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- Tubo de Pitot

- Anemómetro de fio quente

- LDA Lser Doppler Anemometry

- PIV Particle Image Velocimetry

Bruno Domingos

Isaac Hacamo

Sergio Almeida

Métodos de medição de velocidades

Tubo de Pitot

Mede a velocidade convertendo a energia cinética em energia potencial no ponto de estagnação à entrada do tubo

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Tubo de Pitot

Escoamento Incompressível

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Tubo de Pitot

Escoamento subsónico compressível

Escoamento Supersónico

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Tubo de Pitot

•Construção simples

•Barato

•Quase não necessita de calibração

•Induz perdas de carga pequenas

•Requer pequenas aberturas de acesso

•Precisão e resolução espacial pode não ser suficiente para algumas aplicações

•Tubo tem de estar perfeitament alinhado com o escoamento. Desalinhamento máx. 5º

Fonte: eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente

Mede a Velocidade através do calor convectado pelo fluido

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente

Fio de Platina ou Tungsténio

Diâmetro de 4 a 10 m

Comprimento de 1mm

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

W = H I2Rw = hA(Tw -Ta) I2Rw = Nukf/dA(Tw -Ta)

Anemómetro de Fio Quente

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Principais Características:

Resolução Espacial

Resolução Temporal

Anemómetro de Fio Quente

Corrente Constante ( CCA )

A corrente que passa no sensor é mantida constante

Alta frequência de resposta

Difícil de usar

Provete pode derreter

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio QuenteCorrente Constante ( CTA )

A Temperatura no sensor é mantida constante através da resistência deste.

Alta frequência de resposta

Fácil de usar

Modelo standard

Circuito mais complexo

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente

Provetes de Fio

Características:

Reduzida dissipação de calor

Distribuição de temperatura mais uniforme

Menor interferência no escoamento

Frágeis

Necessidade de recalibração devido a sujidade

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente

Provetes de filme

Características:

Mais robustos

Pior frequência de resposta

Não podem ser reparados

Protegidos contra acções mecânicas e químicas

Anemómetro de Fio Quente

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Estudo da turbulência na parede

Anemómetro de Fio Quente

•Boa resolução espacial

•Resolução temporal

•Alta frequência de resposta

•Fragilidade

•Necessidade de recalibração frequente devido à acumulação de sujidade

•Custo elevado

Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.comBruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

LASER DOPPLER VELOCIMETRY ANEMOMETRY

• Técnica não intrusiva• Escoamentos turbulentos• Escoamentos supersónicos• Medições em ambientes hostis

(chamas)• Elevada precisão• Elevada resolução espacial ( devido ao pequeno

volume de controle)

• Necessidade de adicionar particulas

Inventada em 1964 por Yeh and Cummins

Efeito de Doppler Clássico

cv

ffr

1

PríncipioIdeia base:Fazer Medições de velocidade“aproveitando” o efeito de Doppler

Modelo de Frinjas

Quando dois feixe de laser se intersectam, formam um padrão de frinjas de alta e baixa intensidade

Modelo de Frinjas

Ao atravessar as frinjas, a luz reflectida pela partícula varia em intensidade com uma frequência que é função da velociade e do espaçamento

Modelo de Frinjas

Escoamento com partículas

d (Conhecido)

Velocidade=distância/tempo

t (Medido)

Sinal

Tempo

LaserCélula de

bragg Luz reflectidaFrinjas

Detector

Processador

Sinal

• Condicionantes do sinal ( FONTES DE RUÍDO):

- Ruídos secundários provenientes de circuitos eléctricos e pré-amplificadores.

- Dispersões de luz pelo ambiente exterior ( luz ambiente/particulas)

- Reflecções indesejadas (janelas, lentes, espelhos, etc).

• Objectivo: Selecção de laser, partículas e configuração óptica por forma a minimizar o ruído.

AplicaçõesMotores de Combustão Interna

Medições de Swirl

http://www.eng.warwick.ac.uk/~espbc/Course/ICEngine

AplicaçõesMotores de Combustão Interna

http://www.egr.msu.edu/erl

Energia Cinética turbulenta

Velocidade

AplicaçõesMotores de Combustão Interna

Medições em modelo de Vávula

Comparação de Resultados LDA/CFD

http://www.dantecmt.com/lda/system/

Fonte Dantec Dynamics

PIV Particle Image Velocimetry

Método experimental que permite obter campos de velocidade (bidimensionais e tridimensionais)

instantâneos, através da medição do deslocamento de partículas inseridas no escoamento em estudo.

Fonte Dantec Dynamics

O que é o PIV ?

Partículas

Imagem

Camara CCD

Laser

Áreas de Interrogação

Campos de velocidade

Correlação

Validação

Funcionamento esquemático do PIV

Partículas (alumina,partículas leite, glicerina)

Sistema de Lentes (Folha de Laser)

Sistema de iluminação : Laser pulsado

Câmara CCD

PIV Processor e Flow Maneger software

Sincronismo (Placa de aquisição de dados)

O que é necessário para utilizar a técnica PIV

Cuidados a ter na aplicação de PIV

Cross-Correlation (CC) vs Auto Correlation(AC)

Densidades de Partículas (5 part. para CC 10part. para AC)

Tamanho das areas de interrogação(32x32 pixels)

Evitar o fenomeno LOSS of Pairs(windows functions, filtros matemáticos, overlapping, offset )

Métodos de Validação

Aplicação do PIVCaracterização de uma chama de combustão

Chama

Esquema de funcionamento

Instalação

Fonte: Dantec Dynamics

Aplicação do PIVCaracterização de uma chama de combustão ( bico de bussen)

Fonte: Dantec Dynamics

Campo de velocidades

Módulo da velocidade

O PIV do DEM

Instalação no DEMEstudo do Golpe do ariete. Objectivo: Caracterizar o escoamneto após a passagem de uma onda de choque criada por uma válvula de diafragma

Fonte Isaac Hacamo

Aplicações do PIV

Jacto livre: Técnica desenvolvida no DEM pelo aluno Nuno Rolo

Aplicação do PIVDeterminação de Forças de sustenção e resistência em corpos rigídos

Fonte :

Department of Ecologyand Evolutionary BiologyUniversity of California, Irvine