o aquecedor não garantia a energia necessária e era preciso o uso de uma resistência elétrica para aquecimento da água. Porém, a pesquisa também permitiu concluir a satisfação dos entrevistados com a utilização do mecanismo. O objetivo do projeto é um maior aproveitamento da energia solar e, por conseguinte, redução ainda maior do consumo de energia. A Tabela 1 representa a lista de requisitos para direcionar o projeto..
(5) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. Tabela 1. Lista de requisitos inicial confeccionada para o aquecedor solar projetado. Essencial (E) / Desejável (D). Requisitos. D 2. D E E E 3.. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. D E. 1. Dimensões e Geometrias (valores máximos) 1.1. Coletores Solares: Altura – 1 m; Comprimento – 1m Materiais: 2.1. Coletor Solar: 2.1.1. Cobertura: Vidro fosco 2.1.2. Tubos para condução de calor: CPVC (copolímero vinílico) 2.2. Reservatório Térmico (Boiler): Aço Inox 2.3. Eixo para rotação das placas: Aço AISI 1020 Segurança: 3.1. Equipamentos de segurança para instalação 3.2. Instalação em local seguro, normalmente no telhado das residências Ergonomia: 4.1. Nível de Ruído: 0 dB Produção: 5.1. Produção em série 5.2. Adaptação de aquecedores convencionais Montagem: 6.1. Motor conectado ao eixo de rotação 6.2. Eixo de rotação conectado na parte inferior do coletor solar Manutenção: 7.1. Manutenção praticamente nula Prazo: 8.1. Fim de fevereiro. 4.. E. 5.. D E. 6.. E E. 7.. D. 8.. E. 4.2. Projeto Conceitual. Em projeto conceitual, foi desenvolvido critérios para a escolha do conceito. O primeiro passo foi estabelecer a estrutura de funções para o aquecedor solar. A Figura 3 trata-se de um esquema dessa estrutura de funções.. Figura 3. Estrutura de Funções para o Aquecedor Solar que acompanha a trajetória solar.. A matriz morfológica foi confeccionada e é representada pela Tab. 2.. Tabela 2. Matriz morfológica proposta para o Aquecedor Solar que acompanha o movimento solar.. 1. 2. 3. 4. 5.. Função / Solução Aquecimento. A Coletor Solar. B. C. Acompanhamento da trajetória solar Controle do Processo Motor a ser utilizado Energia Utilizada. Sensor fotoelétrico. Dados astronômicos CLP. Temporizador. Dados préestabelecidos Servo-motor. Motor de passo. Solar. Elétrica + Solar.
(6) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. A matriz morfológica permitiu encontrar diferentes variantes de solução. A Tabela 3 esquematiza essas variantes. Tabela 3. Variantes de solução especificadas a partir da matriz morfológica. A1 – A2 – A3 – A4 – A5 A1 – A2 – A3 – A4 – B5 A1 – A2 – A3 – B4 – A5 A1 – A2 – A3 – B4 – B5 A1 – A2 – B3 – A4 – A5 A1 – A2 – B3 – A4 – B5 A1 – A2 – B3 – B4 – A5 A1 – A2 – B3 – B4 – B5 A1 – B2 – A3 – A4 – A5 A1 – B2 – A3 – A4 – B5 A1 – B2 – A3 – B4 – A5 A1 – B2 – A3 – B4 – B5. Variante de Solução 13 Variante de Solução 14 Variante de Solução 15 Variante de Solução 16 Variante de Solução 17 Variante de Solução 18 Variante de Solução 19 Variante de Solução 20 Variante de Solução 21 Variante de Solução 22 Variante de Solução 23 Variante de Solução 24. A1 – B2 – B3 – A4 – A5 A1 – B2 – B3 – A4 – B5 A1 – B2 – B3 – B4 – A5 A1 – B2 – B3 – B4 – B5 A1 – C2 – A3 – A4 – A5 A1 – C2 – A3 – A4 – B5 A1 – C2 – A3 – B4 – A5 A1 – C2 – A3 – B4 – B5 A1 – C2 – B3 – A4 – A5 A1 – C2 – B3 – A4 – B5 A1 – C2 – B3 – B4 – A5 A1 – C2 – B3 – B4 – B5. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. Variante de Solução 01 Variante de Solução 02 Variante de Solução 03 Variante de Solução 04 Variante de Solução 05 Variante de Solução 06 Variante de Solução 07 Variante de Solução 08 Variante de Solução 09 Variante de Solução10 Variante de Solução 11 Variante de Solução 12. Para avaliar e selecionar as combinações viáveis foi feita uma árvore de critérios, com base nos requisitos de projeto e critérios técnicos estabelecidos pelo grupo. A Figura 4 apresenta a árvore de critérios para o projeto.. Figura 4. Árvore de critérios para o projeto.. A Tabela 4 esquematiza as três variantes de solução que obtiveram as maiores notas.. Tabela 4. Variantes de Solução com maiores notas segundo o critério estabelecido.. Critérios de Avaliação. Pesos (Wi). Baixa Complexidade e preço < Componentes eletrônicos Mão de obra Rotação em tempo real Operação 12 h/dia Limpeza Inferior ou igual a 1 ano Superior a 1 ano TOTAL. 0,0945 0,2205 0,14 0,21 0,15 0,0225 0,0525 0,075 1,00. Variante de Solução 06 Ui Ui x W i 4 0,378 1 0,2205 1 0,14 4 0,84 4 0,60 3 0,0675 2 0,105 4 0,3 23 2,651. Variante de Solução 11 Ui Ui x Wi 4 0,378 2 0,4410 2 0,28 1 0,21 1 0,15 3 0,0675 2 0,105 1 0,075 16 1,7065. Variante de Solução 22 Ui Ui x Wi 4 0,378 4 0,8820 4 0,56 1 0,21 1 0,15 3 0,0675 2 0,105 1 0,075 20 2,4245.
(7) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. A variante de solução escolhida foi a de número 6, coletor solar – sensor fotoelétrico – CLP – servo-motor – energia solar e elétrica. O valor encontrado para essa variante de solução foi de 2,651. 4.3. Projeto Preliminar. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. A Figura 5 define o layout escolhido.. Figura 5. (a) Layout do produto para dois coletores solares em paralelo. (b) Vista traseira de um coletor solar. A Tabela 5 resume a seleção de materiais.. Tabela 5. Lista da seleção de materiais para o aquecedor solar que acompanha a trajetória solar. Sistema Coletor Solar. Tubulação Boiler. Sistema estrutural de rotação do coletor Sistema de controle. Componente Vidro Perfil Isolamento térmico Tubos flexíveis Capa Cilindro Isolamento térmico Longarina Placa de suporte do eixo Barra pivô Servo-motor DC CLP Sensores Fotossensíveis Potenciômetro Controlador PID Botoeira ON/OFF. Material Vidro fosco temperado Alumínio anodizado Lã de vidro PTFE e Aço Inoxidável Alumínio Aço inoxidável Poliuretano expandido Aço AISI 1020 Aço AISI 1020 Aço AISI 1020 Catálogo Catálogo Catálogo Catálogo Catálogo Catálogo. A Figura 6 evidencia a distribuição de tensão para análise estática (tensão de Von Mises).. Figura 6. Tensão de Von Mises para o eixo responsável pela rotação do coletor solar..
(8) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. O valor máximo encontrado para Tensão de Von Mises foi de 18,05 MPa e um coeficiente de segurança de cerca de 11,6. Apesar de uma análise em fadiga não ter sido feita considerou-se o dimensionamento da longarina aceitável devido ao grande valor no coeficiente de segurança. Foi utilizado o software Clic 02® para composição do diagrama Ladder do processo. Foi desenvolvido um diagrama Ladder de modo que os oito níveis do bloco PWM varressem uma faixa de rotação. Por exemplo, o coletor gira 180°, logo cada nível do PWM é responsável pela rotação do motor em 22,5°. A Figura 7 elucida o diagrama Ladder para o controle de rotação do coletor solar.. Figura 7. Diagrama Ladder para o controle de um coletor solar através do bloco PWM.. O último passo do projeto preliminar é a lista de peças e custo que é resumida na Tab. 6.. Tabela 6. Lista de peças e custos durante a etapa de projeto preliminar.. Componente Coletor Solar Boiler Tubo Flexíveis (5m) Longarina (4m) Barra pivô (3m) Placa Suporte (0,5 m2) CLP Botoeira ON/OFF Servo-motor DC Sensores Fotossensíveis Potenciômetro Controlador PID TOTAL. Quantidade 2 1 2 2 2 4 1 1 2 4 2 2 -. Preço R$ 410,89 R$ 1914,10 R$17,20/m R$ 7,50/m R$ 7,50/m R$ 11,79/m2 R$ 480,00 R$ 30,00 R$ 149,99 R$ 199,90 R$ 16,85 R$ 380,00 -. Preço Total R$ 821,78 R$ 1914,10 R$ 86,00 R$ 30,00 R$ 22,50 R$ 23,58 R$ 480,00 R$ 30,00 R$ 299,80 R$ 799,60 R$ 33,70 R$ 760,00 R$ 5306,46. No caso do preço dos elementos de fixação (longarina, da barra pivô, placa suporte, etc.) os valores foram encontrados para grandes lotes de do aço AISI 1020, sendo que para pequenos lotes esse valor tende a subir. Já para os outros componentes a situação é contrária, o valor é relativo a uma unidade do produto, para um grande lote de compra esse valor diminui. 4.4. Projeto Detalhado e Encerramento de Projeto. A Figura 8 trata-se da vista explodida para diferentes áreas do coletor com o intuito de possibilitar uma melhor visualização para montagem dos componentes estruturais..
(9) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. Figura 8. (a) Vista explodida ilustrando a montagem da longarina, placa de suporte e barra pivô. (b) Vista explodida ilustrando a montagem da longarina, placa de suporte e barra pivô por outro ângulo. (c) Vista explodida para a montagem da barra pivô, braçadeira A Tabela 7 apresenta as especificações técnicas dos componentes do projeto.. Tabela 7. Especificação dos componentes do projeto.. Componente Coletor Solar. Especificação Coletor Solar Tegula 1,0 m temperglass. Boiler. Reservatório Tegula 400 Baixa Inox. CLP. CLP clic 02 weg. Botoeira ON/OFF. Botoeira Liga/desliga trifasica A-jng. Servo-motor DC. Servo-motor BSH-0551. Sensores Fotoelétricos. Sensores Fotoelétricos Pnp 30 cm Diffuse E3f2ds30b4-p1 Omron Potenciometro Rotativo De Precisão Multvoltas 5k. Potenciômetro. Controlador PID. Controlador PID E5ck Omron. Tubo Flexível. Tubo Flexível PTFE Corrugado – Modelo NGVPTFE-C. Com as especificações definidas foi descrito um plano de montagem básico para montagem do aquecedor solar. Os elementos estruturais (longarina a braçadeira, flange, colar de eixo, barra pivô) são unidos a parte inferior do coletor solar. A longarina é fixada ao servo-motor através de uma ponta de eixo. Os sensores fotoelétricos são colocados nas extremidades do coletor. Então, as entradas e saídas do aquecedor são ligadas ao CLP e o potenciômetro é inserido para relacionar a rotação com valores de tensão. O preço final encontrado pode ser considerado alto, no entanto, o mecanismo de solar tracking pode aumentar o rendimento do aquecedor em até 40% de acordo com os mecanismos já existentes no mercado, além da vida útil do aquecedor ser muito grande . Uma possível venda em grande escala do dispositivo reduziria os custos totais. A viabilidade é possível já que os argumentos são fortes quando se trata de economia de energia elétrica, tomando como exemplo o "grande vilão", que é o consumo do chuveiro elétrico. Considerando que 8% da energia elétrica gasta no Brasil se dá em razão do chuveiro e que, nos horários de pico entre 18 e 20 horas, este índice sobre para 18%, logo existem bons motivos para investir em tecnologia que melhore a eficiência do sistema de aquecimento solar..
(10) VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais. 5. CONCLUSÃO A metodologia de projeto proposta é primordial e garantiu um melhor desenvolvimento do projeto. Deve-se ressaltar também a facilidade gerada por essa metodologia no quesito de capacidade de modificação do projeto. Uma vez que se seja essencial uma alteração no projeto as etapas de projeto informacional, conceitual, preliminar e detalhado possibilitam a identificação do problema encontrado de maneira muito mais fácil. A instalação de elementos estruturais e do servo-motor possibilitou a rotação do coletor em tempo real. O sistema de controle instalado foi satisfatório e garante o rastreamento solar através do uso do CLP. 6. AGRADECIMENTOS. VE SE R R SÃ ÃO O PU PR BL ELI IC MI AD NA O R. S O AP S Ó AN S O AIS EV D EN EF TO INI . TIV O S. Os autores agradecem o apoio e o incentivo da Fapemig ( Fundação de Amparo à Pesquisa do estado de Minas Gerais), a Universidade Federal de Viçosa e ao Departamento de Engenharia Mecânica e Produção. 7. REFERÊNCIAS. ALONÇO, A. dos S. “Metodologia de projeto para a concepção de máquinas agrícolas seguras”. Santa Catarina – UFSC, 2004 Andrade, M. T. T.; Ferreira, C. V.; Pereira, H. B. B. “Uma ontologia para a gestão no conhecimento de Desenvolvimento de Produto”. São Paulo – USP, 2010. Back, N.; Ogliari, A.; Dias, A. Silva, J. C. “Projeto Integrado de Produtos: planejamento, concepção e modelagem”. São Paulo: Manole, 2008. Pahl, G.; Beitz, W.; Feldhusen, J.; Grote, K.H. “Projeto na Engenharia”, 6ª edução, Brasil: Edgard Blücher, 2005. Prudente, F. “Automação Industrial: PLC – Teoria e Aplicação”, 2ª edição, Brasil: LTC, 2011. Santana, F. E.; Da Silva, P. R. G. “Projeto conceitual de um protótipo para acessibilidade de cadeirantes á educação profissional”. Santa Catarina - UFSC, 2011. Sprenger, R. L. “Aplicação do sistema fechado no aquecedor solar de água de baixo custo para reservatórios residenciais isolados termicamente: concepção e comissionamento de um sistema-piloto de testes”. Curitiba - PR, 2007. Soletrol (s.d.). Acesso em Novembro de 2013. Como Funciona um Aquecedor Solar. http://www.soletrol.com.br/doc/?id=Catalogos_GrandesObras Souza, L.G. M. e Gomes, U. U. “Coletor Solar em Labirinto com Tubos Absorvedores de PVC”. João Pessoa - PB, 2002. Tavares, J. J. P. Z. S.; Fonseca, J. P. S.; Vaquero, T. S.; Silva, J. R. “Integração de Planejamento automático e sistemas reais baseados em CLP”. São Paulo – SP. 2011 Tegula (s.d.). Acesso em Janeiro de 2013. Manual de um Aquecedor Solar. http://www.tegula.com.br/site/pdf/tegula-manual-solar.pdf Twidell, J.W. & Weir, A., “Renewable Energy Sources”, EFN Spon Ltd., UK, 1986. 8. RESPONSABILIDADE AUTORAL. Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo deste trabalho.. PROJECT OF A SOLAR HEATER ACCOMPANYING THE SOLAR PATH ALONG THE DAY. Igor Renan Reis Carlos, [email protected] Lucas Braga Lopes Gato, [email protected] Luiz Filipe de Castro, [email protected]. Universidade Federal de Viçosa, Avenida Peter Henry Rolfs s/n Campus Universitáio Viçosa-MG. 36570-900. Abstract: This paper seeks to develop a solar heater that follows the trajectory of the sun throughout the day using a project methodology widely disseminated in mechanical engineering. Solar energy is an inexhaustible source of free energy. A solar heater seeks the use of solar energy for water heating from bath, pool and industrial process. However, the conventional solar heater still guarantees a low efficiency of the process water heating. The heater designed aims to ensure greater efficiency through solar tracking system. To solve the problem encountered photosensitive sensors and a dc servo motor with the aid of a programmable logic controller (PLC) became possible solution proposed were used. Keywords: Solar heater, Project methodology, Solar tracking, Programmable logic controller. The three authors are the only responsible for the printed material included in this paper..
(11)
Documentos relacionados
[r]
“Se nós não encontrarmos uma bandeja na prateleira, nós podemos procurar no sistema e encontrá-la,” disse Aaron O‟Neill, gerente de negócios de centro cirúrgico na
Atendimento especial – As matrículas de portadores de deficiência aumentaram quase 50% nos últimos quatro anos, sendo a maioria em cursos de graduação presenciais.. Em 2013 eram
DEPARTAMENTO DE GENÉTICA Unidade de Citogenética Unidade de Genética Médica Unidade de Genética Molecular Unidade de Rastreio Neonatal Unidade de Investigação e
Bendito louvado seja Nosso Senhor Jesus Cristo Para sempre seja louvada A Nossa Mãe Maria Santíssima O Minha Mãe, Minha Rainha Tenha de nós compaixão Para nós poder sairmos
Mais uma vez, vamos trabalhar com duas perspectivas: Estrutura e Conteúdo. E, no caso do Artigo Científico, nosso modelo será o artigo de intitulado: ADMINISTRAÇÃO PARTICIPATIVA:
No caso de uma apresentação de Artigo em formato Áudio, o arquivo deverá ser enviado em CD por correio postal para:.. Comitê Editorial INFEIES - RM
Os docentes abaixo deverão apresentar diploma, histórico escolar e certificados de proficiência em LIBRAS. Se habilitados/qualificados serão incluídos manualmente na
