Sérgio Leonardo Nhapulo Vento Como Fonte Alternativa de Energia do Futuro Para a Província de ...

72 Pages·2012·0.63 MB·Portuguese

Sérgio Leonardo Nhapulo
Vento Como Fonte Alternativa de Energia do Futuro Para a Província de Gaza
Licenciatura em Ensino de Física
Universidade Pedagógica
Xai-Xai , Abril de2010
iii
Sérgio Leonardo Nhapulo
Vento Como Fonte Alternativa de Energia do Futuro Para a Província de Gaza
Monografia Cientifica apresentada ao Departamento de
Física, Delegação de Gaza, no âmbito da obtenção do
grau de licenciatura.
Supervisores:
—dr. Jonatane Matias Macie
—dr. Nordino Mungoi
Co-supervisor
—Professor Doutor Mário Suarte Baloi
Universidade Pedagógico
Xai-Xai, Abril de 2010
iv
Declaração de Honra
Declaro que este trabalho de diploma é resultado da minha investigação pessoal e das
orientações dos meus supervisores, o seu conteúdo é original e todas as fontes consultadas estão
devidamente mencionadas no texto, nas notas e na bibliografia final. Declaro ainda que este
trabalho não foi apresentado em nenhuma outra instituição para a obtenção de qualquer grau
académico.
Xai-Xai,aos 14 de Abril de 2010
________________________
(Sérgio Leonardo Nhapulo)
v
Dedicatória
A presente monografia dedico ao meu pai Leonardo Nhapulo pelo carinho que me tem
dado para a continuação com os estudos assim como à minha filha Meyva Suénia Sérgio Nhapulo
e a Minha namorada Donia Luís Nhaia e faço votos para que tenham muita saúde e tudo o que há
de bom na vida.
vi
Agradecimentos
É com muito amor que expresso o meu maior reconhecimento aos meus supervisores dr.
Jonatane Matias Macie, dr. Nordino Mungoi e Professor Doutor Mário Suarte Baloi pela
paciência e dedicação que exibiram em mim durante a produção desta monografia.
A mesma gratidão gostava de lançar aos docentes da Universidade Pedagógica Delegação
de Gaza, em particular realce aos docentes do Curso de Física que de forma sábia colaboram na
formação de um futuro professor não muito menos prático.
Com viva voz gostava de agradecer aos meus companheiros da trincheira que compõem o
grupo que apelidamos pelo nome de “grupo da sorte” (são eles: Arão Saia, Enércio Cofe, Ernício
Saveca, dr. Eduardo Munguambe, Hélio Nganhane e Isabel Macie) pela amizade e irmandade que
têm prestado comigo. Agradeço também ao meu amigo Geraldo por me ter ajudado na impressão
deste trabalho.
Um muito obrigado vai em especial aos meus irmãos Alcídio Leonardo, Arlindo
Leonardo e Hermenegildo Leonardo pelo apoio moral, financeiro e material durante os últimos 5
anos.
Em fim, com esta oportunidade, gostaria também de agradecer a todos que directa ou
indirectamente participaram e apoiaram-me na elaboração desta monografia.
vii
Resumo
A geração de energia eléctrica através da utilização da energia dos ventos tem avançado
substancialmente nos últimos anos em países emergentes.
Este trabalho reflecte de forma geral, uma pesquisa realizada no campus da Universidade
Pedagógica Delegação de Gaza no sentido de encontrar um instrumento alternativo de geração de
electricidade a partir de uma unidade eólica construída com base no material de baixo custo.
Portanto, este trabalho é dividido em sete partes principais a saber: introdução, referencial
teórico, metodologia, apresentação e análise de dados, interpretação dos dados, conclusão e
sugestões. Entretanto, nestes itens constam os objectivos, o motivo de se ter que abordar este
tema, as ideias teóricas que sustentam a construção do protótipo assim como a interpretação e
análise dos dados, a metodologia usada (que por sinal é meramente experimental e bibliográfica
devido a natureza da pesquisa), as discussões dos dados fornecidos pelo INAM e os medidos no
sistema relativos a transformação da energia eólica em eléctrica e por último as ilações extraídas
durante a observação do fenómeno e alternativas de como se pode adquirir maior quantidade de
corrente eléctrica.
O aparelho ora construído gera energia eléctrica com base na energia eólica e é capaz de
recarregar uma bateria de 6V, podendo assim esta energia ser usada para diversos fins (uso
doméstico, uso laboratorial nas escolas,…) e o protótipo pode ser usado no PEA para mostrar o
processo de transformação de energias na sala de aulas.
Índice Pág.
I. Lista de figuras..........................................................................................................................11
II. Lista de tabelas........................................................................................................................12
III. Lista dos gráficos...................................................................................................................13
IV. Lista de símbolos e abreviaturas...........................................................................................14
1. Introdução...................................................................................................................................6
1.1. Tema.....................................................................................................................................7
1.2. Delimitação da abordagem...................................................................................................7
1.3.Formulação do Problema......................................................................................................7
1.4. Objectivos.............................................................................................................................8
1.4.1. Objectivo geral..............................................................................................................8
1.4.2. Objectivos específicos...................................................................................................8
1.5. Hipóteses e Variáveis...........................................................................................................9
1.5.1.Hipóteses.......................................................................................................................9
1.5.2. Variáveis........................................................................................................................9
1.5.2.1. Variável dependente...............................................................................................9
1.5.2.2. Variável independente............................................................................................9
1.6. Importância do Tema............................................................................................................9
1.7. Motivação e Relevância Prática do Tema..........................................................................10
2. Referencial teórico....................................................................................................................11
2.1. O recurso eólico..................................................................................................................11
2.1.1. Mecanismos de Geração dos Ventos...........................................................................11
2.1.1.1. Tipos de Ventos....................................................................................................11
2.1.1.1.1 Ventos globais................................................................................................11
2.1.1.1.2 Ventos de superfície.......................................................................................12
2.1.1.1.3 Ventos locais..................................................................................................12
2.1.2 Factores que influenciam a energia proveniente do vento...........................................14
2.1.2.1 Densidade do ar.....................................................................................................14
2.1.2.2 Área de varrimento do rotor..................................................................................14
2.1.2.3 Distribuição da pressão no rotor............................................................................14
2.2. Energia e Potência Extraída do Vento................................................................................15
2.3. Tipos de Aerogeradores para Geração de Energia Eléctrica..............................................20
2.3.1. Rotores de Eixo Vertical.............................................................................................20
2.3.2. Rotores de Eixo Horizontal.........................................................................................21
7
2.3.2.1. Pás, cubo e eixo....................................................................................................21
2.3.2.1.1. Torre..............................................................................................................22
2.4. Aplicações dos Sistemas Eólicos........................................................................................22
2.4.1. Sistemas Isolados......................................................................................................... 23
2.4.2. Sistemas Híbridos........................................................................................................24
2.4.3. Sistemas Interligados à Rede.......................................................................................24
3. Metodologia...............................................................................................................................25
3.1. Montagem do Aerogerador de Conchas.............................................................................25
3.1.1. Materiais e peças usadas..............................................................................................25
3.1.2. Etapas da montagem do rotor......................................................................................26
3.2. Grandezas físicas medidas..................................................................................................27
3.3. Tipo de pesquisa.................................................................................................................27
3.4. Métodos Quantitativos de Investigação..............................................................................28
3.5. Método de abordagem........................................................................................................28
3.6. Técnicas e instrumentos de recolha de dados.....................................................................28
3.7. Área Geográfica de investigação........................................................................................29
4. Apresentação dos Dados e sua Análise...................................................................................30
4.1.Transformação da energia eólica em eléctrica....................................................................30
4.2. Dados relativos a velocidade do vento durante 2005 a 2009.............................................31
4.2.1. Velocidade do Vento...................................................................................................31
4.2.2. Velocidade do Vento Durante a Semana.....................................................................32
4.3. Variações da Tensão e da Intensidade durante o carregamento da bateria........................33
4.4. Tensão e Intensidade médias adquiridas pela bateria.........................................................34
4.5. Potência gerada pelo sistema..............................................................................................35
5. Interpretação dos Resultados..................................................................................................35
5.1. Conversão de energia..........................................................................................................35
5.2. Interpretação da velocidade do vento (2005-2009)............................................................35
5.2.1. Velocidade do vento com maior frequência................................................................35
5.2.2. Teste de hipótese e determinação de intervalo de confiança.......................................36
5.3. Relação entre a variação da velocidade do vento e da tensão............................................38
5.4. Relação entre a variação da velocidade do vento e da intensidade....................................39
5.5. Tensão e intensidade adquirida pela bateria.......................................................................40
8
5.6. Potência..............................................................................................................................40
6. Conclusões.................................................................................................................................42
7. Recomendações, Sugestões e Dificuldades.............................................................................43
8. Bibliografia................................................................................................................................44
9. Anexo.........................................................................................................................................45
10. Apêndice..................................................................................................................................46
I. Lista de figuras
Figura 1 –Brisas Marinhas ao dia (Fonte:Silva, 2005), pg.13
Figura 2 –Brisas Marinhas a noite (Fonte:Silva, 2005), pg.13
Figura 3 –Fluxo de ar através de uma área transversal A (Fonte: BRITO, 2008), pg.16
Figura 4 – Perdas de velocidade do vento na passagem por um conjunto de pás. (Fonte: BRITO,
2008), pg.17
Figura 5 –Distribuição dec em função dev /v (Fonte: BRITO, 2008), pg.18
p 3 1
Figura 6 – Principais forças actuantes em uma pá de aerogerador Fonte: Montezano, 2008,
p.137), pg.19
Figura 7 – Características c , traçadas em função de aproximações numéricas (Fonte:
p
Montezano, 2008), pg.20
Figura 8–Configuração de um sistema eólico isolado (Fonte: BRITO, 2008), pg.23
Figura 9 –Configuração do sistema eólico (aerogerador eléctrico de conchas) isolado, pg.27
Figura10 –Sistema de transformação da energia eólica em eléctrica, pg. 30
Figura 11: Carregamento da bateria de 6V,pg. 31
Figura12–Quantidade de energia produzida a uma velocidade 17km/h, pg. 31