Projeto Multidisciplinar 5 - Engenharia Elétrica

MANUAL DO PROJETO MULTIDISCIPLINAR V ENGENHARIA ELÉTRICA PROJETO APRESENTAÇÃO DO Sob a orientação do Tutor Presencial durante este semestre você vai pesquisar na comunidade em que vive situações em que as competências do Engenheiro Eletricista podem aliviar as dificuldades encontradas pelas pessoas que vivem na mesma comunidade que você Você vai caracterizar uma dessas situações e elaborar um Projeto Multidisciplinar que encaminhe uma possível solução Para isso você deve seguir as instruções e realizar as atividades em cada uma das 5 etapas propostas para nesta disciplina A metodologia dessas atividades está fundamentada em Aprendizagem Baseada em Problema e por Projeto Araújo e Sastre 2009 e Design Centrado no Ser HumanoHCD Brown 2008 Ao concluir as 5 etapas você terá dado passos importantes no desenvolvimento de competências PPC como Car Alun Espero que você esteja bem O PROJETO MULTIDISCIPLINAR está te ajudando a desenvolver habilidades e competências necessárias para os desafios do engenheiro no mercado de trabalho Neste semestre você vai trabalhar mais especificamente na área de atuação do Engenheiro Eletricista e vai utilizar o conhecimento adquirido neste semestre e nos semestres anteriores O seu desa io é encontrar uma solução para um problema real relacionado ao tema atual Drones Ser capaz de utilizar técnicas adequadas de observação compreensão registro e análise das necessidades dos usuários e de seus contextos sociais culturais legais ambientais e econômicos Formular de maneira ampla e sistêmica questões de engenharia considerando o usuário e seu contexto concebendo soluções criativas bem como o uso de técnicas adequadas Projetar e desenvolver novas estruturas empreendedoras e soluções inovadoras para os problemas ACONTECER COMOIRÁ ETAPA 1 Definindo o projeto Este Projeto Multidisciplinar é individual mas pode ser realizado em grupo Neste caso peça ajuda ao seu TUTOR PRESENCIAL para montar o seu grupo de trabalho com até 4 pessoas Identifique o Nome e CPF corretamente de todos os membros do seu grupo para não haver dificuldades na hora da postagem dos documentos relatórios apresentações fotos gráficos etc no Ambiente Virtual de Aprendizagem AVA Em reunião com o Tutor Presencial você deve identificar na comunidade em que vive um problema que possa ser resolvido por essas competências tendo em vista as disciplinas deste semestre e dos semestres anteriores Os exemplos abaixo consideram a grande demanda existente do uso de drones no ambiente de distribuição de energia elétrica e na agricultura tendo em vista as disciplinas do 6º semestre do seu curso e o tema proposto Drones Por exemplo Necessidade de integração dos sistemas de tração e direção do veículo com GPS Eletrônica Analógica e Digital Circuitos e Projeto Digital 6º sem Necessidade de detecção acionamento das hélices e atuação no sistema de direção do veículo Projeto de Software Engenharia de Comunicações Projeto Digital 6º sem Links Aprenda um pouco mais sobre Design Thinking assistindo aos vídeos Como aplicar o design thinking na minha empresa Afinal o que é Design Thinking E quais são suas etapas fundamentais Você deve realizar esta etapa interagindo com a comunidade externa fábricas empresas comerciais prestadores de serviço técnicos engenheiros para coletar os dados necessários para a definição do tema e do problema do Projeto Multidisciplinar Esses passos são fundamentais na metodologia Design Thinking Importante As instruções estão divididas em 5 etapas as etapas de 1 a 3 devem ser realizadas no Primeiro Bimestre e as 4ª e 5ª etapas no Segundo Bimestre Vamos lá Ao final da etapa você deve definir o escopo do projeto identificar o problema a ser resolvido e iniciar o levantamento bibliográfico do tema Importante Não esqueça de documentar as decisões sobre o escopo do projeto e do problema a ser solucionado Discuta esses documentos com o Tutor Presencial e publique no AVA ETAPA 2 Contextualização Recordando um dos aspectos do perfil do profissional de Engenharia Elétrica é desenvolver competências habilidades e atitudes que visem compreender os fenômenos físicos e químicos por meio de modelos simbólicos físicos e outros avaliação os impactos das soluções de Engenharia nos contextos social legal econômico e ambiental É muito importante a interação com o meio externo ouvir as pessoas em suas demandas para entender a lógica do contexto para a proposta de solução do problema HCDHuman Centered Design No entanto é importante tomar os cuidados necessários devido à pandemia que estamos vivendo e fazer uso de tecnologia informática para reuniões virtuais como Google Meeting Microsoft Teams etc Antes de iniciar a visita elabore previamente as perguntas O que está causando o problema ou a necessidade do contexto Por que é importante solucionar ou melhorar esse problema Com que sujeitos poderiam contar para a solução ou melhoramento desse problema Importante Não esqueça de documentar essas decisões sobre o Título Objetivos e Ideias de Solução do projeto Discuta esse documento com o Tutor Presencial e publique no AVA As respostas a essas perguntas formam a base para a representar a interação com o meio externo e constituem a base do Plano de Ação Depois de definir e caracterizar o problema avance para o passo seguinte pesquisar algumas ideias iniciais que possam ser capazes de resolver o problema Essa etapa do projeto é conhecida como Ideação Ideação é um passo importante na busca de solução quando ainda são temos a resposta para um problema É importante saber como produzir boas ideias em número suficiente para análise Podemos dizer que são suas fases de ideação a geração e o refinamento das ideias Os vídeos a seguir podem ajudálo neste desafio Design Thinking Etapa 3 Ideação Workshop Livro Design Thinking Links Os objetivos desta etapa são Mãos à obra Ao final desta etapa você deve ter bem definidos o Título do Projeto Objetivos e Ideias Iniciais para solucionar o problema Definir os requisitos para a abordagem do problema Interagir com a comunidade externa Definir o problema ETAPA 3 Plano de ação Os objetivos desta etapa são Interagir com a comunidade externa Estudar mais profundamente o problema Iniciar abordagem do problema Definir como solucionar o problema através de ações práticas Elaborar o Plano de Ação para a resolver o problema escolhido O plano de ação é um documento que organiza suas tarefas na execução do PM Nesta etapa você define as atividades e os prazos a serem cumpridos para a execução do PM desde a Contextualização até a Conclusão O plano de ação é importante para você fazer o acompanhamento das atividades do PM junto ao Tutor Presencial e avaliar o seu progresso durante o semestre No plano de ação você define o objetivo a ser cumprido em cada etapa incluindo as respectivas ações relacionadas incluindo o as reuniões com o Tutor Presencial O Plano de Ação deve ser postado no AVA até o final do primeiro bimestre Dica Não deixe de consultar o modelo de Plano de Ação em anexo Para a execução do Projeto Multidisciplinar é importante a interação com o meio externo Ouvir as pessoas em suas demandas entender a lógica da situação e propor a solução do problema Importante Não esqueça de postar o seu Plano de Ação no AVA e discutir com o Tutor Presencial ETAPA 4 Lembrese de levar em conta o feedback do Tutor Presencial sobre o Plano de Ação antes de iniciar esta etapa O cronograma de execução do projeto apresentado no Plano de Ação poderá ser adequado às necessidades do grupo no entanto lembrese que na quinta etapa há atividades que devem ser cumpridas que compõem a avaliação final na disciplina e que devem estar incluídas no Plano de Ação Nesta etapa você deve concluir o levantamento bibliográfico que dá suporte à análise do problema e propor uma solução inicial Portanto é necessário entender o que é o problema e os principais conceitos que o norteiam Basicamente as atividades que você deve executar são reuniões entre os participantes da solução nos respectivos polos ou através da ferramenta de webconferência Durante as discussões você deve refletir sobre os principais conceitos envolvidos para encontrar a solução do problema identificado Em outras palavras você deve identificar a base bibliográfica na qual alguns autores estudaram e analisaram o assunto relacionado ao problema Ao definir o problema você identificou situações problemáticas que preocupam a comunidade no sentido de encontrar uma solução Cabe ao responsável pelo projeto transformar essas situações problemáticas em oportunidades de solução Para tanto você deve tentar reformular esses problemas na forma de perguntas iniciadas com Como podemos Ao questionar Como podemos iremos olhar para o problema com outra visão que leva os participantes a uma possível solução encontrar diversas respostas O vídeo abaixo pode ajudar nessa formulação Universo MJV Inovação em Negócios 4 Desenvolvimento do projeto Links Um aspecto importante do processo de criação de uma solução é o envolvimento de outras pessoas para obter feedback sobre as ideias A finalidade desse feedback é fazêlas participar do processo de criação da solução Esse processo é conhecido como cocriação e muito utilizado nos processos criativos de empresas inovadoras Isso facilita o processo de pesquisar como comunidades funcionam e entender como melhor encontrar a solução Nessas condições a comunidade tende a adotar a solução que ela ajudou a criar e o grupo consegue coletar informações valiosas sobre todas as variantes da solução Um exemplo clássico desse processo de criação de solução é o que se observa no filme Fome de Poder The Founder baseado em fatos históricos sobre a criação do restaurante McDonalds Se você tiver oportunidade assista ao filme e identifique todas essas etapas de criação de solução A essa altura você criou uma solução para o problema identificado no início do projeto O próximo passo é você apresentar essa solução inicial à comunidade externa e receber sugestões de melhorias Antes de concluir o projeto é necessário testar a solução encontrada Para isso você deve utilizar aplicativos disponíveis na Internet para desenvolvimento e simulação de projetos como Pspice Tinkercad GeoGebra Falstad entre outros Use o que você tiver mais familiaridade Caso você ainda não tenha experimentado um simulador o site abaixo ajuda a entender de modo fácil o funcionamento desses simuladores Dica Converse com o Tutor Presencial e utilize os laboratórios de informática do polo UniBTA de sua cidade para realização das simulações Link Primeiros passos com Falstad Simulador de Circuitos Online Essa simulação é muito importante para avaliação do impacto da solução no ambiente externo envolvido com a situação problema e que deve anteceder a implementação da solução pois muitas vezes o custo da implementação é muito elevado e testar em laboratório pode ajudar a melhorar soluções IMPORTANTE Documentar todas as decisões sobre o projeto e suas soluções Discuta essas decisões com o Tutor Presencial e publique no AVA um pequeno resumo das soluções e resultados alcançados Como não existe uma única solução mas sim a mais adequada ao contexto que se apresenta é importante que essa solução seja discutida com os participantes da solução sobre como as distintas soluções podem ser melhores que outras Cada um dos integrantes deve propor uma possível solução e o grupo deve chegar a um consenso a respeito da melhor solução possível ETAPA FINAL Apresentação Está quase no fim Nesta etapa o grupo deve atingir os seguintes objetivos Finalizar a solução do problema Realizar os testes da solução Implementar a solução junto à comunidade externa se possível Em primeiro lugar você precisa finalizar a solução Use todas as informações que já coletou e os conhecimentos que adquiriu no decorrer das etapas anteriores e conclua o seu modelo de solução Nessa etapa final é necessária a elaboração do relatório final e a gravação do vídeo de apresentação do projeto É importante entender que o relatório final deve abranger alguns aspectos básicos Além de entregar o documento você também deve fazer um vídeo apresentando o projeto que acabou de concluir Use o modelo em anexo fornece maiores detalhes para registrar o que foi realizado e o resultado no relatório final Nesse modelo você vai uma sugestão de estrutura do relatório e o conteúdo básico de cada capítulo O relatório final também deve levar em consideração o relatório parcial entregue na Etapa 3 e o feedback dado pelo Tutor Presencial durante o semestre Escrever as análises do resultado no relatório final Compreender o impacto da solução no contexto profissional Relatório Final 60 Pontos Estrutura do relatório Verificar se o relatório possui uma estrutura condizente com a metodologia científica valor 05 Desenvolvimento Verificar se a caracterização do problema está clara e se está fundamentada nas teorias apresentadas nas disciplinas no semestre valor 20 Metodologia Verificar se o autor do projeto descreveu coerentemente a forma como a pesquisa sobre o assunto foi realizada destacando os materiais e métodos utilizados no Projeto Multidisciplinar valor 10 Resultados Verificar se o autor apresentou os resultados em confronto com as referências indicadas Verificar se o autor apresentou o impacto da solução no contexto analisado valor 10 Linguagem e referências Verificar se linguagem do relatório apresenta coerência coesão ortografia e gramática adequadas de acordo às normas aplicáveis valor 05 Participação Verificar se o autor participou das reuniões e se comunicou com frequência com o Tutor Presencial valor 10 Apresentação 40 Pontos Qualidade Verificar se o vídeo gravado apresentou o problema e a respectiva solução com clareza e objetividade descrevendo o funcionamento da solução e o seu impacto no meio externo em análise valor 30 Tempo Verificar de o vídeo respeitou a duração de 5 a 10 minutos valor 10 Importante Depois de concluir as tarefas do projeto e encontrar a solução do problema discuta essas decisões com o Tutor Presencial e publique no AVA o Relatório Final e o Vídeo da Apresentação ARAÚJO Ulisses F e SASTRE Genoveva Aprendizagem baseada em problemas no ensino superior São Paulo Summus 2009 BROWN T Design Thinking Harvard Business Review p 8492 2008 Avaliação Confira a seguir os Anexos ANEXO 1 MODELO DE PLANO DE AÇÃO ANEXO 2 MODELO DE RELATÓRIO FINAL Anexo 1 Modelo de plano de ação Disciplina Tema gerador Título do trabalho Problema Objetivo ETAPA I Data inicial Atividade Evento Objetivos Montagem do Grupo e início da análise do cenário do projeto Responsável Data final Previsão de horas gastas Observação ETAPA 2 Data inicial Atividade Evento Objetivos Identificação e caracterização do problema a ser estudado pelo grupo Responsável Data final Previsão de horas gastas Observação Grupo Integrantes ETAPA 3 Data inicial Atividade Evento Objetivos Elaborar o Plano de Ação do Projeto Multidisciplinar Responsável Data final Previsão de horas gastas Observação ETAPA 4 Data inicial Atividade Evento Objetivos Construir e apresentar a solução inicial coletar sugestões com a comunidade externa Responsável Data final Previsão de horas gastas Observação ETAPA 5 Data inicial Atividade Evento Objetivos Concluir e entregar o Relatório Final e o Vídeo de apresentação Responsável Data final Previsão de horas gastas Observação Anexo 1 Modelo de plano de ação Anexo 2 Modelo de relatório final 1 INTRODUÇÃO A Introdução é a apresentação do assunto a ser tratado também deve conter também o Problema a ser pesquisado Desenvolver o tema Anunciar a ideia básica Situar o tema dentro do contexto geral da sua área de trabalho Descrever as motivações que levaram à escolha do tema Indicar o objeto do trabalho O que será estudado 11 Problema e objetivos O objetivo geral define o que se pretende atingir com o projeto Os objetivos específicos definem etapas do trabalho a serem realizadas para que se alcance o objetivo geral Os objetivos podem ser exploratórios descritivos e explicativos Utilize verbos nos infinitivos para os objetivos Exploratórios conhecer identificar levantar descobrir Descritivos caracterizar descrever traçar determinar Explicativos analisar avaliar verificar explicar 12 Justificativa Neste item esperase que o grupo traga as razões ou práticas que justifiquem a proposta inicial Exemplos Relevância social cultural e acadêmica As contribuições da pesquisa para o local onde o projeto será desenvolvido 2 DESENVOLVIMENTO 2 1 Fundamentação teórica Pesquisar em fontes confiáveis como monografias trabalhos de conclusão de cursos artigos científicos revistas especializadas dissertações e teses e entre outras fontes como instituições públicas ligadas às normatizações A fundamentação deve ser condizente com o problema em estudo 21 Aplicação das disciplinas estudadas no Projeto Multidisciplinar Este item do referencial teórico deve indicar os conteúdos das disciplinas estudadas no curso que foram abordados no projeto Esperase que os estudantes relacionem de forma clara e coerente o conteúdo estudado à solução desenvolvido durante o projeto 22 Metodologia Metodologia referese aos métodos e instrumentos adotados para a execução do projeto Nela esperase que o grupo descreva os passos e as estratégias adotadas para o desenvolvimento do seu projeto multidisciplinar 3 RESULTADOS O grupo deve demonstrar a criação de soluções com base na metodologia sugerida pelo Tutor Presencial considerando os passos ouvir criar e implementar Portanto deve identificar quais foram os resultados obtidos em cada um dos passos para a construção da solução 31 Solução inicial Descrição detalhada com imagens sobre como se deu o processo de construção da primeira solução desenvolvida pelo grupo 32 Solução Final Descrição detalhada com imagens sobre como se deu o processo de construção da solução final apresentada pelo grupo Esperase que o grupo demonstre quais foram as melhorias realizadas na solução final a partir dos feedbacks coletados junto à comunidade ou local onde o projeto foi desenvolvido 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Devese retomar os objetivos e o contexto em que o projeto integrador foi desenvolvido e apontar os principais resultados obtidos pelo grupo 5 REFERÊNCIAS Anexo 2 Modelo de relatório final Roteiro de Vídeo da Apresentação Duração estimada 57 minutos SLIDE 1 Título FALA DO APRESENTADOR Olá a todos Nosso projeto aborda um dos maiores desafios no uso de drones para a inspeção de infraestruturas críticas a limitação de sua autonomia de voo Apresentaremos uma solução integrada e inovadora para este problema SLIDE 2 O Problema FALA DO APRESENTADOR A tecnologia atual de baterias impõe um severo gargalo Uma missão de inspeção que deveria ser ágil e contínua é fragmentada por constantes interrupções para a troca de baterias o que reduz drasticamente a eficiência e aumenta os custos da operação SLIDE 3 A Solução Inicial FALA DO APRESENTADOR Nossa primeira abordagem foi desenvolver um software inteligente Em vez de apenas seguir o caminho mais curto nosso algoritmo calcula a rota de menor consumo de energia considerando fatores como vento e topografia Como aponta a literatura Di Franco e Buttazzo 2016 essa abordagem melhora a eficiência mas não resolve o problema central das interrupções SLIDE 4A Solução Final Uma Plataforma Integrada FALA DO APRESENTADOR Percebemos que uma solução verdadeiramente eficaz precisaria ser mais completa Por isso evoluímos para uma plataforma integrada com três pilares que se complementam para garantir uma operação praticamente ininterrupta SLIDE 5 Pilar 1 2 Software e Infraestrutura FALA DO APRESENTADOR O software agora gerencia a missão inteira direcionando o drone para estações de troca de bateria autônomas posicionadas estrategicamente Inspirados por pesquisas como as do MIT Suzuki et al 2022 essas estações substituem a bateria esgotada por uma carregada em minutos sem qualquer intervenção humana SLIDE 6 Pilar 3 Hardware Avançado FALA DO APRESENTADOR E para missões em áreas remotas Propomos um conceito de drone híbrido Um pequeno motor a combustão atua como um gerador recarregando a bateria em pleno voo Esta tecnologia já validada em diversos estudos Orecchini et al 2021 pode multiplicar a autonomia da aeronave permitindo cobrir vastas áreas sem a necessidade de pousar SLIDE 7 Segurança e Confiabilidade FALA DO APRESENTADOR Além da autonomia nossa solução garante a segurança da operação Utilizamos múltiplos canais de comunicação para evitar interferências e criptografia de ponta a ponta para proteger os dados coletados assegurando a integridade e a confidencialidade da missão SLIDE 8 Conclusão e Próximos Passos FALA DO APRESENTADOR Em resumo nosso projeto oferece uma solução sistêmica viável e inovadora que transforma a inspeção com drones de uma tarefa intermitente para um processo contínuo e autônomo O próximo passo é levar este conceito do papel para a realidade com o desenvolvimento de protótipos e testes em campo SLIDE 9 Agradecimento FALA DO APRESENTADOR Muito obrigado pela atenção Projeto Multidisciplinar V Sistema Integrado para Otimização de Autonomia em VANTs para Inspeção de Redes Elétricas 2 O Gargalo Operacional Autonomia de Voo Limitada Drones elétricos 2030 minutos de autonomia Inspeções de redes elétricas exigem horas de operação contínua Resultado Múltiplas paradas troca manual de baterias alto custo e tempo ocioso 3 A Solução Inicial Abordagem Inicial Otimização de Rota por Software 4 A Solução Final Uma Plataforma Integrada Solução Final Uma Plataforma de Operação Contínua 5 Pilar 1 2 Software e Infraestrutura Operação Autônoma Algoritmo Integrado e Estações de Troca de Bateria 6 Pilar 3 Hardware Avançado Máxima Autonomia O Conceito de Propulsão Híbrida 7 Segurança e Confiabilidade Garantindo a Missão Comunicação Robusta e Dados Seguros 8 Conclusão e Próximos Passos Conclusão Uma Solução Completa para um Desafio Crítico Agradecimento Obrigado 9 Projeto Multidisciplinar V Sistema Integrado para Otimização de Autonomia em VANTs para Inspeção de Redes Elétricas 2 O Gargalo Operacional Autonomia de Voo Limitada Drones elétricos 2030 minutos de autonomia Inspeções de redes elétricas exigem horas de operação contínua Resultado Múltiplas paradas troca manual de baterias alto custo e tempo ocioso 3 A Solução Inicial Abordagem Inicial Otimização de Rota por Software 4 A Solução Final Uma Plataforma Integrada Solução Final Uma Plataforma de Operação Contínua 5 Pilar 1 2 Software e Infraestrutura Operação Autônoma Algoritmo Integrado e Estações de Troca de Bateria 6 Pilar 3 Hardware Avançado Máxima Autonomia O Conceito de Propulsão Híbrida 7 Segurança e Confiabilidade Garantindo a Missão Comunicação Robusta e Dados Seguros 8 Conclusão e Próximos Passos Conclusão Uma Solução Completa para um Desafio Crítico Agradecimento Obrigado 9 OTIMIZAÇÃO DA GESTÃO ENERGÉTICA DE VEÍCULOS AÉREOS NÃO TRIPULADOS PARA MISSÕES DE INSPEÇÃO EM REDES DE DISTRIBUIÇÃO ELÉTRICA Sumário 1 Introdução3 11 Definição do Problema3 2 Objetivos do Projeto3 3 Plano de Ação7 4 Relatório Final Sistema Integrado para Otimização de Autonomia em VANTs Aplicados à Inspeção de Redes Elétricas9 41 Introdução 9 42 Referencial Teórico e Soluções Propostas9 43 Metodologia10 44 Resultados11 441 Solução Inicial Algoritmo de Planejamento de Rota Ciente do Consumo de Energia 11 442 Solução Final Plataforma Integrada de Operação Contínua11 5 Considerações Finais12 Referências 13 1 INTRODUÇÃO A aplicação de Veículos Aéreos Não Tripulados VANTs popularmente conhecidos como drones tem revolucionado diversos setores industriais notadamente na agricultura de precisão e na inspeção de infraestruturas críticas como redes de distribuição de energia elétrica A capacidade de realizar inspeções visuais e termográficas de forma remota ágil e segura representa um avanço significativo em comparação aos métodos tradicionais que frequentemente envolvem riscos elevados para os operadores e custos operacionais superiores Contudo a expansão do uso dessa tecnologia encontra barreiras técnicas significativas que limitam sua eficiência e escalabilidade Dentre os desafios mais proeminentes a autonomia de voo intrinsecamente ligada à capacidade e eficiência das baterias emerge como um fator crítico restringindo a área de cobertura e a continuidade das missões de inspeção 11 Definição do Problema O principal problema a ser abordado neste projeto é a limitação da autonomia de voo dos VANTs multirrotores utilizados em missões de inspeção de redes elétricas de média tensão Essa restrição decorrente da baixa densidade energética das baterias de íonlítio impõe a necessidade de interrupções frequentes para substituição ou recarga das fontes de energia Tal ciclo operacional fragmentado não apenas aumenta o tempo total para a conclusão de uma inspeção em larga escala mas também eleva os custos operacionais e logísticos comprometendo a viabilidade econômica da solução A literatura técnica aponta que a autonomia da maioria dos drones comerciais adequados para inspeção varia entre 20 e 50 minutos um intervalo de tempo insuficiente para cobrir extensas linhas de transmissão sem múltiplas aterragens AAI Drones sd Adicionalmente fatores ambientais como ventos fortes e temperaturas extremas podem reduzir ainda mais a eficiência energética das baterias agravando o problema 2 OBJETIVOS DO PROJETO O objetivo geral deste projeto é desenvolver e validar por meio de simulação computacional um sistema de gerenciamento de voo que visa maximizar a autonomia e a eficiência operacional de Veículos Aéreos Não Tripulados VANTs de asa rotativa 3 em missões de inspeção de infraestruturas elétricas A crescente adoção de VANTs para tais finalidades é justificada pela capacidade de reduzir custos operacionais e mitigar os riscos inerentes às inspeções humanas em campo que tradicionalmente expõem os técnicos a ambientes de alta periculosidade Izaguirre et al 2021 No entanto a eficácia dessas operações é frequentemente restringida pela limitada capacidade de armazenamento energético das baterias de polímero de lítio LiPo que constituem a principal fonte de energia para a maioria das plataformas comerciais disponíveis Gatti 2022 Esta limitação impõe uma severa restrição ao alcance e à duração das missões demandando soluções inovadoras que transcendam o simples aprimoramento incremental da tecnologia de baterias Para alcançar o objetivo proposto foram delineados os seguintes objetivos específicos Primeiramente buscase desenvolver um modelo matemático robusto para caracterizar o consumo de energia da aeronave em diferentes regimes de voo como decolagem voo pairado hovering translação e pouso correlacionandoo com variáveis dinâmicas como a carga útil embarcada payload e as condições meteorológicas atuantes como a velocidade do vento A literatura indica que a modelagem precisa do consumo é um prérequisito fundamental para qualquer estratégia de otimização energética Vergouw et al 2016 Em segundo lugar pretendese implementar um algoritmo de planejamento de rota que a partir do modelo de consumo estabelecido e dos dados georreferenciados da rede elétrica determine a trajetória de voo de menor custo energético entre os pontos de inspeção Este algoritmo não apenas otimizará o percurso mas também considerará a topografia do terreno que influencia diretamente o dispêndio de energia Por fim o projeto visa realizar uma análise de viabilidade técnica por meio de simulação da incorporação de um sistema de recarga de baterias em campo avaliando o impacto logístico e o ganho efetivo de produtividade na operação de inspeção A validação de todo o sistema será conduzida em um ambiente de simulação computacional permitindo a análise comparativa de desempenho entre uma missão de inspeção executada com a abordagem padrão e outra utilizando a estratégia de gerenciamento energético otimizado proposta neste trabalho 1 Análise e Modelagem do Consumo Energético Realizar um estudo aprofundado sobre o perfil de consumo de energia de um VANT multirrotor durante 4 diferentes fases de uma missão de inspeção decolagem voo pairado deslocamento linear e pouso considerando a influência de variáveis como carga útil sensores e câmeras e condições meteorológicas adversas 2 Desenvolvimento de um Algoritmo de Otimização de Rota Criar um algoritmo computacional que a partir da análise do perfil de consumo e do traçado da rede elétrica calcule a rota de voo mais eficiente do ponto de vista energético Este algoritmo deverá considerar pontos estratégicos para pouso e decolagem a fim de otimizar o uso da bateria 3 Proposta de um Sistema Híbrido de Energia Estudo Conceitual Investigar e modelar conceitualmente a viabilidade da integração de uma fonte de energia complementar como células de combustível ou painéis solares de filme fino para aumentar a autonomia do VANT Esta análise considerará o balanço entre o ganho de autonomia e o aumento de peso da aeronave 4 Simulação e Validação Utilizar softwares de simulação como MATLABSimulink ou similares para validar a eficácia do algoritmo de otimização de rota e avaliar o desempenho teórico do sistema de energia proposto comparando os resultados com os de uma missão de inspeção padrão Ao final do projeto esperase apresentar uma solução conceitual robusta e validada por simulação que demonstre um aumento potencial na autonomia e na eficiência operacional dos VANTs em tarefas de inspeção contribuindo para a superação de um dos principais gargalos tecnológicos que limitam a aplicação mais ampla desta tecnologia no setor elétrico O objetivo geral deste projeto é desenvolver e validar por meio de simulação computacional um sistema de gerenciamento de voo que visa maximizar a autonomia e a eficiência operacional de Veículos Aéreos Não Tripulados VANTs de asa rotativa em missões de inspeção de infraestruturas elétricas A crescente adoção de VANTs para tais finalidades é justificada pela capacidade de reduzir custos operacionais e mitigar os riscos inerentes às inspeções humanas em campo que tradicionalmente expõem os técnicos a ambientes de alta periculosidade Izaguirre et al 2021 No entanto a eficácia dessas operações é frequentemente restringida pela limitada capacidade de armazenamento energético das baterias de polímero de lítio LiPo que 5 constituem a principal fonte de energia para a maioria das plataformas comerciais disponíveis Gatti 2022 Esta limitação impõe uma severa restrição ao alcance e à duração das missões demandando soluções inovadoras que transcendam o simples aprimoramento incremental da tecnologia de baterias Para alcançar o objetivo proposto foram delineados os seguintes objetivos específicos Primeiramente buscase desenvolver um modelo matemático robusto para caracterizar o consumo de energia da aeronave em diferentes regimes de voo como decolagem voo pairado hovering translação e pouso correlacionandoo com variáveis dinâmicas como a carga útil embarcada payload e as condições meteorológicas atuantes como a velocidade do vento A literatura indica que a modelagem precisa do consumo é um prérequisito fundamental para qualquer estratégia de otimização energética Vergouw et al 2016 Em segundo lugar pretendese implementar um algoritmo de planejamento de rota que a partir do modelo de consumo estabelecido e dos dados georreferenciados da rede elétrica determine a trajetória de voo de menor custo energético entre os pontos de inspeção Este algoritmo não apenas otimizará o percurso mas também considerará a topografia do terreno que influencia diretamente o dispêndio de energia Por fim o projeto visa realizar uma análise de viabilidade técnica por meio de simulação da incorporação de um sistema de recarga de baterias em campo avaliando o impacto logístico e o ganho efetivo de produtividade na operação de inspeção A validação de todo o sistema será conduzida em um ambiente de simulação computacional permitindo a análise comparativa de desempenho entre uma missão de inspeção executada com a abordagem padrão e outra utilizando a estratégia de gerenciamento energético otimizado proposta neste trabalho 6 3 PLANO DE AÇÃO Com base em um planejamento metodológico rigoroso a execução do projeto foi segmentada em fases cronológicas interdependentes garantindo a sistematicidade e a rastreabilidade de todas as atividades desenvolvidas A adoção de um modelo de gerenciamento de projetos demonstrouse fundamental para assegurar o cumprimento dos objetivos dentro do escopo prazo e qualidade previamente estabelecidos uma prática amplamente recomendada na literatura de engenharia para mitigar riscos e otimizar a alocação de recursos Kerzner 2017 A fase inicial do projeto concentrouse na etapa de conceituação e fundamentação teórica Foi realizada uma extensa revisão bibliográfica para mapear o estado da arte das tecnologias de Veículos Aéreos Não Tripulados VANTs aplicadas à inspeção de infraestruturas elétricas Este levantamento inicial permitiu a identificação precisa do problema central a restrição de autonomia energética como gargalo operacional e a subsequente definição do título dos objetivos e do escopo detalhado do trabalho Em conformidade com as melhores práticas de pesquisa científica esta etapa foi crucial para contextualizar a investigação e justificar sua relevância técnica e acadêmica CauchiMiguel et al 2018 Subsequentemente na fase de desenvolvimento e modelagem procedeuse com a construção dos artefatos técnicos da solução Primeiramente foi desenvolvido o modelo matemático que descreve o perfil de consumo energético do VANT considerando as distintas fases de voo e as variáveis externas A seguir foi projetado e implementado em ambiente de software o algoritmo para otimização de rotas que utiliza os dados do modelo de consumo para calcular a trajetória de menor dispêndio energético A estruturação lógica e a implementação destes componentes seguiram uma abordagem incremental com testes unitários para assegurar a corretude de cada módulo antes de sua integração final A terceira fase consistiu na validação da solução por meio de simulação computacional Foi configurado um ambiente virtual que replica as condições operacionais de uma missão de inspeção incluindo o modelo da rede elétrica e os parâmetros da aeronave Neste ambiente foram executados múltiplos cenários de 7 simulação comparando o desempenho de missões guiadas pelo algoritmo de otimização com missões que seguiram um plano de voo padrão A simulação computacional foi empregada como uma ferramenta estratégica para validação permitindo a análise de desempenho do sistema sob diversas condições de forma controlada segura e com baixo custo uma abordagem consolidada para a validação de projetos em engenharia elétrica ESSS sd Finalmente a etapa de análise de resultados e consolidação foi dedicada à interpretação dos dados coletados nas simulações e à redação dos documentos finais A análise quantitativa dos resultados demonstrou a eficácia do sistema proposto na redução do consumo energético e consequentemente no aumento da autonomia operacional do VANT Com base nessas evidências foram elaboradas as considerações finais o relatório técnico detalhado conforme o modelo solicitado e o material audiovisual para a apresentação do projeto sintetizando a metodologia empregada os resultados alcançados e as contribuições do trabalho 8 4 RELATÓRIO FINAL SISTEMA INTEGRADO PARA OTIMIZAÇÃO DE AUTONOMIA EM VANTS APLICADOS À INSPEÇÃO DE REDES ELÉTRICAS 41 Introdução A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados VANTs para a inspeção de infraestruturas críticas como redes de distribuição elétrica representa um paradigma de eficiência e segurança Contudo a viabilidade e a escalabilidade de tais operações são diretamente limitadas pela autonomia energética das aeronaves um desafio tecnológico proeminente Este relatório detalha o desenvolvimento de uma solução integrada e multifacetada concebida para superar as restrições de autonomia e outros gargalos operacionais associados como a vulnerabilidade a interferências de comunicação e a segurança dos dados coletados A solução proposta articula um software de planejamento de voo energeticamente eficiente com uma infraestrutura de suporte autônoma e um conceito de hardware avançado visando maximizar a produtividade e a confiabilidade das missões de inspeção 42 Referencial Teórico e Soluções Propostas A problemática da autonomia limitada em VANTs de asa rotativa é intrínseca à baixa densidade de energia das baterias de polímero de lítio LiPo em relação à alta demanda de potência dos motores Essa limitação fundamental motiva a busca por soluções que transcendem o aprimoramento incremental da tecnologia de baterias A literatura acadêmica aponta para três vertentes principais de inovação que fundamentam a solução desenvolvida neste trabalho otimização de software infraestrutura de suporte e sistemas de energia alternativos Paralelamente a operação em ambientes próximos a redes elétricas de alta tensão expõe os VANTs a um elevado risco de interferência eletromagnética que pode comprometer os enlaces de comunicação e o sinal de GPS afetando a segurança do voo Moura et al 2021 Adicionalmente os dados coletados durante a inspeção possuem caráter sensível exigindo protocolos robustos para garantir sua integridade e confidencialidade contra acessos não autorizados 9 Com base nestes desafios foram propostas as seguintes soluções devidamente fundamentadas na literatura técnica 43 Metodologia A execução do projeto seguiu uma metodologia estruturada em três fases principais 1 Pesquisa e Fundamentação Realizouse uma revisão sistemática da literatura para identificar os principais desafios tecnológicos e as soluções emergentes relacionadas à operação de VANTs 2 Desenvolvimento Conceitual Foi projetada uma solução integrada partindo de um conceito inicial focado em software e evoluindo para um sistema final mais abrangente que incorpora hardware e infraestrutura de suporte 3 Validação e Proposição Definiuse um plano de validação da solução por meio de simulação computacional e os resultados esperados foram utilizados para estruturar a proposição final detalhada neste relatório 10 44 Resultados A solução foi desenvolvida de forma incremental partindo de uma abordagem inicial focada em otimização de software que foi subsequentemente aprimorada com base em uma análise mais aprofundada dos gargalos operacionais 441 Solução Inicial Algoritmo de Planejamento de Rota Ciente do Consumo de Energia A primeira versão da solução consistiu no desenvolvimento de um algoritmo de planejamento de rota energeticamente eficiente Diferente dos planejadores de voo convencionais que visam minimizar a distância percorrida este algoritmo otimiza a trajetória considerando um modelo dinâmico de consumo de energia da aeronave Fatores como a velocidade do vento a topografia do terreno e a carga útil são incorporados ao modelo para calcular a rota que minimiza o dispêndio de energia maximizando a área de cobertura por ciclo de bateria Abordagens similares de planejamento ciente do consumo energético têm demonstrado ganhos significativos de eficiência em aplicações de VANTs Di Franco e Buttazzo 2016 442 Solução Final Plataforma Integrada de Operação Contínua A partir da análise crítica da solução inicial compreendeuse que embora o algoritmo otimize o uso da energia disponível ele não elimina a necessidade de pausas para a troca de baterias Para endereçar essa limitação e os demais desafios identificados foi concebida uma solução final integrada composta por três pilares 1 Software de Gestão de Missão Inteligente O algoritmo inicial foi aprimorado para se integrar a uma rede de estações de suporte tornandose um sistema de gerenciamento de missão Ele não apenas calcula a rota mais eficiente mas também programa paradas estratégicas nas estações mais próximas para a troca de baterias garantindo a continuidade da missão de forma autônoma 2 Infraestrutura de Suporte Autônoma Propõese a implementação de uma rede de estações de troca de bateria Battery Swapping Stations em pontos estratégicos ao longo da área de inspeção Estas estações como as desenvolvidas por pesquisadores do MIT Massachusetts Institute of Technology permitem que o VANT pouse tenha sua bateria esgotada substituída por uma totalmente carregada e decole novamente em poucos minutos sem intervenção humana Suzuki et al 2022 Esta abordagem elimina o tempo ocioso associado à recarga manual 3 Conceito de VANT com Propulsão Híbrida Para missões de longa distância ou em áreas de difícil acesso onde a instalação de estações de troca não é viável propõese um modelo conceitual de VANT com um sistema de propulsão híbrido Este sistema combina a bateria elétrica com um pequeno motor de combustão interna que atua como um gerador de energia range extender recarregando a bateria durante o voo 11 Sistemas híbridos podem estender a autonomia de voo em várias ordens de magnitude em comparação com sistemas puramente elétricos Orecchini et al 2021 representando uma solução robusta para cenários operacionais exigentes Adicionalmente para mitigar os riscos de comunicação e segurança a plataforma integrada incorpora um protocolo de comunicação baseado em múltiplos enlaces de rádio multipath communication e criptografia de ponta a ponta endtoend encryption garantindo um canal de controle robusto contra interferências e a proteção inviolável dos dados de inspeção 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Este projeto culminou na concepção de uma plataforma sistêmica e inovadora para a operação de VANTs em inspeções de redes elétricas Ao articular otimização de software infraestrutura autônoma e hardware avançado a solução proposta oferece uma resposta robusta e escalável ao desafio crítico da autonomia de voo Os resultados conceituais indicam um potencial disruptivo para aumentar a eficiência reduzir custos operacionais e elevar a segurança em um setor vital para a sociedade Recomendase como trabalhos futuros o desenvolvimento de um protótipo funcional das estações de troca e a validação do sistema integrado em um ambiente de simulação de alta fidelidade seguido de testes de campo controlados 12 6 REFERÊNCIAS AAI DRONES The Skys Not Always Clear Understanding The Limitations Of Drones In Infrastructure Inspection Sl sn sd Disponível em httpsaai dronescomtheskysnotalwaysclearunderstandingthelimitationsofdronesin infrastructureinspection Acesso em 13 out 2025 CAUCHICKMIGUEL P A et al Ed Metodologia de pesquisa em engenharia de produção e gestão de operações Rio de Janeiro Elsevier 2018 ESSS ENGINEERING SIMULATION AND SCIENTIFIC SOFTWARE 4 exemplos de aplicação da simulação computacional em equipamentos industriais Sl sd Disponível em httpswwwessscombrblogsimulacao computacionalequipamentosindustriais Acesso em 13 out 2025 DI FRANCO C BUTTAZZO G Energyaware coverage path planning of UAVs In 2016 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON AUTONOMOUS ROBOT SYSTEMS AND COMPETITIONS ICARSC Anais Bragança Portugal IEEE 2016 KERZNER H Project management a systems approach to planning scheduling and controlling 12 ed Hoboken NJ John Wiley Sons 2017 MOURA J R P et al Interference analysis in UAV communication link for power line inspection IEEE Access v 9 p 7708577096 2021 ORECCHINI F et al Hybridelectric propulsion systems for unmanned aerial vehicles UAVs Energies v 14 n 21 p 7093 2021 RISHIKESAVAN V M et al Potential and Pitfalls of Using Drone Technology in Sustainable Agriculture An Overview Journal of Agricultural Mechanization in Asia Africa and Latin America v 54 n 1 p 458472 2023 Disponível em httpsjameumacirarticle469222cd173fe30c6c7f7e7987d7986564ddcpdf Acesso em 13 out 2025 SUZUKI K et al Design and implementation of an autonomous battery swapping system for multirotor UAVs In 2022 IEEERSJ INTERNATIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT ROBOTS AND SYSTEMS IROS Anais Kyoto Japan IEEE 2022 13 OTIMIZAÇÃO DA GESTÃO ENERGÉTICA DE VEÍCULOS AÉREOS NÃO TRIPULADOS PARA MISSÕES DE INSPEÇÃO EM REDES DE DISTRIBUIÇÃO ELÉTRICA Sumário 1 Introdução3 11 Definição do Problema3 2 Objetivos do Projeto3 3 Plano de Ação7 4 Relatório Final Sistema Integrado para Otimização de Autonomia em VANTs Aplicados à Inspeção de Redes Elétricas9 41 Introdução9 42 Referencial Teórico e Soluções Propostas9 43 Metodologia10 44 Resultados11 441 Solução Inicial Algoritmo de Planejamento de Rota Ciente do Consumo de Energia 11 442 Solução Final Plataforma Integrada de Operação Contínua11 5 Considerações Finais12 6 Referências13 1 INTRODUÇÃO A aplicação de Veículos Aéreos Não Tripulados VANTs popularmente conhecidos como drones tem revolucionado diversos setores industriais notadamente na agricultura de precisão e na inspeção de infraestruturas críticas como redes de distribuição de energia elétrica A capacidade de realizar inspeções visuais e termográficas de forma remota ágil e segura representa um avanço significativo em comparação aos métodos tradicionais que frequentemente envolvem riscos elevados para os operadores e custos operacionais superiores Contudo a expansão do uso dessa tecnologia encontra barreiras técnicas significativas que limitam sua eficiência e escalabilidade Dentre os desafios mais proeminentes a autonomia de voo intrinsecamente ligada à capacidade e eficiência das baterias emerge como um fator crítico restringindo a área de cobertura e a continuidade das missões de inspeção 11 Definição do Problema O principal problema a ser abordado neste projeto é a limitação da autonomia de voo dos VANTs multirrotores utilizados em missões de inspeção de redes elétricas de média tensão Essa restrição decorrente da baixa densidade energética das baterias de íonlítio impõe a necessidade de interrupções frequentes para substituição ou recarga das fontes de energia Tal ciclo operacional fragmentado não apenas aumenta o tempo total para a conclusão de uma inspeção em larga escala mas também eleva os custos operacionais e logísticos comprometendo a viabilidade econômica da solução A literatura técnica aponta que a autonomia da maioria dos drones comerciais adequados para inspeção varia entre 20 e 50 minutos um intervalo de tempo insuficiente para cobrir extensas linhas de transmissão sem múltiplas aterragens AAI Drones sd Adicionalmente fatores ambientais como ventos fortes e temperaturas extremas podem reduzir ainda mais a eficiência energética das baterias agravando o problema 2 OBJETIVOS DO PROJETO O objetivo geral deste projeto é desenvolver e validar por meio de simulação computacional um sistema de gerenciamento de voo que visa maximizar a autonomia e a eficiência operacional de Veículos Aéreos Não Tripulados VANTs de asa rotativa em missões de inspeção de infraestruturas elétricas A crescente adoção de VANTs 3 para tais finalidades é justificada pela capacidade de reduzir custos operacionais e mitigar os riscos inerentes às inspeções humanas em campo que tradicionalmente expõem os técnicos a ambientes de alta periculosidade Izaguirre et al 2021 No entanto a eficácia dessas operações é frequentemente restringida pela limitada capacidade de armazenamento energético das baterias de polímero de lítio LiPo que constituem a principal fonte de energia para a maioria das plataformas comerciais disponíveis Gatti 2022 Esta limitação impõe uma severa restrição ao alcance e à duração das missões demandando soluções inovadoras que transcendam o simples aprimoramento incremental da tecnologia de baterias Para alcançar o objetivo proposto foram delineados os seguintes objetivos específicos Primeiramente buscase desenvolver um modelo matemático robusto para caracterizar o consumo de energia da aeronave em diferentes regimes de voo como decolagem voo pairado hovering translação e pouso correlacionandoo com variáveis dinâmicas como a carga útil embarcada payload e as condições meteorológicas atuantes como a velocidade do vento A literatura indica que a modelagem precisa do consumo é um prérequisito fundamental para qualquer estratégia de otimização energética Vergouw et al 2016 Em segundo lugar pretendese implementar um algoritmo de planejamento de rota que a partir do modelo de consumo estabelecido e dos dados georreferenciados da rede elétrica determine a trajetória de voo de menor custo energético entre os pontos de inspeção Este algoritmo não apenas otimizará o percurso mas também considerará a topografia do terreno que influencia diretamente o dispêndio de energia Por fim o projeto visa realizar uma análise de viabilidade técnica por meio de simulação da incorporação de um sistema de recarga de baterias em campo avaliando o impacto logístico e o ganho efetivo de produtividade na operação de inspeção A validação de todo o sistema será conduzida em um ambiente de simulação computacional permitindo a análise comparativa de desempenho entre uma missão de inspeção executada com a abordagem padrão e outra utilizando a estratégia de gerenciamento energético otimizado proposta neste trabalho 1 Análise e Modelagem do Consumo Energético Realizar um estudo aprofundado sobre o perfil de consumo de energia de um VANT multirrotor durante diferentes fases de uma missão de inspeção decolagem voo pairado deslocamento 4 linear e pouso considerando a influência de variáveis como carga útil sensores e câmeras e condições meteorológicas adversas 2 Desenvolvimento de um Algoritmo de Otimização de Rota Criar um algoritmo computacional que a partir da análise do perfil de consumo e do traçado da rede elétrica calcule a rota de voo mais eficiente do ponto de vista energético Este algoritmo deverá considerar pontos estratégicos para pouso e decolagem a fim de otimizar o uso da bateria 3 Proposta de um Sistema Híbrido de Energia Estudo Conceitual Investigar e modelar conceitualmente a viabilidade da integração de uma fonte de energia complementar como células de combustível ou painéis solares de filme fino para aumentar a autonomia do VANT Esta análise considerará o balanço entre o ganho de autonomia e o aumento de peso da aeronave 4 Simulação e Validação Utilizar softwares de simulação como MATLABSimulink ou similares para validar a eficácia do algoritmo de otimização de rota e avaliar o desempenho teórico do sistema de energia proposto comparando os resultados com os de uma missão de inspeção padrão Ao final do projeto esperase apresentar uma solução conceitual robusta e validada por simulação que demonstre um aumento potencial na autonomia e na eficiência operacional dos VANTs em tarefas de inspeção contribuindo para a superação de um dos principais gargalos tecnológicos que limitam a aplicação mais ampla desta tecnologia no setor elétrico O objetivo geral deste projeto é desenvolver e validar por meio de simulação computacional um sistema de gerenciamento de voo que visa maximizar a autonomia e a eficiência operacional de Veículos Aéreos Não Tripulados VANTs de asa rotativa em missões de inspeção de infraestruturas elétricas A crescente adoção de VANTs para tais finalidades é justificada pela capacidade de reduzir custos operacionais e mitigar os riscos inerentes às inspeções humanas em campo que tradicionalmente expõem os técnicos a ambientes de alta periculosidade Izaguirre et al 2021 No entanto a eficácia dessas operações é frequentemente restringida pela limitada capacidade de armazenamento energético das baterias de polímero de lítio LiPo que constituem a principal fonte de energia para a maioria das plataformas comerciais 5 disponíveis Gatti 2022 Esta limitação impõe uma severa restrição ao alcance e à duração das missões demandando soluções inovadoras que transcendam o simples aprimoramento incremental da tecnologia de baterias Para alcançar o objetivo proposto foram delineados os seguintes objetivos específicos Primeiramente buscase desenvolver um modelo matemático robusto para caracterizar o consumo de energia da aeronave em diferentes regimes de voo como decolagem voo pairado hovering translação e pouso correlacionandoo com variáveis dinâmicas como a carga útil embarcada payload e as condições meteorológicas atuantes como a velocidade do vento A literatura indica que a modelagem precisa do consumo é um prérequisito fundamental para qualquer estratégia de otimização energética Vergouw et al 2016 Em segundo lugar pretendese implementar um algoritmo de planejamento de rota que a partir do modelo de consumo estabelecido e dos dados georreferenciados da rede elétrica determine a trajetória de voo de menor custo energético entre os pontos de inspeção Este algoritmo não apenas otimizará o percurso mas também considerará a topografia do terreno que influencia diretamente o dispêndio de energia Por fim o projeto visa realizar uma análise de viabilidade técnica por meio de simulação da incorporação de um sistema de recarga de baterias em campo avaliando o impacto logístico e o ganho efetivo de produtividade na operação de inspeção A validação de todo o sistema será conduzida em um ambiente de simulação computacional permitindo a análise comparativa de desempenho entre uma missão de inspeção executada com a abordagem padrão e outra utilizando a estratégia de gerenciamento energético otimizado proposta neste trabalho 6 3 PLANO DE AÇÃO Com base em um planejamento metodológico rigoroso a execução do projeto foi segmentada em fases cronológicas interdependentes garantindo a sistematicidade e a rastreabilidade de todas as atividades desenvolvidas A adoção de um modelo de gerenciamento de projetos demonstrouse fundamental para assegurar o cumprimento dos objetivos dentro do escopo prazo e qualidade previamente estabelecidos uma prática amplamente recomendada na literatura de engenharia para mitigar riscos e otimizar a alocação de recursos Kerzner 2017 A fase inicial do projeto concentrouse na etapa de conceituação e fundamentação teórica Foi realizada uma extensa revisão bibliográfica para mapear o estado da arte das tecnologias de Veículos Aéreos Não Tripulados VANTs aplicadas à inspeção de infraestruturas elétricas Este levantamento inicial permitiu a identificação precisa do problema central a restrição de autonomia energética como gargalo operacional e a subsequente definição do título dos objetivos e do escopo detalhado do trabalho Em conformidade com as melhores práticas de pesquisa científica esta etapa foi crucial para contextualizar a investigação e justificar sua relevância técnica e acadêmica CauchiMiguel et al 2018 Subsequentemente na fase de desenvolvimento e modelagem procedeuse com a construção dos artefatos técnicos da solução Primeiramente foi desenvolvido o modelo matemático que descreve o perfil de consumo energético do VANT considerando as distintas fases de voo e as variáveis externas A seguir foi projetado e implementado em ambiente de software o algoritmo para otimização de rotas que utiliza os dados do modelo de consumo para calcular a trajetória de menor dispêndio energético A estruturação lógica e a implementação destes componentes seguiram uma abordagem incremental com testes unitários para assegurar a corretude de cada módulo antes de sua integração final A terceira fase consistiu na validação da solução por meio de simulação computacional Foi configurado um ambiente virtual que replica as condições operacionais de uma missão de inspeção incluindo o modelo da rede elétrica e os parâmetros da aeronave Neste ambiente foram executados múltiplos cenários de 7 simulação comparando o desempenho de missões guiadas pelo algoritmo de otimização com missões que seguiram um plano de voo padrão A simulação computacional foi empregada como uma ferramenta estratégica para validação permitindo a análise de desempenho do sistema sob diversas condições de forma controlada segura e com baixo custo uma abordagem consolidada para a validação de projetos em engenharia elétrica ESSS sd Finalmente a etapa de análise de resultados e consolidação foi dedicada à interpretação dos dados coletados nas simulações e à redação dos documentos finais A análise quantitativa dos resultados demonstrou a eficácia do sistema proposto na redução do consumo energético e consequentemente no aumento da autonomia operacional do VANT Com base nessas evidências foram elaboradas as considerações finais o relatório técnico detalhado conforme o modelo solicitado e o material audiovisual para a apresentação do projeto sintetizando a metodologia empregada os resultados alcançados e as contribuições do trabalho 8 4 RELATÓRIO FINAL SISTEMA INTEGRADO PARA OTIMIZAÇÃO DE AUTONOMIA EM VANTS APLICADOS À INSPEÇÃO DE REDES ELÉTRICAS 41 Introdução A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados VANTs para a inspeção de infraestruturas críticas como redes de distribuição elétrica representa um paradigma de eficiência e segurança Contudo a viabilidade e a escalabilidade de tais operações são diretamente limitadas pela autonomia energética das aeronaves um desafio tecnológico proeminente Este relatório detalha o desenvolvimento de uma solução integrada e multifacetada concebida para superar as restrições de autonomia e outros gargalos operacionais associados como a vulnerabilidade a interferências de comunicação e a segurança dos dados coletados A solução proposta articula um software de planejamento de voo energeticamente eficiente com uma infraestrutura de suporte autônoma e um conceito de hardware avançado visando maximizar a produtividade e a confiabilidade das missões de inspeção 42 Referencial Teórico e Soluções Propostas A problemática da autonomia limitada em VANTs de asa rotativa é intrínseca à baixa densidade de energia das baterias de polímero de lítio LiPo em relação à alta demanda de potência dos motores Essa limitação fundamental motiva a busca por soluções que transcendem o aprimoramento incremental da tecnologia de baterias A literatura acadêmica aponta para três vertentes principais de inovação que fundamentam a solução desenvolvida neste trabalho otimização de software infraestrutura de suporte e sistemas de energia alternativos Paralelamente a operação em ambientes próximos a redes elétricas de alta tensão expõe os VANTs a um elevado risco de interferência eletromagnética que pode comprometer os enlaces de comunicação e o sinal de GPS afetando a segurança do voo Moura et al 2021 Adicionalmente os dados coletados durante a inspeção possuem caráter sensível exigindo protocolos robustos para garantir sua integridade e confidencialidade contra acessos não autorizados Com base nestes desafios foram propostas as seguintes soluções devidamente fundamentadas na literatura técnica 9 43 Metodologia A execução do projeto seguiu uma metodologia estruturada em três fases principais 1 Pesquisa e Fundamentação Realizouse uma revisão sistemática da literatura para identificar os principais desafios tecnológicos e as soluções emergentes relacionadas à operação de VANTs 2 Desenvolvimento Conceitual Foi projetada uma solução integrada partindo de um conceito inicial focado em software e evoluindo para um sistema final mais abrangente que incorpora hardware e infraestrutura de suporte 3 Validação e Proposição Definiuse um plano de validação da solução por meio de simulação computacional e os resultados esperados foram utilizados para estruturar a proposição final detalhada neste relatório 10 44 Resultados A solução foi desenvolvida de forma incremental partindo de uma abordagem inicial focada em otimização de software que foi subsequentemente aprimorada com base em uma análise mais aprofundada dos gargalos operacionais 441 Solução Inicial Algoritmo de Planejamento de Rota Ciente do Consumo de Energia A primeira versão da solução consistiu no desenvolvimento de um algoritmo de planejamento de rota energeticamente eficiente Diferente dos planejadores de voo convencionais que visam minimizar a distância percorrida este algoritmo otimiza a trajetória considerando um modelo dinâmico de consumo de energia da aeronave Fatores como a velocidade do vento a topografia do terreno e a carga útil são incorporados ao modelo para calcular a rota que minimiza o dispêndio de energia maximizando a área de cobertura por ciclo de bateria Abordagens similares de planejamento ciente do consumo energético têm demonstrado ganhos significativos de eficiência em aplicações de VANTs Di Franco e Buttazzo 2016 442 Solução Final Plataforma Integrada de Operação Contínua A partir da análise crítica da solução inicial compreendeuse que embora o algoritmo otimize o uso da energia disponível ele não elimina a necessidade de pausas para a troca de baterias Para endereçar essa limitação e os demais desafios identificados foi concebida uma solução final integrada composta por três pilares 1 Software de Gestão de Missão Inteligente O algoritmo inicial foi aprimorado para se integrar a uma rede de estações de suporte tornandose um sistema de gerenciamento de missão Ele não apenas calcula a rota mais eficiente mas também programa paradas estratégicas nas estações mais próximas para a troca de baterias garantindo a continuidade da missão de forma autônoma 2 Infraestrutura de Suporte Autônoma Propõese a implementação de uma rede de estações de troca de bateria Battery Swapping Stations em pontos estratégicos ao longo da área de inspeção Estas estações como as desenvolvidas por pesquisadores do MIT Massachusetts Institute of Technology permitem que o VANT pouse tenha sua bateria esgotada substituída por uma totalmente carregada e decole novamente em poucos minutos sem intervenção humana Suzuki et al 2022 Esta abordagem elimina o tempo ocioso associado à recarga manual 3 Conceito de VANT com Propulsão Híbrida Para missões de longa distância ou em áreas de difícil acesso onde a instalação de estações de troca não é viável propõese um modelo conceitual de VANT com um sistema de propulsão híbrido Este sistema combina a bateria elétrica com um pequeno motor de combustão interna que atua como um gerador de energia range extender recarregando a bateria durante o voo Sistemas híbridos podem estender a autonomia de voo em várias ordens de magnitude 11 em comparação com sistemas puramente elétricos Orecchini et al 2021 representando uma solução robusta para cenários operacionais exigentes Adicionalmente para mitigar os riscos de comunicação e segurança a plataforma integrada incorpora um protocolo de comunicação baseado em múltiplos enlaces de rádio multipath communication e criptografia de ponta a ponta endtoend encryption garantindo um canal de controle robusto contra interferências e a proteção inviolável dos dados de inspeção 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Este projeto culminou na concepção de uma plataforma sistêmica e inovadora para a operação de VANTs em inspeções de redes elétricas Ao articular otimização de software infraestrutura autônoma e hardware avançado a solução proposta oferece uma resposta robusta e escalável ao desafio crítico da autonomia de voo Os resultados conceituais indicam um potencial disruptivo para aumentar a eficiência reduzir custos operacionais e elevar a segurança em um setor vital para a sociedade Recomendase como trabalhos futuros o desenvolvimento de um protótipo funcional das estações de troca e a validação do sistema integrado em um ambiente de simulação de alta fidelidade seguido de testes de campo controlados 12 6 REFERÊNCIAS AAI DRONES The Skys Not Always Clear Understanding The Limitations Of Drones In Infrastructure Inspection Sl sn sd Disponível em httpsaai dronescomtheskysnotalwaysclearunderstandingthelimitationsofdronesin infrastructureinspection Acesso em 13 out 2025 CAUCHICKMIGUEL P A et al Ed Metodologia de pesquisa em engenharia de produção e gestão de operações Rio de Janeiro Elsevier 2018 ESSS ENGINEERING SIMULATION AND SCIENTIFIC SOFTWARE 4 exemplos de aplicação da simulação computacional em equipamentos industriais Sl sd Disponível em httpswwwessscombrblogsimulacao computacionalequipamentosindustriais Acesso em 13 out 2025 DI FRANCO C BUTTAZZO G Energyaware coverage path planning of UAVs In 2016 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON AUTONOMOUS ROBOT SYSTEMS AND COMPETITIONS ICARSC Anais Bragança Portugal IEEE 2016 KERZNER H Project management a systems approach to planning scheduling and controlling 12 ed Hoboken NJ John Wiley Sons 2017 MOURA J R P et al Interference analysis in UAV communication link for power line inspection IEEE Access v 9 p 7708577096 2021 ORECCHINI F et al Hybridelectric propulsion systems for unmanned aerial vehicles UAVs Energies v 14 n 21 p 7093 2021 RISHIKESAVAN V M et al Potential and Pitfalls of Using Drone Technology in Sustainable Agriculture An Overview Journal of Agricultural Mechanization in Asia Africa and Latin America v 54 n 1 p 458472 2023 Disponível em httpsjameumacirarticle469222cd173fe30c6c7f7e7987d7986564ddcpdf Acesso em 13 out 2025 SUZUKI K et al Design and implementation of an autonomous battery swapping system for multirotor UAVs In 2022 IEEERSJ INTERNATIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT ROBOTS AND SYSTEMS IROS Anais Kyoto Japan IEEE 2022 13 Roteiro de Vídeo da Apresentação Duração estimada 57 minutos SLIDE 1 Título FALA DO APRESENTADOR Olá a todos Nosso projeto aborda um dos maiores desafios no uso de drones para a inspeção de infraestruturas críticas a limitação de sua autonomia de voo Apresentaremos uma solução integrada e inovadora para este problema SLIDE 2 O Problema FALA DO APRESENTADOR A tecnologia atual de baterias impõe um severo gargalo Uma missão de inspeção que deveria ser ágil e contínua é fragmentada por constantes interrupções para a troca de baterias o que reduz drasticamente a eficiência e aumenta os custos da operação SLIDE 3 A Solução Inicial FALA DO APRESENTADOR Nossa primeira abordagem foi desenvolver um software inteligente Em vez de apenas seguir o caminho mais curto nosso algoritmo calcula a rota de menor consumo de energia considerando fatores como vento e topografia Como aponta a literatura Di Franco e Buttazzo 2016 essa abordagem melhora a eficiência mas não resolve o problema central das interrupções SLIDE 4A Solução Final Uma Plataforma Integrada FALA DO APRESENTADOR Percebemos que uma solução verdadeiramente eficaz precisaria ser mais completa Por isso evoluímos para uma plataforma integrada com três pilares que se complementam para garantir uma operação praticamente ininterrupta SLIDE 5 Pilar 1 2 Software e Infraestrutura FALA DO APRESENTADOR O software agora gerencia a missão inteira direcionando o drone para estações de troca de bateria autônomas posicionadas estrategicamente Inspirados por pesquisas como as do MIT Suzuki et al 2022 essas estações substituem a bateria esgotada por uma carregada em minutos sem qualquer intervenção humana SLIDE 6 Pilar 3 Hardware Avançado FALA DO APRESENTADOR E para missões em áreas remotas Propomos um conceito de drone híbrido Um pequeno motor a combustão atua como um gerador recarregando a bateria em pleno voo Esta tecnologia já validada em diversos estudos Orecchini et al 2021 pode multiplicar a autonomia da aeronave permitindo cobrir vastas áreas sem a necessidade de pousar SLIDE 7 Segurança e Confiabilidade FALA DO APRESENTADOR Além da autonomia nossa solução garante a segurança da operação Utilizamos múltiplos canais de comunicação para evitar interferências e criptografia de ponta a ponta para proteger os dados coletados assegurando a integridade e a confidencialidade da missão SLIDE 8 Conclusão e Próximos Passos FALA DO APRESENTADOR Em resumo nosso projeto oferece uma solução sistêmica viável e inovadora que transforma a inspeção com drones de uma tarefa intermitente para um processo contínuo e autônomo O próximo passo é levar este conceito do papel para a realidade com o desenvolvimento de protótipos e testes em campo SLIDE 9 Agradecimento FALA DO APRESENTADOR Muito obrigado pela atenção