UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBCAMPUS DE ITABIRA

Arthur Ramos Porto - 24598Douglas Fabris Barbosa - 21041Guilherme Dias Martins - 24891Kelly Aline Correia Veiga 24904Vinicius Marquez Cordeiro - 20951William Alves da Cruz 22376

CONVERSO DA MEDIO DE CARGA PARA MEDIO DE PRESSO.

Trabalho apresentado disciplina de Ventilao industrial, (EME-015), turma P1, curso de Engenharia Mecnica da Universidade Federal de Itajub Campus Avanado de Itabira. Professore: Msc. Rubn Miranda Carrillo.

ITABIRA2015SUMRIOINTRODUO3OBJETIVOS5MATERIAIS E MTODOS5PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL6RESULTADOS6DISCUSSO DOS RESULTADOS10CONCLUSO11REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS12

INTRODUOTnel de ventoOs tuneis de vento foram criados a mais de 100 anos, sendo que em 1800, George Cayley, realizou experimentos para testar o fluxo de ar sobre os corpos e esses foram feitos ou por queda ou por passeios. O primeiro tnel em si, foi inventado em 1871 por Francis Herbert Wenham na Inglaterra. Em 1897, tem-se o primeiro tnel de vento foi criado e testado na Rssia realizado por Constantin Tsiolkovsky. J em 1901, os irmos Wright, com objetivo de melhorar o desempenho de seus planadores, constroem um pequeno tnel. Assim, em 1909 e 1912, tm-se os primeiros ventiladores franceses desenvolvidos por Gustave Eiffel. Mas somente em 1909, criou-se o primeiro tnel de vento fechado e a de Ludwig Prandtl no centro de Gttingen aerodinmica Research.A partir disso, com o desenvolvimento da aviao militar, aps a Primeira Guerra Mundial, os tuneis de vento passaram a ser cada vez maiores.[1].Um tnel de vento uma instalao de testes aerodinmicos que so usados para estudar os efeitos do fluxo de ar ao longo de um corpo, normalmente so utilizadas modelos com dimenses reduzidas quando comparados com as dimenses reais. [1].Os tuneis so desenvolvidos de forma que evite movimentos em frequncia, como os obtidos ao se colocar uma folha na frente do ventilador, dessa maneira, os tuneis com circuito fechado so baseados em cinco integrados de forma continua, mas diferentes, sendo elas: a cmara de estabilizao, o cone de contrao, a seo de testes, difusor e o setor de gerao. Quando se trata desse equipamento, percebe-se que a turbina um componente que se encontra na distante do objeto testado na seo de testes, visto que assim ela produz uma corrente suave e no transmite vibraes para a cmara de teste. [2].Antes que o ar soprado passa pela cmara de estabilizao antes que ele chegue a rea de teste, isso pois, o fluxo gerado com turbilhonamento, tornando-se ento instvel e intermitente. Ento, ao passar pela cmara ele acaba sofrendo um processo para ser retificado e estabilizado. Em seguida, o ar forado atravs de um cone de contrao, espao esse que afunilado e devido a essa caracterstica, o fluido ganha velocidade para que dessa forma, entre na seo de teste simulando o vento de acordo com objeto testado. Ao sair da cmara, o fluxo sai passa por um difusor, tambm em forma de cone, porm invertido, nesse caso aumentando o dimetro para desacelerar o fluxo e torn-lo mais suave para que no gere turbulncia na cmara de teste.[2].Normalmente esses equipamentos so mais compactos para que possam ser usados em universidades, fbricas pequenas, prdios, e assim comportam apenas componentes especficos ou so modelos complexos construdos em escala com altssima preciso de detalhes. J os de grande porte, exigem construes dedicadas unicamente instalao.

Utilidades do Tnel de VentoTnel de vento tem como objetivo estudar o efeito do ar ao passar por objetos slidos ou o escoamento de um fluido dentro de uma tubulao, so muito utilizados em laboratrios de simulao para determinar parmetros em projetos de avio, navios, carros, etc. [3].O tnel de vento composto de um duto com dimetro especificado onde o ar entra e flui pelo objeto testado, sendo monitorado por equipamentos analticos do lado de fora e por fim o ar sai empurrado por um ventilador. O ar pode ser caracterizado como Subsnico (numero de Mach abaixo de 0.75), como Supersnico (Numero de Mach entre 1.20 e 5.0) e Hipersnico (Numero de Mach acima de 5.0). [3].No Brasil encontra-se tuneis de vento subsnico pequeno e mdio em algumas instituies, como UFMG (Universidade Federal de Itajub), ITA (Instituto Tecnolgico de So Paulo), Tneis Supersnico podem ser encontrado no ITA (So Jose dos Campos) e UFABC (Santo Andre), j os tuneis hipersnicos que podem ultrapassar a faixa de 20 Mach o tnel T3 do (Instituto de Ensinos Avanados do Departamento de Cincia e Tecnologia Aeroespacial). [3].O tnel de vento indispensvel para a definio de um projeto aerodinmico e no desenvolvimento de um carro de Frmula 1. O piso da rea de teste do tnel pode simular a velocidade da corrente de ar com a rotao real dos pneus, tambm so testadas no tnel partes desenhadas no CAD, essas analises ajudam a analisar varias partes mutveis do carro, como, flaps, ngulos, das asas, tubos de freios, sada de carenagem. [4].A FORD utiliza esses tneis para simular o comportamento do automvel em situaes extremas, como tempestade, neve. As consequncias deste teste so analisadas por um laser que identifica o trajeto obtido pelo ar e uma balana de preciso que suporta cargas de ate 4 toneladas. [5].Tneis de vento tambm so Constantemente utilizados pela NASA onde simulam a gerao de ventos e velocidades absurdas que afetam diretamente a estrutura da aeronave. [5].

Princpio de StevinO teorema de Stevin a Lei Fundamental da Hidrosttica, uma vez que este faz a relao entre a variao das presses atmosfricas e dos lquidos. [3]. Sendo assim, o teorema determina a variao da presso hidrosttica que ocorre nos fluidos, descrito pelo enunciado abaixo, que foi proposto pelo fsico e matemtico flamengo, Simon Stevin (1548-1620):A diferena entre as presses de dois pontos de um fluido em equilbrio (repouso) igual ao produto entre a densidade do fluido, a acelerao da gravidade e a diferena entre as profundidades dos pontos.Stevin ento props ento o conceito de Paradoxo Hidrosttico, em relao a surgir uma teoria que focasse no deslocamento dos corpos nos fluidos. Assim, esse conceito diz que a presso de um lquido independe da forma do recipiente, dependendo apenas da altura da coluna lquida do recipiente. [6]. Sendo assim, o Teorema de Stevin representado da seguinte forma: [1]onde: P = Presso no ponto especfico (Pa); = massa especfica do lquido (Kg/m3);g = acelerao gravitacional (m/s2);h = altura de coluna de lquido (m).OBJETIVOS Converter uma medida de carga utilizando um manmetro para uma leitura de presso equivalente; Demonstrar a utilizao de leitura de presso esttica para determinar a velocidade do ar do tnel.

MATERIAIS E MTODOSMateriais: Tnel de Vento Subsnico da Armfield, modelo C15-10:Mtodos: Medir a carga esttica diferencial dentro do tnel de vento em uma gama de velocidades de ar e, em seguida, converter isso para um valor de presso, utilizando a equao apropriada; Calcular a velocidade do ar no tnel utilizando a equao apropriada e comparar o resultado com aquele gerado pelo computador.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTALInicialmente foi medida a temperatura ambiente em graus Celsius e a presso do laboratrio em Pascais e os valores inseridos no software, em seguida foram transferidas as leituras da velocidade do ar zero para a tabela de resultados do software. O equipamento foi acionado com incrementos gradativos na sua capacidade de operao, iniciando-se em 11%, em seguida 20%, na sequncia 30% e seguiu com incrementos de 10% em cada etapa at atingir capacidade mxima de operao (100%) do equipamento. Presso Esttica (mm), Temperatura Ambiente (C), Densidade do Ar (Kg/m), Velocidade do Ar (m/s), Leitura da Escala da Coluna 1 do manmetro inclinado (mm) e o Clculo da Velocidade do Escoamento (m/s), foram os parmetros coletados pelo software , para duas amostras de cada etapa de funcionamento.O equipamento foi ento desligado, diminuindo a carga graduttivamente at se atingir 10% de capacidade, os dados coletados atravs do software foram salvos.

RESULTADOSTabela 1: Dados coletados durante aula prtica.Sample Number

Fan Speed [%]Static Pressure H [mm]Ambient Temperature T [C]Density of Air [kg/m]Air Velocity v [m/s]Column 11 Reading [mm]Column 12 Reading [mm]Calculated Velocity u [m/s]

10-0,528,01,20,00,00,11,1

2110,228,01,21,90,50,02,9

3110,228,01,21,90,50,02,9

4202,228,01,26,12,60,16,5

5202,428,01,26,32,60,06,6

6305,628,01,29,75,90,09,9

7305,628,01,29,75,90,09,9

8409,828,01,212,810,10,013,0

9409,928,01,212,910,20,013,0

105015,328,01,216,015,50,016,1

115015,428,01,216,115,50,116,1

126021,328,01,218,921,50,019,0

136021,228,01,218,921,40,018,9

147028,228,01,221,728,40,021,8

157028,228,01,221,728,40,021,8

168037,528,01,225,137,60,125,1

178037,528,01,225,137,60,125,1

189050,128,01,229,050,0-0,129,0

199050,128,01,229,050,0-0,129,0

2010062,828,01,232,562,5-0,132,4

2110062,828,01,232,562,5-0,132,4

Aps serem retiradas as mdias dos dados obtidos obtivemos a seguinte tabela reduzida entre velocidade do ar e a presso esttica.Tabela 2: Dados mdios obtidos durante aula prtica.Fan Speed [%]Air Velocity v [m/s]Static Pressure H [mmH20]Static Pressure H [KPa]

00,000,000,00

111,900,201,96

206,202,2922,50

309,705,6054,93

4012,879,8796,85

5016,0415,32150,29

6018,9021,24208,38

7021,7028,20276,63

8025,1037,50367,86

9029,0050,10491,47

10032,5062,80616,05

Aps a coleta de dados foram realizados os clculos, para assim se descobrir a velocidade terica, utilizando as seguintes equaes:Converso da medio de carga para medio de presso:

Onde: densidade do fluido no momento (Kg/m); a constante gravitacional (9,81 m/s) diferena vertical nas alturas dos manmetros entre presso esttica e presso atmosfrica.E para o clculo da velocidade do ar:

Assim obtivemos os resultados apresentados na Tabela 3.

Tabela 3: Dados calculados.Fan Speed [%]Column 11 Reading [mm]Presso Calculada H [KPa]Air Velocity Calculado v [m/s]

000,00000,0000

110,54,90492,8592

110,54,90492,8592

202,625,50526,5199

202,625,50526,5199

305,957,87739,8215

305,957,87739,8215

4010,199,078012,8503

4010,2100,059012,9138

5015,5152,050415,9191

5015,5152,050415,9191

6021,5210,908718,7487

6021,4209,927718,7051

7028,4278,595621,5482

7028,4278,595621,5482

8037,6368,844924,7940

8037,6368,844924,7940

9050490,485328,5915

9050490,485328,5915

10062,5613,106631,9663

10062,5613,106631,9663

Aps serem retiradas as mdias dos dados calculados obtemos a seguinte tabela reduzida entre velocidade do ar e a presso esttica.Tabela 4: Dados mdios calculados.Fan Speed [%]Air Velocity Calculado v [m/s]Presso Calculada H [Pa]

000

112,85924,9049

206,519925,5052

309,821557,8773

4012,88299,5685

5015,9191152,0504

6018,7269210,4182

7021,5482278,5956

8024,794368,8449

9028,5915490,4853

10031,9663613,1066

Grfico 1 - Velocidade X Presso Obtidos.

Grfico 2 - Velocidade X Presso calculados.

DISCUSSO DOS RESULTADOSForam utilizadas perguntas guias como base para entendimento dos resultados:Discuta o uso do manmetro para medir a presso e a diferena de presso. Como a presso e a carga se relacionam?Os manmetros so dispositivos que medem a diferena de presso entre dois pontos em um fluido incompressvel, utilizando o princpio de equilbrio de presso. Este dispositivo pode indicar a diferena entre duas presses ou ento determinando a presso do sistema entre uma presso e a atmosfera. A presso definida como uma fora, ou carga, distribuda por uma determinada rea. O que poderia afetar a escolha de um fluido adequado para uso em um manmetro?O dispositivo mais comum para se medir a diferena de presso entre dois pontos utilizando o manmetro de coluna em "U". Neste dispositivo l-se a diferena de altura da coluna de lquido entre dois pontos e atravs dessa altura possvel determinar a diferena de presso utilizando a lei de Stevin, ou seja, utilizando o peso especfico do lquido utilizado e a altura lida. A escolha do liquido ir interferir na altura lida, pois cada lquido tem uma compressibilidade diferente, ou seja, dependendo do lquido podemos ter alturas menores ou maiores para uma mesma diferena de presso.Comente sobre a utilizao de leitura de presso esttica para determinar a velocidade do ar. Quais so as possveis fontes de erro(s)? Para se determinar a velocidade do ar deve-se fazer leitura das presses Esttica e Total. Sendo a presso dinmica determinada pela diferena de presso (Total Esttica) podemos determinar a velocidade do ar pela seguinte formula:

Onde: Velocidade do escoamento Variao de presso - Massa especfica do arDevem ser tomadas algumas precaues para diminuir os erros na medio da velocidade. A sonda deve estar alinhada corrente de escoamento para que seja possvel obter a presso esttica e de estagnao (total). medida que o ngulo de ataque aumenta, ngulo formado entre a velocidade do escoamento e o eixo longitudinal da sonda, maior o desvio de medio. A presso esttica possui desvios positivos, porque a medio relacionada aos componentes transversais de velocidade e a de presso de estagnao com desvios negativos.CONCLUSOA partir da anlise dos resultados e da discusso dos mesmos, foi possvel observar a semelhana entre os dados coletados pelo software e os dados calculados, o que poderia servir de validao do equipamento e do software. Isto ocorre possivelmente pois o software faz o clculo dos dados a partir dos valores medidos pela bancada de manmetros eletrnicos e pela bancada de manmetros inclinada, conforme observado na explicao do manual de instruo e operao do equipamento [11]. Como os valores calculados tambm foram obtidos utilizando como entrada os dados de presso, a diferena entre os valores calculados e os valores coletados pelo software seriam em funo do mtodo de clculo e das outras variveis envolvidas, como acelerao da gravidade, massa especfica do ar, dentre outras.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS[1] DEFINIO ABC. Tnel de Vento. Disponvel em: . Acesso em: 23 de abril de 2015.[2] FLOUTOUT. Como funciona o tnel de vento. Disponvel em: . Acesso em: 23 de abril de 2015. [3] AERODINAMICA. Aviao . Disponvel em: . Acesso em 26 de abril de 2015.[4] TUNEL DE VENTO . Por Dentro da Formula F1. Disponvel em:. Acesso em 26 de abril de 2015.[5] SIMULADORES. Para Que Servem os Tuneis de Vento. Disponvel em:. Acesso em 26 de abril de 2015.[6] TODA MATRIA. Fsica. Disponvel em: . Acesso em: 27 de abril de 2015.[7] WIKILIVROS. Disponvel em: Acesso em: 27 de abril de 2015. [8] HYGRO-THERM. Disponvel em: Acesso em: 27 de abril de 2015. [9] MEDIDAS DE PRESSO. Disponvel em: Acesso em: 27 de abril de 2015. [10] SMITH SCHNEIDER, P., 2007, Medio de Presso em Fluidos, Apostila da disciplina de Medi- es Trmicas, Engenharia Mecnica, UFRGS, Porto Alegre (www.geste.mecanica.ufrgs.br) VIANA, U.B., 1999. Instrumentao Bsica II: Vazo, Temperatura e Analtica. SENAI / Companhia Siderrgica de Tubaro, Vitria[11] DATASHEET - C15 Computer Controlled Subsonic Wind Tunnel. Disponvel em:. Acesso em: 27 de abril de 2015.