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PROJETO E CONSTRUO DE UM VECULO AREO NO-
TRIPULADO (VANT) APLICADO PARA MONITORAMENTO
AMBIENTAL
Fbio da Silva Barros [email protected]
Universidade Federal do Par, Faculdade de Engenharia Mecnica
Av. Augusto Correa, s/n
66075-900 Belm - Par
Danyella Crystyane Silva Cardoso - [email protected]
Rafael Gonalves da Silva - [email protected]
Jerson Rogrio Pinheiro Vaz [email protected]
Anderson da Silva de Alcntara - [email protected]
Emlio Henrique Ferreira e Ferreira [email protected]
Antnio Carlos Rouso dos Santos [email protected]
Resumo:Este artigo tem como objetivo o projeto e construo de um veculo areo no
tripulado (VANT) para o monitoramento ambiental, o projeto visa transmitir de forma
detalhada os procedimentos de construo do equipamento, assim como disseminao
do uso de VANTs na vigilncia ambiental de localidades de difcil acesso. Investimentos
esto sendo aplicados na utilizao deste tipo de tecnologia, devido apresentar
flexibilidade operacional, no possuir tripulantes, baixo custo na produo e
manuteno das aeronaves, alm de ter a capacidade de fornecer imagens de
qualidade.
Palavras-chave: Vant, Monitoramento ambiental, Veculo areo.
1. INTRODUO
A explorao irregular dos recursos naturais da regio Amaznica um problema
que j persiste por muitos anos, devido falta de fiscalizao em reas de difcil acesso.
Essa regio caracterizada por densas florestas e uma rica bacia hidrogrfica o que atrai
os olhares do mundo todo, inclusive de empresas, a fim de explorar os recursos minerais
e hdricos dessa regio.
A empresa VALE tem feito grandes investimentos em tecnologias e inovaes que
possam contribuir com o desenvolvimento sustentvel da regio Amaznica, inclusive a
mesma j criou um Instituto Tecnolgico de Desenvolvimento Sustentvel (ITV-DS).
Entre as linhas de pesquisas desenvolvidas por esse instituto, vale destacar, a tecnologia
de monitoramento ambiental e o desenvolvimento sustentvel (Portal ORM, 2013).
De acordo com o professor Roberto DallAgnol, o qual coordenador de um dos
projetos desenvolvidos pela VALE, novas tecnologias so desenvolvidas para o
monitoramento dos recursos hdricos de uma bacia hidrogrfica situada no sudeste do
Par, onde o principal objetivo verificar os possveis impactos ambientais para
garantir a sustentabilidade daquele rio (O Liberal, 2013).
O monitoramento daquela regio feito usando imagens de satlites, onde
implantado oito estaes de anlise em pontos estratgicos formando uma rede, para
verificar o funcionamento do sistema hdrico. Nesse sentido, a utilizao de um Veculo
Areo No-Tripulado (VANT) pode ser utilizado, como uma importante ferramenta,
para o monitoramento de uma rea ambiental, devido seu baixo custo de produo e
manuteno, alm de no oferecer risco de vida aos pesquisadores.
Muitos investimentos vm sendo aplicados na utilizao desse tipo de tecnologia,
devido o VANT apresentar flexibilidade operacional, no possuir tripulantes, baixo
custo na produo e manuteno das aeronaves, alm de poder obter imagens com mais
qualidade e detalhamento.
A aeronave capaz de voar com certa carga til, essa carga definida durante a
elaborao do projeto conceitual, de acordo com sua finalidade, podendo ser adaptada
para voar com diversos equipamentos tais como: cmera de alta definio,
equipamentos meteorolgicos, climatolgicos dentre outros.
Desse modo o VANT se torna economicamente vivel nessa questo de
monitoramento se comparados com os mtodos atuais, pois reduzir os custos de
produo, manuteno e treinamento dos operadores, alm de no oferecer qualquer
risco de vida aos funcionrios envolvidos.
2. PROJETO VANT
Um VANT conhecido tambm como Unmanned Airbone Vehicle (UAV) toda e
qualquer tipo de aeronave que no precisa de piloto para levantar voo, e portanto, pode
ser controlada remotamente, por navegador de controle remoto com um operador em
terra ou por estaes de controle, onde o piloto envia e recebe informaes da
aeronave, segundo o relatrio do Departamento de Defesa dos EUA, VANTs so:
Veculos areos que no carregam operador humano, utilizam foras
aerodinmicas para se elevar, podem voar autonomamente ou ser pilotados
remotamente, podem ser descartveis ou recuperveis e podem transportar
cargas blicas ou no blicas. Excluem-se desta definio, veculos
balsticos e semi-balisticos como msseis de cruzeiro, e projeteis. (DOD,
2003 apud LONGHITANO, 2010).
A ideia de construo de VANTs antiga, e foi desenvolvida inicialmente para fins
militares, os quais desenvolveram as primeiras plataformas de sensoriamento remoto e
tambm as aerofotogrametria1 de forma geral. A aquisio de informaes
privilegiadas do territrio inimigo de forma rpida e muitas vezes sem ser notada
impulsionou o desenvolvimento do sensoriamento remoto como um todo.
(LONGHITANO, 2010)
Os avanos tecnolgicos e miniaturizao de componentes eletrnicos favoreceram
de forma significativa o progresso e utilizao de VANTs em diversas reas, no s
para fins militares, mas tambm para monitoramento e aquisio de imagens de uma
rea ambiental, de uma fronteira de pases ou apoio em misses terrestres. Atualmente,
vrios pases tm desenvolvido trabalhos com VANTs para diferentes tipos de misses,
aplicadas nas mais diversas reas desde vigilncia como para o desenvolvimento de
1 Aerofotogrametria foi a primeira forma de aquisio de imagens areas para fins militares.
novas tecnologias, tais como software adaptativo, filme, comunicaes, etc. No Brasil
os primeiros indcios da utilizao de VANTs se deu com o projeto ACAU,
desenvolvido pelo Centro Tecnolgico Aeroespacial (CTA), este tinha fins militares
especificamente e ficou desativado, sendo somente reativado em 2007 como forma de
incentivo do governo, para o desenvolvimento de VANT no Brasil.
Para realizao desse trabalho foi necessrio fazer a revitalizao da aeronave
projetada e utilizada no ano de 2011, pela equipe UFPA-Aerodesign, a qual composta
por alunos de Engenharia Mecnica, para participar da competio SAE Brasil
Aerodesign. Como o projeto regulamentado pela SAE Brasil, foram seguidos os
requisitos operacionais e tcnicos de acordo com o regulamento daquele ano.
Onde a principal finalidade do projeto foi encontrar solues timas para minimizar
as dimenses da aeronave e maximizar sua carga til transportada, sem que a mesma
sofresse com a perda de estabilidade em voo, ou seja, reduzir o peso estrutural da
aeronave e obter a mxima eficincia estrutural da mesma.
Aps analisar cuidadosamente a aeronave, avaliamos que seria necessrio
reconstruir toda a empenagem da mesma, e rever todos os clculos aerodinmicos, de
estabilidade e de desempenho para o novo objetivo da misso, que visa o
monitoramento de uma rea ambiental.
Para o desenvolvimento do projeto foi utilizado metodologia sugerida por
ANDERSON (2000), a qual consiste em um conjunto de etapas seguidas durante o
desenvolvimento do projeto a fim de se obter a aeronave ideal para concluso dos
objetivos determinados pela equipe.
3. CONSTRUO E ENSAIOS
3.1. Projeto conceitual da aeronave
Este trabalho tem como objetivo apresentar o projeto e construo de um veculo
areo no tripulado (VANT) para monitoramento de uma rea ambiental, com o
mximo alcance de cinco quilmetros limitado pelo sistema de navegao.
Aps as anlises, a configurao escolhida pela equipe foi de um monoplano de
asa alta semi-trapeizoidal, sistema propulsivo na configurao tractor, trem de pouso
modelo triciclo, e empenagem composta por um estabilizador horizontal convencional e
trs estabilizadores verticais posicionados de forma a reduzirem a altura mxima da
aeronave. (UFPA-Aerodesign, 2011).
3.2. Projeto aerodinmico
De acordo com as pesquisas feitas pela equipe UFPA-Aerodesign em 2011, o perfil
aerodinmico escolhido foi o ACSM 2030, por apresentar maior eficincia no mtodo
numrico e experimental, alm de possuir um formato que facilita a construo da asa.
O mtodo numrico teve como base o uso do software XFLR 5(DRELA 2000), que
consiste em uma coleo de rotinas que promovem vrias funes teis para uma
anlise completa de um perfil aerodinmico. A partir da os diversos perfis
selecionados, foram trabalhados com intuito de aperfeioamento de perfis. Com base
nessas anlises, os perfis que apresentaram melhores caractersticas de coeficiente de
sustentao (Cl), coeficiente de arrasto(Cd) e eficincia(Cl/Cd), foram : ACSM 2030,
Selig 1223 e Eppler 423.
A fim de comparar os resultados do mtodo numrico com os dados reais, foi
desenvolvido um teste em um tnel de vento do laboratrio de Mecnica dos Fluidos da
Universidade Federal do Par UFPA. O equipamento permite que sejam simuladas
condies de escoamento no turbulento com velocidades inferiores a 12 m/s,
permitindo que diversos dados a respeito do material de tese sejam coletados, tais como:
velocidade do escoamento, distribuio de presso e foras atuantes.
Figura 2- Um perfil aerodinmico posicionado no tnel de vento
3.3. O equipamento de ensaio
Para o ensaio dos perfis foi utilizada uma balana aerodinmica, equipamento q