MEDIÇÕES DE PRESSÃO EM ASA DE AVIÃO - ufrgs.br · PDF filedesenvolvimento do trabalho. A partir desta teoria, definiram-se as condições ideais de medição

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

MEDIES DE PRESSO EM ASA DE AVIO

por

Dalmedson G. R de Freitas Filho 147526

Estevo C. DallAgnol 136048

Fbio Niemezewski da Rosa 100193

Marcelo Favaro Borges 136135

Trabalho Final da Disciplina de

Medies Trmicas

Porto Alegre, Junho de 2008

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MEDIES DE PRESSO EM ASA DE AVIO

Agradecimentos

Ao Aeroclube do Rio Grande do Sul (ARGS), na pessoa do Diretor Paulo Beck, por toda a

colaborao e por tornar o vo possvel;

A Klpsch Automao e Manuteno Industrial, na pessoa do seu diretor Gnther

Klpsch;

Ao LETA e ao Professor Doutor Paulo Smith Schneider.

RESUMO

Medies de presso em asa de avio

O presente experimento visa aplicar de forma combinada o conhecimento adquirido em di-

versas disciplinas do curso, em especial Medies Trmicas, para a visualizao do perfil de

velocidades e presses existente sobre um aeroflio. Diversos trabalhos e experimentos j foram

feitos instrumentando perfis em tnel de vento, resultando em valores esperados. Este experi-

mento, contudo, difere-se dos outros pois as medies so realizadas em uma aeronave em vo

real, buscando resultados que possam tornar a teoria mais realista. Sendo assim, esperado tam-

bm encontrar dificuldades e erros de medio que podem ser corrigidos em trabalhos posterio-

res. Os estudos abrangem desde a confeco dos instrumentos de medio at o clculo e compa-

rao com valores esperados para a situao, atingindo resultados muito satisfatrios. Foram

desenvolvidos equipamentos para medio de presso esttica e total atravs da instalao de

tubos de Pitot na asa do avio. Foi montada tambm, uma bancada com os instrumentos desen-

volvidos para ser levada durante o vo, de forma a se obter as leituras de presso ao longo do

perfil de forma mais prtica. Com os resultados obtidos foi possvel comparar a experimentao

prtica com a teoria dos escoamentos sobre um perfil de asa de avio.

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ABSTRACT

Pressure measurements in airplane wings

This experiment is aimed at implementing a combination of the knowledge acquired in various

disciplines of the course, Thermal Measurements in particular, for viewing the profile of speed

and pressure on an existing airfoil. Several studies and experiments have already been made

measuring profiles in wind tunnel, resulting in expected values. This experiment, however,

differs from those others because the measurements are carried out in an aircraft in flight,

seeking results that could make the theory more realistic. This is an experiment that seeks to use

an aircraft in flight and is expected to also find real difficulties and errors of measurement that

can be corrected in later works. The studies range from the manufacture of measuring

instruments to the calculation and comparison with expected values for the situation reaching

very satisfactory results. The necessary equipment has been developed for measuring the static

and total pressure. Also, Pitot tubes were made for implementation in the wing of the plane. And

were developed tools for reading and a bench of instrumentation to be taken during the flight, in

order to obtain the readings of pressure over the profile of the wing of the plane. With the results

we could compare to the flow theory testing it in practice on a profile of wing plane.

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SUMRIO

INTRODUO....................................................................................................................... 5

1. FUNDAMENTAO TERICA DO EXPERIMENTO6

2. INSTRUMENTOS E CONSTRUO................................................................................ 7

3. VALIDAO E MONTAGEM.......................................................................................... 13

4. MEDIES......................................................................................................................... 18

5. CLCULOS E RESULTADOS.......................................................................................... 20

6. DISCUSSES..................................................................................................................... 23

CONCLUSES........................................................................................................................24

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS... ................................................................................ 25

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INTRODUO

Segundo a teoria encontrada no livro de Introduo Mecnica dos Fluidos de Fox, Mc-

Donald e Pritchard, a asa de um avio em vo submetida a uma fora resultante das foras de

cisalhamento e de presso que atuam nas suas superfcies devido ao escoamento do ar em torno

da asa durante o vo. As duas componentes resultantes dessas foras so chamadas de sustenta-

o e arrasto. A presso aerodinmica sofrida pela asa de um avio em servio pode ser medida

atravs de Tubos de Pitot instalados em sua superfcie com tomadas de presso esttica e total.

Este trabalho est baseado na construo, calibrao, instalao e aquisio de dados com esses

equipamentos.

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FUNDAMENTAO TERICA DO EXPERIMENTO

Foi utilizada a teoria encontrada em livros e nos materiais de aula como base para todo o

desenvolvimento do trabalho. A partir desta teoria, definiram-se as condies ideais de medio

e o que era possvel de construir com a tecnologia e tempo disponveis. As equaes que sero

utilizadas para clculo de temperatura e presso em nvel de vo de cruzeiro foram retiradas da

apostila Medio de Presso em Fluidos do Professor Paulo Schneider. J o equacionamento

para clculo de velocidade do escoamento, derivado da equao de conservao de energia para

escoamentos permanentes, incompressveis, adiabticos e sem perda de carga foi retirado livro

de Introduo Mecnica dos Fluidos de Fox, McDonald e Pritchard e da apostila de Medio

de Velocidade e Vazo de Fluidos do professor Paulo Schneider. Estes tambm, sendo utilizados

na validao dos resultados juntamente com o livro de Transferncia de Calor e Massa de Frank

P. Incropera e David P. DeWitt.

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2. INSTRUMENTOS E CONSTRUO

Tubo de Pitot

Para se obter o perfil de velocidades e de presses ao longo do perfil da asa de um avio,

precisa-se ter tomadas de presso esttica e total, para se obter a presso dinmica. Mas no

possvel furar nem ter nada que ocasionasse qualquer dano estrutural aeronave. Portanto foi

preciso construir alguma tomada de presso externa a asa, para ser fixada sem comprometimento

da estrutura.

Ento se definiu que se teriam tubos de Pitot ao longo do perfil da asa. O tubo como co-

nhecido no laboratrio de construo complexa, e no seria possvel construir ou adquirir tubos

do mesmo tipo. Portanto seria necessrio construir uma verso mais simples. A primeira idia foi

de dobrar dois tubos, e sold-los com uma chapa, de forma a manter a distncia entre eles e po-

der fixar na asa do avio (Figura 01). Esta idia se mostrou complexa porque a tomada de pres-

so deveria estar a uns 3 cm da asa no mximo, o que no poderia ser feito dobrando-se duas

vezes a tubulao.

Figura 01: Primeiro modelo de construo dos tubos de Pitot

A segunda idia ento foi de usar tudo reto, soldando um suporte entre eles. Portanto a par-

tir de um cano de ao inox de 8 mm de dimetro externo, se cortou diversos pedaos. E tambm

de uma chapa de ao 1020, assim montando os tubos para poder prender na asa com fita adesiva.

A montagem dos tubos consistiu em cortar 8 pedaos do cano, com aproximadamente 150 mm

de comprimento. Em 4 deles foram feitos 8 furos de 1,5 mm de dimetro no meio da tubulao.

E as chapas foram cortadas em 8 pedaos de 30 mm X 50 mm e 4 pedaos de 30 mm x 30 mm.

Em seguida foram soldados os pedaos de chapa formando um perfil H, e num dos lados os tu-

bos 1 de cada tipo foram soldados. A solda utilizada foi MIG. (Figura 02)

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Figura 02: Segundo modelo dos tubos de Pitot, que foram construdos

Depois de soldados, receberam acabamento e pintura. Com cola epxi foi feita a ponteira

aerodinmica da medio esttica da presso. Para colar na asa do avio, utilizaram-se dois tipos

de fita adesiva, e tambm 18 m de mangueiras com 8 mm de dimetro. (Figura 03)

Figura 03: Tubos de Pitot colados na asa do avio

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Cmara Estanque

Para a medida de presso, precisou-se