Projeto do Subsistema de Energia
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Consumo Energético
O consumo energético do drone foi analisado com foco nos componentes de maior potência, levando em consideração a autonomia necessária para a operação e a eficiência geral do sistema. Este artefato resume os pontos principais do Projeto Técnico do Drone, enquanto o Memorial de Cálculo e outros detalhes estão disponíveis no mesmo documento.
Componentes
Os principais componentes responsáveis pelo consumo e fornecimento de energia incluindo motores, controladores, sistemas eletrônicos auxiliares e baterias. Cada componente tem uma demanda específica que influencia diretamente o consumo e fornecimento de energia. A Tabela 1 abaixo apresenta um resumo dos componentes.
Tabela 1: Quantidade De Componentes e Suas Funções
| Componente | Quantidade | Função |
|---|---|---|
| Bateria - 22,2 V 6,5 Ah | 4 | Fonte de energia principal para alimentar o drone. |
| PDB (Power Distribution Board) | 1 | Distribui a energia da bateria para os motores, ESCs e demais componentes eletrônicos. |
| ESC (Electronic Speed Controller) | 8 | Controla a velocidade e direção dos motores brushless das hélices. |
| ESC (adicional) | 1 | Controle de um motor adicional. |
| Motor (propeller 1760) | 8 | Gera a força de propulsão do drone por meio da rotação das hélices. |
| Motor | 1 | Motor para outro mecanismo (possivelmente para um sistema auxiliar). |
| Pixhawk (Controladora de voo) | 1 | Controla o voo do drone com base em entradas do piloto e sensores. |
| Servo Motor | 11 | Controla movimentos específicos, como mecanismos de câmera ou sistemas de liberação de carga. |
| Step Down (LM2596 DC-DC) | 1 | Converte a tensão para níveis mais baixos para alimentar componentes eletrônicos. |
| Raspberry Pi 4 | 1 | Computador embarcado para processamento de dados e controle avançado (e.g., análise de imagens, comunicação). |
| Switcher | 1 | Gerencia o acionamento ou troca de sistemas eletrônicos no drone. |
| Transmissor de vídeo (VTX) | 1 | Transmite vídeo em tempo real para o piloto ou estação base. |
| Receptor de Rádio | 1 | Recebe os comandos do controle remoto do piloto. |
| Microcontrolador (MCU) Gimbal (Atmega328P) | 1 | Gerencia o movimento estabilizado do gimbal, permitindo controle suave das câmeras. |
| Microcontrolador (MCU) Alijador (Atmega328P) | 1 | Controla o sistema de liberação de carga ou equipamentos no drone. |
| CAM 1 (Câmera principal) | 1 | Captura imagens ou vídeos de alta qualidade. |
| CAM (FPV) 1 | 1 | Fornece vídeo em tempo real para o piloto, auxiliando no controle do drone. |
| CAM (FPV) 2 | 1 | Segunda câmera FPV para redundância ou ângulos diferentes. |
| OSD (On-Screen Display) | 1 | Exibe informações de voo (e.g., tensão da bateria, altitude) no feed de vídeo. |
| Bateria MOURA 12V 18Ah | 2 | Fonte de energia adicional para componentes como transmissor, câmeras e sistemas auxiliares. |
| Placa Fotovoltaica 45W | 2 | Gera energia solar para recarga ou extensão da autonomia do drone. |
| Carregador Imax B6AC 80W com cabos e plugues | 1 | Carrega as baterias do drone com segurança e eficiência. |
| Inversor Off-Grid 1000W | 1 | Converte energia da bateria de 12V para 220V para alimentar dispositivos externos. |
| Controlador de Carga PWM 10A | 1 | Gerencia a energia das placas fotovoltaicas para carregar as baterias de forma segura. |
Fonte: Autoria própria. Todos os direitos reservados.
Autonomia
A autonomia do drone será analisada em três patamares de carga: Carga Máxima, Carga Média e Carga Mínima. Foram considerados apenas os 9 motores no cálculo, pois são os principais responsáveis pelo consumo de energia. Cada motor opera em três tempos de acionamento: 40 segundos para pouso e decolagem, com 20 segundos para a transição dos motores e o restante para o motor horizontal. A bateria utilizada possui 22,2 V e 26 Ah, totalizando 577,2 Wh de energia disponível. A Tabela 2 resume os componentes consumidores do sistema, enquanto a Tabela 3 apresenta informações da autonomia de voo e a Figura 1 resume dados de potência instantânea durante o tempo de voo.
Tabela 2: Componentes Consumidores do Sistema
| Componente | Quantidade | Potência Máxima (W) | Potência Média (W) | Potência Mínima (W) |
|---|---|---|---|---|
| QX-MOTOR Motor 1760 | 8 | 766 | 408,5 | 51 |
| EaglePower LA6215 300 kV | 1 | 1021,2 | 577,2 | 133,2 |
Fonte: Autoria própria. Todos os direitos reservados.
Tabela 3: Autonomia de Voo
| Autonomia | Tempo |
|---|---|
| Autonomia Mínima | 30 min 15 seg |
| Autonomia Média | 56 min 32 seg |
| Autonomia Máxima | 4h 18 min 18 seg |
Fonte: Autoria própria. Todos os direitos reservados.
Cabos dos Motores
A fiação utilizada no sistema consiste em dois tipos de cabos: 4mm² e 6mm², ambos de cobre. O cabo de 4mm² será destinado aos 8 motores verticais, enquanto o cabo de 6mm² será utilizado para o motor horizontal.
Sistema de Carregamento
O Sistema de Carregamento realiza o carregamento remoto das baterias do drone por meio de um sistema fotovoltaico off-grid, com dimensionamento baseado nas normas NBR 5410 e NBR 16690.
Componentes
O Sistema de Carregamento é composto por diversos componentes, cada um com uma função específica para garantir o funcionamento eficiente. A Tabela 4 abaixo resume as principais partes e suas respectivas funções.
Tabela 4: Componentes do Sistema de Carregamento
| Componente | Função |
|---|---|
| Inversor Offgrid 1000W | Realiza a conversão da energia proveniente das placas fotovoltaicas e das baterias, de corrente contínua (CC) para corrente alternada (CA). |
| 2 Baterias 12 V 18 Ah | Armazena a energia excedente produzida pelas placas fotovoltaicas para utilização posterior. |
| Carregador IBMAX B6AC 80W | Realiza o carregamento das baterias do drone de forma controlada e segura. |
| 2 Placa Fotovoltaica 45 W | Por meio do efeito fotoelétrico, converte a energia do fóton em corrente elétrica, fornecendo potência para o sistema. |
| Controlador de carga PWM 10 A | Gerencia o fluxo de carga entre o inversor e as baterias. |
| Bateria 22,2 V 6,5Ah | Neste sistema as baterias servirão apenas para consumo de carga, sendo posteriormente utilizadas no Sidrone. |
Fonte: Autoria própria. Todos os direitos reservados.
Carga e Descarga
A bateria do sistema de carregamento levará 6 horas para atingir a carga total. Uma vez carregada, essa bateria será capaz de fornecer energia ao inversor por um período de 5 horas e 27 minutos. Já as quatro baterias dos drones serão totalmente carregadas em um tempo de 7 horas e 12 minutos.
Cabos CC e CA e Dispositivos de Proteção
Na parte CA, serão utilizados cabos de cobre de 2,5 mm² para os circuitos de tomadas de corrente, acompanhados de um disjuntor CA do tipo C com capacidade de 10 A. Já na parte CC do sistema, serão empregados cabos de cobre de 1,5 mm², sendo recomendada a utilização de uma chave seccionadora com fusível de 6 A.
Diagramas Unifilares e Multifilares
Os diagramas unifilares e multifilares representam a distribuição de energia entre os componentes do sistema. O diagrama unifilar oferece uma visão simplificada das conexões principais, enquanto o multifilar detalha as conexões individuais. A Tabela 5 abaixo apresenta os diagramas dos sistemas mencionados.
Tabela 5: Diagramas unifilar e multifilar
| Sistema | Unifilar | Multifilar |
|---|---|---|
| Sistema de fornecimento e distribuição de energia do drone | Ver Diagrama Unifilar | Ver Diagrama Multifilar |
| Sistema de Carregamento | Ver Diagrama Unifilar | Ver Diagrama Multifilar |
Fonte: Autoria própria. Todos os direitos reservados.
Referências
- Wikipedia. Curva característica corrente-tensão.
Acesso em: 25 nov. 2024.
Versionamento
| Versão | Data | Descrição | Responsável |
|---|---|---|---|
| 1.0 | 24/11/2024 | Criação da estrutura e Desenvolvimento dos tópicos | Gustavo, Jodson, Beatriz |
| 1.1 | 25/11/2024 | Revisão do Artefato | Gustavo |