Protótipos
No projeto UFSCkite desenvolvemos um protótipo de aerogerador de 12kW baseado em aerofólio cabeado, além de um protótipo de uma estação de medição de perfil de vento na faixa de 0 a 600 metros de altitude, autônoma e de baixo custo, para prospecção de localidades que apresentam viabilidade econômica para os aerogeradores desenvolvidos.
Aerogerador com aerofólio cabeado
O aerogerador desenvolvido possui uma unidade de voo para o controle do aerofólio, uma unidade de solo e cabos de tração (600m de cabo do tipo Dyneema) que interligam as unidades. A unidade de solo é responsável pelo controle do (des)enrolamento do cabo e geração elétrica, e consiste essencialmente de uma máquina a ímãs permanentes de 12kW, um redutor mecânico ortogonal, um tambor (carretel) para armazenar o cabo de tração e um painel de comando com os dispositivos de eletrônica de potência, processamento de sinais e um microcomputador embarcado. Esses equipamentos são montados sobre um reboque móvel dotado de pés telescópicos para fixação da unidade ao solo durante a operação.
Protótipo de unidade de solo de 12kW do UFSCkite.
Já a unidade de voo é responsável pelo controle de voo do aerofólio e consiste basicamente de dois servomotores, seus drivers, um microcomputador embarcado, célula de carga e pack de baterias. Os servomotores acionam, por meio de polias, os cabos de comando, que são presos ao bordo de fuga (parte traseira) do aerofólio, por meio dos quais é possível controlar a trajetória de voo. Além disso, a unidade de voo é dotada de um transmissor de radiofrequência, que permite estabelecer um link de comunicação com a unidade de solo, através do qual referências de controle e comandos são enviados desde o solo, enquanto informações de telemetria são obtidas em tempo real. O cabo de tração que vem da unidade de solo é conectado na parte inferior do chassis da unidade de voo, enquanto da parte superior do chassis partem dois cabos de tração, que se conectam ao bordo de ataque (parte dianteira) do aerofólio.
Projeto da unidade de voo, para aerofólio flexível, do UFSCkite.
O protótipo de aerogerador móvel composto por unidade de solo, unidade de voo e aerofólio flexível será utilizado para validar o conceito de geração elétrica no solo, permitir o levantamento da curva de potência do aerogerador e estabelecer parâmetros de eficiência. Ensaios de campo com a unidade de voo já foram realizados e podem ser vistos no youtube (procure por ufsckite). Os ensaios com a unidade de solo estão sendo atualmente realizados no laboratório UFSCkite, numa configuração do tipo hardware-in-the-loop, utilizando simulação computacional do voo do aerofólio. Testes de campo com o aerogerador completo estão previstos para iniciarem-se no primeiro semestre de 2020.
Os testes de campo serão realizados em um terreno do Sapiens Parque, no norte da ilha de Florianópolis/SC, onde o uso do espaço aéreo já foi autorizado pelo Cindacta. Nesse terreno também será construído, a partir de 2020, uma planta-piloto para operação contínua e autônoma do aerogerador com aerofólio cabeado. Essa planta-piloto, pioneira no cenário mundial, consistirá de duas unidades de geração fixas no solo e afastadas em cerca de 150 metros entre si, estruturas mecânicas para realização de pouso e decolagem automatizadas do aerofólio, um aerofólio flexível de 17m2 e sua unidade de voo.
Terreno para instalação da planta-piloto do projeto UFSCkite no Sapiens Parque, norte da ilha de Florianópolis/SC.
Estação de medição do perfil de vento
O protótipo da estação de medição do perfil de vento consiste de um drone multirotor equipado com um emissor de sinal sonoro, uma rede de microfones no solo, uma base no solo equipada com uma unidade de processamento de sinal, um sistema de carregamento do drone por contato, uma placa solar e eventualmente uma pequena turbina eólica convencional, que servirão para alimentar a estação e a eletrônica embarcada junto aos microfones. A comunicação do drone com a base no solo será por radiofrequência. Os dados de propagação do som na atmosfera são obtidos à medida em que o drone executa uma trajetória espiral ascendente até cerca de 600 metros de altura na localidade desejada. O levantamento do perfil do vento, no volume escurecido da figura abaixo, será feito com algoritmos de tomografia acústica.
Esquemático da estação de medição do perfil de vento, em desenvolvimento no UFSCkite.
O intervalo de tempo entre cada missão do drone será função do tempo de carregamento da sua bateria, estimado em 50 minutos. Assim, uma medida do perfil de vento poderá ser feita a cada 50 minutos. Com essas características, a estação de medição irá operar de forma autônoma (sem intervenção humana a priori), inclusive em locais sem rede elétrica, será de fácil transporte e instalação, e com custo estimado de 5% a 10% do valor de um medidor LIDAR convencional para a mesma faixa de operação (0 a 600 metros de altitude). Ensaios de campo com o drone e a rede de microfones no solo estão programados para o início de 2020. Para comparar os resultados de medição da estação proposta com um medidor LIDAR, os ensaios serão realizados ao lado de uma plataforma em Araranguá/SC, onde a UFSC possui um medidor LIDAR instalado e operacional.