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UNIJUÍ Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DCCEng Departamento de Ciências Exatas e Engenharias Curso de Engenharia Mecânica Campus Panambi PEDRO HENRIQUE CASTRO ARNOLDI ESTUDO DE PARÂMETROS AERODINÂMICOS DE PERFIS EM TÚNEL DE VENTO Panambi 2011

TCC Pedro Arnoldi 2011

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TCC Pedro Arnoldi 2011

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Page 1: TCC Pedro Arnoldi 2011

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UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul

DCCEng – Departamento de Ciências Exatas e Engenharias

Curso de Engenharia Mecânica – Campus Panambi

PEDRO HENRIQUE CASTRO ARNOLDI

ESTUDO DE PARÂMETROS AERODINÂMICOS DE PERFIS EM TÚNEL DE VENTO

Panambi

2011

Page 2: TCC Pedro Arnoldi 2011

2

PEDRO HENRIQUE CASTRO ARNOLDI

ESTUDO DE PARÂMETROS AERODINÂMICOS DE PERFIS EM TÚNEL DE VENTO

Trabalho de conclusão de curso apresentado à

banca avaliadora do curso de Engenharia

Mecânica da Universidade Regional do

Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul –

UNIJUÍ, como requisito parcial para a

obtenção do título de Engenheiro Mecânico.

Banca Avaliadora:

1° Avaliador: Prof. Roger Schildt Hoffmann, M. Eng.

2° Avaliador (Orientador): Prof. Luis Antonio Bortolaia, M. Eng.

Page 3: TCC Pedro Arnoldi 2011

3

Aos meus queridos pais Ilton Arnoldi e

Iara Arnoldi, pelo amor, carinho e estímulo que

me ofereceram durante toda a jornada de

graduação, dedico-lhes essa conquista como

gratidão.

Page 4: TCC Pedro Arnoldi 2011

4

AGRADECIMENTOS

Ao professor Msc. Luis Antonio Bortolaia, pela orientação e auxílio no

desenvolvimento da proposta do trabalho de conclusão de curso, e pela oportunidade de

crescimento pessoal;

À Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUI,

pela preparação para o mercado de trabalho, oportunizando a obtenção de todo o

conhecimento possível para o alcance do sucesso na carreira de Engenheiro Mecânico;

Aos meus colegas e amigos do curso de Engenharia Mecânica, que de alguma forma

contribuíram para minha formação acadêmica;

Aos meus familiares, pelo incentivo e apoio na escolha dessa carreira profissional;

À Deus, pela proteção e força sempre presentes em todos os momentos da vida.

MUITO OBRIGADO!

Page 5: TCC Pedro Arnoldi 2011

5

RESUMO

O presente trabalho apresenta uma análise de parâmetros que podem ser obtidos

através de testes realizados no túnel de vento da Universidade UNIJUI. Este trabalho tem

como objetivo analisar e comparar as forças de arrasto de perfis de diferentes formatos,

quadrado, losango, triângulo equilátero com área de ataque plana e triangular, com os valores

padrões para esses perfis. Será também realizada medição para a obtenção do valor da

velocidade de escoamento no interior da seção de testes com o auxílio de um Tubo de Pitot

conectado a um manômetro de coluna. Os resultados alcançados experimentalmente são

inseridos a cálculos baseados na mecânica dos fluidos resultando em um valor real

proporcionado pelos testes no túnel de vento. Os resultados obtidos utilizando o túnel de

vento não podem ser levados em consideração caso haja necessidade de valores precisos de

força e coeficiente de arrasto. As diversas interferências, como vibração do ventilador, áreas

do túnel de vento, até mesmo na seção de testes, sem isolamento, proporcionaram um

resultado com algumas diferenças se comparado com resultados alcançados por Bavaresco

(2010) e os resultados padronizados por White (1999).

Palavra–chave: Túnel de vento, coeficiente de arrasto, velocidade de escoamento, medição,

experimento.

Page 6: TCC Pedro Arnoldi 2011

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ABSTRACT

This paper presents an analysis of parameters that can be obtained through testing in

the wind tunnel at the UNIJUÍ University. This study aims to analyze and compare the drag

forces of profiles of different shapes, square, losenge, equilateral triangle with an area of flat

and triangular attack, with the default values for these profiles. Measurement will also be

undertaken to obtain the value of the flow velocity inside the test section with the aid of a

Pitot tube connected to a manometer column. The experimental results are included in the

calculations based on fluid mechanics resulting in an actual value provided by wind tunnel

tests. The results obtained using the wind tunnel cannot be taken into consideration if there is

need for accurate values of force and drag coefficient. The various interferences, such as

vibration of the fan areas of the wind tunnel, even in the test section, without isolation,

yielded a result with a significant difference compared with results achieved by Bavaresco

(2010) and standardized results by White (1999).

Keywords: Wind tunnel, drag coefficient, velocity of flow, measurement, experiment.

Page 7: TCC Pedro Arnoldi 2011

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Escoamento Laminar (Mecânica dos Fluidos - Instituto Federal de Educação,

Ciência e Tecnologia) .......................................................................................................... 15

Figura 2 - Escoamento Turbulento (Mecânica dos Fluidos - Instituto Federal de Educação,

Ciência e Tecnologia) .......................................................................................................... 15

Figura 3 - Transição da camada limite de laminar para turbulenta (Race Car Aerodynamics –

Design for speed) ................................................................................................................. 16

Figura 4 - (a) força de pressão, (b) força viscosa, (c) força resultante - arrasto e sustentação

(MUNSON et al., 1997) ....................................................................................................... 17

Figura 5 - Ferrari F355 ano 1995 em teste aerodinâmico (Race Car Aerodynamics – Design

for speed) ............................................................................................................................. 19

Figura 6 - Aerofólio com sustentação e variação de pressão (The Enginner's Pulse) ............. 21

Figura 7 - Sistema de medição utilizando balanças convencionais (FRICKER, H. S, 1996) .. 23

Figura 8 - Forças extras agindo no aerofólio e suporte quando o fluxo de ar é ligado

(FRICKER, H. S, 1996) ....................................................................................................... 24

Figura 9 - Túnel de Vento (medidas em mm) ....................................................................... 25

Figura 10 - Túnel de vento experimental vista lateral ........................................................... 26

Figura 11 - Túnel de vento experimental vista frontal ........................................................... 26

Figura 12 - Sistema de Medição do túnel de vento experimental .......................................... 27

Figura 13 - Decomposição das forças aerodinâmicas ............................................................ 28

Figura 14 - Tubo de Pitot ..................................................................................................... 29

Figura 15 - Medição utilizando Tubo de Pitot (CLEZAR e NOGUEIRA, 2009) ................... 30

Figura 16 - Disposição dos pontos de medição, valores em (mm) ......................................... 31

Figura 17 - Tubo de Pitot ligado ao Manômetro ................................................................... 31

Figura 18 - Perfil quadrado .................................................................................................. 35

Figura 19 - Perfil losango ..................................................................................................... 36

Figura 20 - Perfil triângulo eqüilátero................................................................................... 36

Figura 21 - Triângulo eqüilátero ........................................................................................... 37

Figura 22 - Sistema de medição............................................................................................ 38

Figura 23 - Suporte no interior do túnel de vento .................................................................. 39

Figura 24 - Perfil quadrado em teste ..................................................................................... 40

Figura 25 - Perfil losango em teste ....................................................................................... 42

Figura 26 - Perfil triângulo equilátero com lado plano como área de ataque ......................... 43

Page 8: TCC Pedro Arnoldi 2011

8

Figura 27 - Perfil triângulo equilátero com o lado triangular como área de ataque ................ 44

Figura 28 - Valores do coeficiente de arrasto para algumas formas geométricas (WHITE,

1999) ................................................................................................................................... 45

Page 9: TCC Pedro Arnoldi 2011

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1- Leituras da pressão dinâmica no Manômetro (mm) ............................................... 32

Tabela 2 - Resultados obtidos com o teste ............................................................................ 34

Tabela 3 - Resultado das forças atuantes no perfil quadrado ................................................. 41

Tabela 4 - Resultado das forças atuantes no perfil losango ................................................... 42

Tabela 5 - Resultado das forças atuantes no perfil triângulo equilátero com lado plano como

área de ataque ...................................................................................................................... 43

Tabela 6 - Resultado das forças atuantes no perfil triângulo equilátero com lado triangular

como área de ataque ............................................................................................................. 44

Tabela 7 - Comparação de resultados - experimental x padrão .............................................. 45

Tabela 8 - Comparação de valores com Bavaresco (2010) .................................................... 46

Page 10: TCC Pedro Arnoldi 2011

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LISTA DE SÍMBOLOS

M Massa [kg]

t Tempo [s]

ρ Massa específica do fluído [kg/m3]

V Volume [m3]

A Área da superfície [m2]

F Força [N]

τxy Tensão de cisalhamento [Pa]

U Velocidade [m/s]

x Dimensão x [m]

y Dimensão y [m]

D Força de arrasto [N]

L Força de sustentação [N]

µ Viscosidade dinâmica [N.s/m²]

Fx Força na direção x [N]

Fy Força na direção y [N]

θ Ângulo formado entre a parede e plano de escoamento [°]

P Pressão [Pa]

CD Coeficiente de arrasto Adimensional

CL Coeficiente de sustentação Adimensional

f Fator de atrito Adimensional

d Distância [m]

Re Reynolds Adimensional

Pd Pressão dinâmica [m]

l Comprimento característico [m]

τp Tensão de cisalhamento na parede [Pa]

X Reação da força normal na balança Q [N]

Y Reação da força normal na balança P [N]

∆H Diferença de altura de coluna manométrica [m]

ρar Massa específica do ar [kg/m³]

Page 11: TCC Pedro Arnoldi 2011

11

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 12

1 REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................................ 13

1.1 DEFINIÇÃO DE FLUIDO ............................................................................................. 13

1.2 CARACTERÍSCAS DO ESCOAMENTO EXTERNO .................................................. 14

1.3 NÚMERO DE REYNOLDS .......................................................................................... 14

1.4 O CONCEITO DE CAMADA LIMITE ......................................................................... 15

1.5 ARRASTO E SUSTENTAÇÃO..................................................................................... 17

1.5.1 Arrasto ........................................................................................................................ 18

1.5.2 Sustentação ................................................................................................................. 20

2 TUNEL DE VENTO E SISTEMA DE MEDIÇÃO DE FORÇAS .................................... 22

2.1 SISTEMA DE MEDIÇÃO ............................................................................................. 22

2.2 TÚNEL DE VENTO PARA A REALIZAÇÃO DOS TESTES ...................................... 25

3 EXPERIMENTAÇÃO NO TÚNEL DE VENTO ............................................................. 29

3.1 PROCEDIMENTO PARA MEDIÇÃO DA VELOCIDADE .......................................... 29

3.2 MEDIÇÃO DA VELOCIDADE .................................................................................... 30

3.3 DEFINIÇÃO DOS PERFIS PARA AS MEDIÇÕES ...................................................... 34

3.4 PROCEDIMENTO PARA MEDIÇÃO DAS FORÇAS .................................................. 37

3.5 RESULTADO DA MEDIÇÃO DAS FORÇAS .............................................................. 40

3.6 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS............................................................................... 45

CONCLUSÃO ..................................................................................................................... 47

REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 48

Page 12: TCC Pedro Arnoldi 2011

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INTRODUÇÃO

Os conceitos aerodinâmicos estão em constante evolução, não somente na indústria

automobilística onde os efeitos aerodinâmicos mudam completamente o desempenho de um

automóvel, mas também com grande ênfase na construção civil em projetos de pontes,

antenas e edifícios, que resistem diariamente à ação do vento e outros fatores que incidem

diretamente em sua estrutura.

Uma das formas de colocar o projeto à prova é fazendo a utilização de um túnel de

vento. Com o uso dessa ferramenta de testes é possível fazer análises de forças atuantes sobre

maquetes em escala reduzida ou em perfis que reproduzam o projeto, também podendo ser

feita variações de fluxo de ar reproduzindo um ambiente natural.

A utilização do túnel de vento na indústria automobilística é essencial, pois o formato

e design influenciam diretamente no desempenho, consumo e estabilidade do veículo, sendo

esta etapa de projeto de suma importância para a indústria.

Este trabalho descreve a utilização do túnel de vento do curso de Engenharia Mecânica

da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUI, testando

quatro perfis com formatos diferentes e com valores de coeficiente de arrasto definidos, tendo

como objetivo verificar se o túnel de vento juntamente com o sistema de medição implantado,

está fornecendo resultados que possam ser levados em consideração em projetos que

necessitam desses valores.

O trabalho está dividido da seguinte maneira: no primeiro capítulo há uma revisão

bibliográfica que descreve os conceitos necessários do tema abordado; no capítulo dois é

descrito todo o procedimento de como realizar os testes práticos no túnel de vento; no capítulo

três são obtidos os resultados finais com a discussão dos resultados.

Page 13: TCC Pedro Arnoldi 2011

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1 REFERENCIAL TEÓRICO

A análise dos escoamentos externos de ar é conhecida como aerodinâmica, e esta

denominação é uma conseqüência da importância deste tipo de escoamento no vôo dos

aviões. Mesmo que este tipo de escoamento externo seja muito importante, há outros

exemplos nos quais ele tem a mesma importância. As forças de sustentação e arrasto em

veículos de superfície (carros, caminhões e bicicletas) tem se tornado cada vez mais

importantes, pois é possível obter um menor consumo de combustível e aumentar as

características de mobilidade do veículo com o projeto correto destes veículos.

A classe dos escoamentos externos também inclui aqueles em torno de objetos que não

estão totalmente envolvidos com fluido. Por exemplo, os efeitos do vento devem ser levados

em consideração nos projetos de edificações.

Como em outras áreas da mecânica dos fluidos, existem duas abordagens (teórica e

experimental) para a obtenção das informações sobre as forças causadas pelo escoamento

sobre o corpo imerso. As técnicas teóricas fornecem muitas informações sobre este fenômeno,

entretanto, a quantidade de informações obtidas com métodos puramente teóricos é limitada

devido à complexidade das equações.

Muitas informações sobre os escoamentos externos são obtidas em experimentos

realizados, na maioria das vezes, com modelos dos objetos reais. Estes tipos de testes incluem

os ensaios de modelos de aviões, prédios e mesmo de cidades inteiras em túnel de vento.

(MUNSON et al., 1997)

1.1 DEFINIÇÃO DE FLUIDO

O fluido caracteriza-se como uma substância que se deforma continuamente quando

submetido a uma tensão de cisalhamento, não importando a intensidade desta tensão. Ao

fluido está relacionada capacidade de não resistir à deformação e sim fluir, envolver os

obstáculos. Os escoamentos de fluidos são subdivididos entre escoamentos viscosos e não

viscosos. Nos escoamentos onde se despreza os efeitos da viscosidade, são chamados de

invíscidos, sendo neles a viscosidade do fluido, µ, igual a zero. Os fluidos com viscosidade

nula, ou seja, igual a zero não existem, porém às vezes para solucionar alguns problemas, a

hipótese de fluido não viscoso simplifica a análise.

Todos os fluidos possuem viscosidade, sendo de grande importância no estudo da

mecânica dos fluidos.

Page 14: TCC Pedro Arnoldi 2011

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1.2 CARACTERÍSCAS DO ESCOAMENTO EXTERNO

Os escoamentos externos sobre corpos apresentam uma grande variedade de

fenômenos da mecânica dos fluidos. As características dependem da forma e do tamanho do

corpo imerso no escoamento, também da velocidade, orientação e propriedades do fluido que

escoa sobre o corpo.

1.3 NÚMERO DE REYNOLDS

O número de Reynolds é um número adimensional usado em mecânica dos fluidos,

para o cálculo do regime de escoamento de determinado fluido dentro de um tubo ou sobre

uma superfície. Sua equação é baseada no quociente entre as forças de inércia e as forças de

viscosidade. É expresso por:

(1.1)

Onde,

Re = Número de Reynolds (adimensional);

ρ = massa específica do fluido (Kg/m³ ;

U = velocidade do escoamento (m/s);

l = comprimento característico (m);

μ = viscosidade do fluido (N.s/m²).

A importância do número de Reynolds é a possibilidade de avaliar a estabilidade do

fluxo podendo obter a forma do escoamento: laminar ou turbulento. As figuras 1 e 2 mostram

os escoamentos laminar e turbulento, respectivamente.

Page 15: TCC Pedro Arnoldi 2011

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Figura 1 - Escoamento Laminar (Mecânica dos Fluidos - Instituto Federal de Educação, Ciência e

Tecnologia)

Figura 2 - Escoamento Turbulento (Mecânica dos Fluidos - Instituto Federal de Educação, Ciência e

Tecnologia)

A determinação do número de Reynolds representa um fator muito importante para a

escolha e análise adequada das características aerodinâmicas de um perfil aerodinâmico, pois

a eficiência de um perfil em gerar sustentação e arrasto é intimamente relacionada ao número

de Reynolds obtido.

1.4 O CONCEITO DE CAMADA LIMITE

Um dos grandes avanços na mecânica dos fluidos ocorreu em 1904 e foi realizado a

partir dos trabalhos do físico alemão Ludwig Prandl (1875-1953). Ele concebeu a idéia da

camada limite, sendo uma região muito fina e adjacente a superfície do corpo onde os efeitos

viscosos são muito importantes. Fora da camada limite, o fluido se comporta como se fosse

um fluido invíscido. É claro que a viscosidade dinâmica é a mesma em todo o escoamento.

Assim, somente a importância relativa de seus efeitos (devido a grandes gradientes de

Page 16: TCC Pedro Arnoldi 2011

16

velocidades) é diferente dentro ou fora da camada limite. A camada limite é necessária para

permitir a existência da condição de não escorregamento, ou seja, condição de velocidade

nula na superfície sólida. (MUNSON et al., 1997)

Da mesma forma que em um duto, o escoamento em uma camada limite pode ser

laminar ou turbulento. Não há valor singular no número de Reynolds no qual ocorre a

transição de regime laminar para turbulento na camada limite. Entre outros fatores que afetam

a transição em uma camada limite estão gradiente de pressão, rugosidade superficial,

transferência de calor, forças de campo e perturbações de corrente livre. (Fox & Mcdonald,

2001).

Geralmente começa como uma camada limite laminar, que gradualmente se torna

turbulenta. Isso é mostrado na figura 3 de forma esquemática, para o caso da placa plana. Em

princípio, em um escoamento, a camada limite é inicialmente laminar, acima do Reynolds

crítico, o escoamento se torna turbulento. A região onde essa mudança ocorre é chamada

região de transição.

Figura 3 - Transição da camada limite de laminar para turbulenta (Race Car Aerodynamics – Design for

speed)

Page 17: TCC Pedro Arnoldi 2011

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1.5 ARRASTO E SUSTENTAÇÃO

Quando um corpo se move através de um fluido, há uma interação entre o corpo e o

fluido. Esta interação pode ser descrita por forças que atuam na interface do fluido-corpo.

Estas forças, por sua vez, podem ser escritas em função da tensão de cisalhamento na parede,

τp, provocada pelos efeitos viscosos, e da tensão normal que é devida a pressão, p.

É interessante sempre saber as distribuições de pressão e de tensão de cisalhamento na

superfície do corpo (mesmo que essa informação seja difícil de obter). A componente da força

resultante que atua na direção do escoamento é denominada arrasto, D (“drag”), e a que atua

na direção normal ao escoamento é denominada sustentação, L (“lift”). O arrasto e a

sustentação podem ser obtidos pela integração das tensões de cisalhamento e normais ao

corpo. A figura 4 mostra as forças em um objeto bidimensional submerso.

Figura 4 - (a) força de pressão, (b) força viscosa, (c) força resultante - arrasto e sustentação (MUNSON et

al., 1997)

As equações para determinar as componentes são descritas da seguinte forma:

dFx = (p dA) cos θ + (τp dA) sen θ (1.2)

dFy = - (p dA) sen θ + (τp dA) cos θ (1.3)

Page 18: TCC Pedro Arnoldi 2011

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Assim os módulos das forças D e L que atuam no objeto são:

D = ʃ DFx = ʃ p cos θ dA + ʃ τp sen θ dA (1.4)

L = ʃ DFy = - ʃ p sen θ dA + ʃ τp cos θ dA (1.5)

As equações (1.4) e (1.5) podem ser aplicadas em qualquer corpo imerso em um

escoamento. Entretanto, é bastante difícil as utilizarmos porque normalmente não são

conhecidas as distribuições de pressão e de tensão de cisalhamento. Esforços consideráveis

têm sido feitos para determinar estas distribuições, mas, devido às complexidades envolvidas,

elas são disponíveis apenas para algumas situações bastante simples. Uma alternativa muito

utilizada para contornar esta dificuldade é definir coeficientes adimensionais de arrasto e

sustentação e determinar os seus valores aproximados através de uma análise simplificada,

técnica numérica ou experimentalmente apropriada. (MUNSON et al., 1997)

1.5.1 Arrasto

Qualquer objeto que se movimenta num fluido sofre um arrasto, D, ou seja, uma força

agindo paralelamente à direção do escoamento e em sentido contrário, fazendo resistência ao

movimento de um objeto através de um fluido, no caso o ar. Sendo composta pelas forças de

pressão e de cisalhamento na superfície do objeto. Como são raríssimas as ocasiões em que

podemos determinar analiticamente as distribuições de pressão e cisalhamento, será usada a

seguinte equação para determinar o arrasto:

(1.6)

Onde,

CD = Coeficiente de arrasto (adimensional);

D = Força de arrasto (N);

= Massa específica do ar a uma temperatura de 20°C, 1,2 (kg/m³);

U = Velocidade do escoamento (m/s);

A = Área frontal do corpo imerso (m2).

Page 19: TCC Pedro Arnoldi 2011

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O coeficiente de arrasto sobre um objeto depende totalmente do formato deste. A

forma pode variar desde um formato fino (aerodinâmico), até rombudo (grosso), dependendo

de sua orientação. O arrasto varia também em função do ângulo de ataque de um aerofólio, se

o ângulo de ataque é pequeno a camada limite permanece “colada” ao aerofólio e o arrasto é

relativamente pequeno. Num certo ângulo crítico de ataque, (geralmente maior que 10°),

ocorre separação da camada limite na superfície superior (superfície com elevado gradiente

adverso de pressão). Para ângulos maiores, este corpo se comporta como rombudo e o arrasto

aumenta de modo significativo (devido a maior contribuição do arrasto devido a pressão).

O coeficiente de arrasto tende a diminuir suavemente com o número de Reynolds nos

escoamentos sobre corpos aerodinâmicos e aumenta quando a camada limite se torna

turbulenta nos corpos aerodinâmicos porque a maior parte do arrasto é devido à força de

cisalhamento, sendo muito maior no escoamento turbulento do que no laminar.

A maior parte das informações relacionadas ao arrasto em objetos é resultado de

numerosos experimentos realizados em túneis de vento, túneis de água, tanques de prova e

outros dispositivos engenhosos que podem ser utilizados para medir o arrasto em modelos. A

figura 5 demonstra um teste aerodinâmico de uma Ferrari F355 ano 1995, onde as linhas de

fumaça mostram a ação do escoamento em contato com o automóvel, causando a resistência,

o arrasto.

Figura 5 - Ferrari F355 ano 1995 em teste aerodinâmico (Race Car Aerodynamics – Design for speed)

Page 20: TCC Pedro Arnoldi 2011

20

1.5.2 Sustentação

Qualquer objeto que se movimenta através de um fluido sofre a ação de uma força

provocada pelo fluido. Se o objeto não é simétrico, pode haver uma força normal, sendo a

força aerodinâmica perpendicular ao movimento, no maior percurso pelo qual o fluido passa,

ocasiona menor pressão sobre essa maior superfície, sendo essa diferença de pressão,

chamada sustentação, L. Como um exemplo simples tem-se a asa de um avião. Alguns

objetos, como os aerofólios, são projetados para produzirem sustentação. Outros são

projetados para reduzir a geração de sustentação. Por exemplo, a sustentação em um carro

tende a reduzir a força de contato entre as rodas e o solo, causando uma redução de tração e a

sua capacidade de fazer curvas. Em casos como este, é desejável reduzir esta sustentação. A

sustentação é dada em função do coeficiente de sustentação, como mostra a equação 1.7:

(1.7)

Onde:

CL = Coeficiente de sustentação (adimensional);

L = Força de sustentação (N);

= Massa específica do ar a uma temperatura de 20°C, 1,2 (kg/m³);

U = Velocidade do escoamento (m/s);

A = Área frontal do corpo imerso (m2).

O efeito do número de Reynolds, normalmente, não é muito importante. O parâmetro

mais importante para o coeficiente de sustentação é a forma do objeto. Esforços consideráveis

têm sido feitos para projetar dispositivos com formas que tornem máxima a sustentação. A

maior parte da sustentação é devido à pressão na superfície. Um dispositivo dedicado a

produzir sustentação é projetado de modo que a distribuição de pressão na superfície inferior

do dispositivo seja diferente da superior. Aerofólios de alto rendimento geram uma

sustentação 100 vezes maior do que o arrasto. A figura 6 demonstra a sustentação com a

variação de pressão.

Page 21: TCC Pedro Arnoldi 2011

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Figura 6 - Aerofólio com sustentação e variação de pressão (The Enginner's Pulse)

Page 22: TCC Pedro Arnoldi 2011

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2 TUNEL DE VENTO E SISTEMA DE MEDIÇÃO DE FORÇAS

O túnel de vento é um equipamento usado em simulações que estudam o

comportamento aerodinâmico de objetos imersos em correntes para determinar alguns

parâmetros. Várias áreas utilizam esse sistema nos projetos, a aeronáutica nos aviões, a

engenharia civil em edifícios, pontes, antenas, residências e na indústria automobilística onde

a aerodinâmica do automóvel se torna uma das partes mais importantes do projeto.

O funcionamento do túnel de vento em estudo dá-se da seguinte maneira: um fluxo de

ar succionado por um ventilador é projetado sobre o perfil em estudo. Desta forma, observa-se

como o ar interage com o perfil, a maneira como as correntes de ar fluem sobre o corpo

imerso no escoamento. O perfil se mantém fixo em um sistema de medição o qual informará

as medidas de deslocamento nos planos x e y, que servirão de base de cálculos para

determinar os coeficientes de sustentação e arrasto.

2.1 SISTEMA DE MEDIÇÃO

O sistema de medição utilizado no túnel de vento teve como conceito o sistema

descrito no artigo da H S Fricker Bradford Grammar School, UK , utilizando balanças

elétricas convencionais (Figura 7). O sistema é simples e funciona da seguinte maneira: o

aerofólio A é montado em uma armação de madeira W que assenta em dois suportes, B e C. B

está a uma distância d verticalmente abaixo do aerofólio, enquanto C está na mesma distância

d, porém horizontalmente a direita de B. Os suportes B e C são colocados sobre as balanças

elétricas P e Q, que fazem a leitura em gramas, conforme figura 7.

Quando a corrente de ar do gerador G é ligada, uma força de sustentação L e a força de

arrasto D, atuam sobre o aerofólio, produzindo forças extras nos pontos B e C. F1 e F2 são

forças de atrito, X é um aumento da reação normal em C e Y é uma redução na reação normal

de B. A figura 8 mostra a distribuição das forças no aerofólio e suporte.

Page 23: TCC Pedro Arnoldi 2011

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Figura 7 - Sistema de medição utilizando balanças convencionais (FRICKER, H. S, 1996)

Analisando os momentos em B, tem-se:

X.d = D.d (2.1)

Então,

X = D (2.2)

Ao mesmo tempo, a resolução vertical,

Y = L + X (2.3)

A Figura 8 ilustra as forças X e Y.

Page 24: TCC Pedro Arnoldi 2011

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Figura 8 - Forças extras agindo no aerofólio e suporte quando o fluxo de ar é ligado (FRICKER, H. S,

1996)

O procedimento é, portanto simples. Com o fluxo de ar desligado, é definido o ângulo

de ataque desejado do aerofólio, a balança Q é zerada (com o suporte descansado sobre ela), e

lê-se a balança P. O ar é ligado e é feita novamente a leitura das balanças. Se p1 é a leitura

inicial da balança P, e p2 e q são as leituras finais de P e Q, então claramente q = X. Assim, a

partir da equação (2.2):

D = q (2.4)

Também Y = p1 – p2, então a partir da equação (2.3)

L = p1 – p2 – q (2.5)

As dimensões do sistema são definidas de acordo com as balanças e o ventilador de ar

a serem utilizados. Como as balanças são calibradas em gramas, as equações (2.4) e (2.5)

proporcionam a sustentação e arrasto em “grama força” (gf, onde 1gf = peso da massa de 1g).

Para converter para newtons pode-se multiplicar a grama por 0,0098.

Várias características da construção e arranjo do sistema são importantes para garantir

a precisão. Primeiramente, é essencial que, quando as balanças são carregadas o

desnivelamento resultante da plataforma de pesagem deve ser insignificante em comparação

com a distância d. Se não for, quando o fluxo de ar é ligado, irá inclinar o sistema de forma

significativa, levando a um erro do θ. O projeto do aerofólio acima e a frente das balanças é

necessário porque caso contrário, em ângulos maiores de ataque, o aerofólio seria direcionado

para baixo na balança Q, afetando a leitura do arrasto. É preciso garantir também que o fluxo

Page 25: TCC Pedro Arnoldi 2011

25

de ar incida apenas sobre o aerofólio e não no sistema em si e que o ventilador não tenha

ligação com o sistema, pois a vibração provoca leituras instáveis.

2.2 TÚNEL DE VENTO PARA A REALIZAÇÃO DOS TESTES

O túnel de vento da UNIJUI, utilizado nos testes, é um túnel de vento de circuito

aberto (figura 9), ou seja, com as duas extremidades abertas para a atmosfera. Na extremidade

esquerda fica posicionado o ventilador e a direita o bocal por onde o ar é succionado.

Figura 9 - Túnel de Vento (medidas em mm)

O túnel de vento possui uma seção de testes de 250 mm x 250 mm, um ventilador

OTAM RLS 450 centrífugo de aspiração, ligado a um motor com rotação de 1770 rpm,

potência de 5CV com um rendimento de 66%. As figuras 10 e 11 mostram o túnel de vento

experimental.

Page 26: TCC Pedro Arnoldi 2011

26

Figura 10 - Túnel de vento experimental vista lateral

Figura 11 - Túnel de vento experimental vista frontal

Page 27: TCC Pedro Arnoldi 2011

27

Com base no sistema de medição descrito no artigo do subtítulo anterior, foi

implantado um sistema de medição para o túnel de vento experimental da UNIJUI. O túnel de

vento da universidade apresentava um sistema de medição com molas e leituras de

deslocamentos em centímetros através de uma régua. Como o sistema era antigo e

apresentava pouca precisão de medição, foi desenvolvido um novo sistema para medição das

forças de arrasto e sustentação. A figura 12 mostra como é instalado o sistema de medição no

túnel de vento.

Esse sistema de medição que foi desenvolvido para a obtenção de dados das forças de

arrasto e sustentação, é baseado na decomposição das forças aerodinâmicas, F, atuantes no

perfil em teste, sendo estas as forças de arrasto, D e sustentação, L. As forças atuantes no

perfil terão suas forças aerodinâmicas concentradas reagindo sobre duas balanças. O sistema

funciona como duas alavancas que apresentam distâncias, d, iguais, dispensando o uso de

constantes para obter o valor das forças. A figura 13 mostra a decomposição das forças

atuantes.

Figura 12 - Sistema de Medição do túnel de vento experimental

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28

Figura 13 - Decomposição das forças aerodinâmicas

Page 29: TCC Pedro Arnoldi 2011

29

3 EXPERIMENTAÇÃO NO TÚNEL DE VENTO

Neste capítulo será descrita a metodologia dos ensaios no túnel de vento, iniciando

com medições de velocidade no interior da seção de testes, e posteriormente como foi

realizado o procedimento para a obtenção da medida das forças de arrasto para cada perfil

selecionado para os testes.

3.1 PROCEDIMENTO PARA MEDIÇÃO DA VELOCIDADE

A análise dos parâmetros aerodinâmicos inicia-se com a definição da velocidade de

escoamento no túnel de vento, sendo esta, fator importante para a determinação do módulo e

direção do fluido em alguns pontos na seção onde serão feitos os ensaios dos perfis. Esta

obtenção do valor da velocidade é feita utilizando um instrumento chamado Tubo de Pitot,

como mostra a figura a seguir.

Figura 14 - Tubo de Pitot

O Tubo de Pitot-Prandtl, de acordo com CLEZAR e NOGUEIRA, 2009, é um

dispositivo para medição de velocidade local de um escoamento. Tem como princípio de

funcionamento a contraposição de duas medidas de pressão, ou seja, a pressão total e a

pressão estática do escoamento. Os sinais de pressão deste dispositivo são transmitidos por

meio de mangueiras a um manômetro de coluna, a diferença das alturas manométricas mede a

Page 30: TCC Pedro Arnoldi 2011

30

pressão de velocidade do escoamento. O Tubo de Pitot associado a um manômetro de coluna

forma um dispositivo de medição de velocidade, permitindo ainda se obter os valores de

pressão estática e pressão total, com a vantagem adicional de dispensar calibração. A figura

15 ilustra a utilização do Tubo de Pitot.

Figura 15 - Medição utilizando Tubo de Pitot (CLEZAR e NOGUEIRA, 2009)

3.2 MEDIÇÃO DA VELOCIDADE

A realização da medição do escoamento na seção de testes de 250mm x 250mm é feita

utilizando o Tubo de Pitot. A medição ocorre em alguns pontos desta seção para se obter o

valor médio da velocidade do escoamento, visto que a velocidade apresenta variações em

determinados pontos da seção. A seção é dividida em 16 pontos de medição, obtendo o maior

número de variações de velocidade. A figura 16 ilustra a disposição dos pontos.

Para cada ponto de medição foram feitas três leituras, com o objetivo de diminuir as

diferenças de resultados devido ao posicionamento do Tubo de Pitot. O teste foi feito a uma

temperatura de 20°C com o manômetro composto por água. Os resultados são obtidos através

da variação da altura, no manômetro, da pressão total e estática do escoamento. A figura 17

demonstra como é montado o Tubo de Pitot na seção de testes. No canto superior esquerdo da

figura, exibe os orifícios por onde é inserido o Tubo na seção.

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31

Figura 16 - Disposição dos pontos de medição, valores em (mm)

Figura 17 - Tubo de Pitot ligado ao Manômetro

1

2

3

5

4

4

Page 32: TCC Pedro Arnoldi 2011

32

O funcionamento do Tubo de Pitot dá-se da seguinte maneira: o ar que escoa na seção

de testes penetra no orifício (1) do Tubo de Pitot (2). Esse sistema de medição possui dois

tubos de diferentes diâmetros. O de menor diâmetro resultara na pressão total (3) e o de maior

diâmetro resultara na pressão estática do fluxo de ar (4). Essas pressões são conectadas ao

manômetro de coluna (5), proporcionando uma diferença de altura manométrica resultando no

valor da pressão dinâmica do escoamento.

Após o teste foram obtidos os resultados da variação de pressão dinâmica e a média

das leituras em cada ponto. Os valores estão relacionados na tabela a seguir.

Tabela 1- Leituras da pressão dinâmica no Manômetro (mm)

PONTO LEITURA 1

(mm)

LEITURA 2

(mm)

LEITURA 3

(mm)

MÉDIA

(mm)

1 26 24 24 24,66

2 28 26 26 26,66

3 26 26 26 26

4 24 24 24 24

5 20 20 20 20

6 28 28 28 28

7 28 28 28 28

8 20 22 22 21,33

9 28 24 24 25,33

10 28 28 28 28

11 30 30 30 30

12 22 22 22 22

13 26 26 24 25,33

14 30 26 28 28

15 30 30 30 30

16 26 26 26 26

Com os resultados obtidos no teste é possível determinar a velocidade média do

escoamento no interior do túnel na seção de testes. Para isso é preciso primeiramente

transformar a pressão dinâmica obtida em (mm) para a unidade de Pa (Pascal). Então é

necessário utilizar a seguinte equação.

(3.1)

Page 33: TCC Pedro Arnoldi 2011

33

Onde,

Pd = Pressão dinâmica (m);

g = Aceleração da gravidade (m/s²);

ρm = massa específica do fluido manométrico, água (kg/m³);

∆H = Diferença de altura de coluna manométrica (m).

Após a obtenção das pressões dinâmicas em cada ponto, é calculada a velocidade em

cada ponto através da equação a seguir:

(3.2)

Isolando a velocidade, é obtida a equação para determinar a velocidade do escoamento

em cada ponto.

(3.3)

Onde,

U = Velocidade do escoamento em (m/s);

Pd = Pressão dinâmica em (Pa);

= Massa específica do ar a uma temperatura de 20°C, 1,2 (kg/m³).

Na tabela a seguir está disposta a leitura média de cada ponto, a pressão dinâmica, as

velocidades em cada ponto e a velocidade média do escoamento na seção de testes.

Page 34: TCC Pedro Arnoldi 2011

34

Tabela 2 - Resultados obtidos com o teste

PONTO LEITURA

(mm) Pd

(Pa)

Ui

(m/s)

1 24,66 241,9146 20,07962

2 26,66 261,5346 20,878

3 26 255,06 20,61795

4 24 235,44 19,80909

5 20 196,2 18,08314

6 28 274,68 21,39626

7 28 274,68 21,39626

8 21,33 209,2473 18,67473

9 25,33 248,4873 20,35057

10 28 274,68 21,39626

11 30 294,3 22,14723

12 22 215,82 18,96576

13 25,33 248,4873 20,35057

14 28 274,68 21,39626

15 30 294,3 22,14723

16 26 255,06 20,61795

Um = 20,5198 m/s

Sendo assim, através do teste para a obtenção de um valor médio de velocidade de

escoamento no interior do túnel de vento com o auxílio de um Tubo de Pitot ligado a um

manômetro de coluna, foi obtido o valor:

Um = 20,6 m/s

3.3 DEFINIÇÃO DOS PERFIS PARA AS MEDIÇÕES

Com o valor da velocidade média medida na seção de testes é possível determinar o

número de Reynolds do escoamento para os perfis. O número de Reynolds terá dois valores

diferenciados, pois a dimensão característica para os perfis quadrado e triângulo equilátero

com área de ataque plana é diferente da dimensão característica dos perfis losango e triângulo

equilátero com área de ataque triangular. Aplicando a equação (1.1) é encontrado os seguinte

resultados para o número de Reynolds:

Page 35: TCC Pedro Arnoldi 2011

35

Para os perfis quadrado e triângulo equilátero com área de ataque plana,

Para os perfis losango e triângulo equilátero com área de ataque triangular,

Os quatro perfis definidos para os testes são apresentados a seguir.

a) Perfil Quadrado:

O perfil foi confeccionado com madeira, com dimensões de 30 x 30 x 145 mm. A

figura 18 ilustra o perfil quadrado.

Figura 18 - Perfil quadrado

b) Perfil Losango:

O perfil é o mesmo que o quadrado, ele apenas é instalado na seção de testes na forma

de losango, conforme indica a figura 19.

U

Page 36: TCC Pedro Arnoldi 2011

36

Figura 19 - Perfil losango

c) Perfil Triângulo Equilátero com área de ataque plana:

O perfil foi confeccionado com madeira, com dimensões de 30 x 30 x 145mm. A

figura 20 ilustra o perfil triângulo equilátero, utilizado no teste a área plana.

Figura 20 - Perfil triângulo eqüilátero

d) Perfil Triângulo Equilátero:

O perfil é o mesmo triângulo equilátero, ele apenas é instalado na seção de testes com

a parte triangular como área de ataque, com dimensões de 30 x 30 x 145mm. A figura 21

ilustra o triângulo equilátero.

U

U

Page 37: TCC Pedro Arnoldi 2011

37

Figura 21 - Triângulo eqüilátero

3.4 PROCEDIMENTO PARA MEDIÇÃO DAS FORÇAS

Para a realização das medições das forças aerodinâmicas atuantes sobre os diferentes

perfis foi seguida a metodologia descrita a seguir, tendo como base a metodologia realizada

por Bavaresco (2010).

- Posicionar o sistema de medição, no túnel de vento, na parte inferior da seção de testes sem

o perfil, somente o suporte;

- Coletar as forças atuantes com o ventilador desligado;

- Ligar o ventilador e aguardar o sistema estabilizar;

- Registrar as forças atuantes no suporte com o escoamento de ar,

- Feito o registro das forças atuantes no suporte, com o escoamento ligado e desligado, é então

seguido o mesmo procedimento para os perfis;

- Posicionar o perfil no suporte do sistema de medição;

- Coletar as forças atuantes com o ventilador desligado;

- Ligar o ventilador e aguardar o sistema estabilizar;

- Registrar as forças atuantes no perfil com o escoamento de ar;

- Calcular a diferença das forças com o escoamento desligado e ligado, descontando também

o valor da diferença obtida no suporte;

- Fazer as devidas transformações para o SI;

- Calcular os valores do coeficiente de arrasto.

U

Page 38: TCC Pedro Arnoldi 2011

38

O sistema de medição foi projetado para obter os valores das forças de arrasto, D, e

sustentação, L. Contudo, para os perfis selecionados e ensaiados foi medida somente a força

de arrasto. Os valores obtidos na leitura das balanças são em gramas. A figura 22 mostra o

sistema de medição posicionado ao túnel de vento para a medição das forças atuantes no

suporte e a figura 23 mostra o suporte no interior do túnel de vento com os parafusos de

fixação dos perfis.

Figura 22 - Sistema de medição

Page 39: TCC Pedro Arnoldi 2011

39

Figura 23 - Suporte no interior do túnel de vento

Para a obtenção do valor da força de arrasto no suporte testado é utilizada a seguinte

equação:

(3.4)

Onde,

D = Força de arrasto

Medida a força de arrasto no suporte, é calculada então a força atuante nos perfis com

a equação a seguir:

(3.5)

Como o resultado da força atuante em cada perfil é em gramas (g), esta necessita ser

transformada para Newton (N). Para isso a força em gramas (g), é multiplicada por mil

(1000), passando assim para quilograma força (kgf). Após essa transformação é feita a

seguinte multiplicação para transformar (kgf) para Newton (N):

Page 40: TCC Pedro Arnoldi 2011

40

(3.6)

Estabelecendo assim a força de arrasto, D, em Newton (N).

Com o valor da força de arrasto calculada para cada perfil, é utilizada a equação (1.6)

para definir o valor do coeficiente de arrasto obtido com os testes.

3.5 RESULTADO DA MEDIÇÃO DAS FORÇAS

Após a obtenção dos valores das forças para os perfis especificados, são utilizadas as

fórmulas, (3.5), (3.6) e (1.6) para a obtenção do valor do coeficiente de arrasto. A seguir serão

listados o procedimento dos cálculos e os valores encontrados para cada perfil.

O valor obtido para as forças atuantes no suporte do sistema de medição é de:

A figura 24 mostra o perfil quadrado com dimensões de 30mm x 30mm x 145mm,

posicionado no suporte do sistema de medição na seção de testes.

Figura 24 - Perfil quadrado em teste

Page 41: TCC Pedro Arnoldi 2011

41

Os resultados obtidos nas medições estão descritos na tabela 3

Tabela 3 - Resultado das forças atuantes no perfil quadrado

ESCOAMENTO D[g]

LIGADO 480

DESLIGADO 182,9

Utilizando as fórmulas (3.5) e (3.6), é encontrada a força de arrasto para o perfil

quadrado.

Com o valor da força de arrasto define-se então o coeficiente de arrasto, CD, para o

perfil quadrado utilizando a equação (1.6).

CD = Coeficiente de arrasto (adimensional);

D = Força de arrasto (N);

= Massa específica do ar a uma temperatura de 20°C (kg/m³).

U = Velocidade do escoamento (m/s);

A = Área frontal do corpo imerso (m2).

A figura 25 mostra o perfil losango com dimensões de 30mm x 30mm x 145mm,

posicionado no suporte do sistema de medição na seção de testes.

Page 42: TCC Pedro Arnoldi 2011

42

Figura 25 - Perfil losango em teste

Os resultados obtidos nas medições estão descritos na tabela 4

Tabela 4 - Resultado das forças atuantes no perfil losango

ESCOAMENTO D[g]

LIGADO 510

DESLIGADO 182,2

Utilizando as fórmulas (3.5) e (3.6), é encontrada a força de arrasto para o perfil

losango.

Com o valor da força de arrasto define-se então o coeficiente de arrasto, CD, para o

perfil losango utilizando a equação (1.6).

A figura 26 mostra o perfil triângulo equilátero considerando o lado plano como área

de ataque, com dimensões de 30mm x 30mm x 145mm, posicionado no suporte do sistema de

medição na seção de testes.

Page 43: TCC Pedro Arnoldi 2011

43

Figura 26 - Perfil triângulo equilátero com lado plano como área de ataque

Os resultados obtidos nas medições estão descritos na tabela 5.

Tabela 5 - Resultado das forças atuantes no perfil triângulo equilátero com lado plano como área de

ataque

ESCOAMENTO D[g]

LIGADO 490

DESLIGADO 181,3

Utilizando as fórmulas (3.5) e (3.6), é encontrada a força de arrasto para o perfil

triângulo equilátero com lado plano como área de ataque.

Com o valor da força de arrasto define-se então o coeficiente de arrasto, CD, para o

perfil triângulo equilátero com lado plano como área de ataque:

A figura 27 mostra o perfil triângulo equilátero considerando o lado triangular como

área de ataque, com dimensões de 30mm x 30mm x 145mm, posicionado no suporte do

sistema de medição na seção de testes.

Page 44: TCC Pedro Arnoldi 2011

44

Figura 27 - Perfil triângulo equilátero com o lado triangular como área de ataque

Os resultados obtidos nas medições estão descritos na tabela 6.

Tabela 6 - Resultado das forças atuantes no perfil triângulo equilátero com lado triangular como área de

ataque

ESCOAMENTO D[g]

LIGADO 490

DESLIGADO 188,1

Utilizando as fórmulas (3.5) e (3.6), é encontrada a força de arrasto para o perfil

triângulo equilátero com lado triangular como área de ataque.

Com o valor da força de arrasto define-se então o coeficiente de arrasto, CD, para o

perfil triângulo equilátero com lado triangular como área de ataque:

Com os valores dos coeficientes de cada perfil obtido com o teste prático, é feita a

comparação com os coeficientes tabelados. A figura 28 indica o valor de cada perfil que foi

testado. Os valores indicados para um escoamento com número de Reynolds maior que .

Page 45: TCC Pedro Arnoldi 2011

45

Figura 28 - Valores do coeficiente de arrasto para algumas formas geométricas (WHITE, 1999)

3.6 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Os resultados obtidos experimentalmente no túnel de vento apresentaram resultados

satisfatórios, apesar das diferenças relativas em todos os perfis comparados com os valores

padrões. Na tabela 7 está demonstrado o resultado experimental comparado com o padrão

fornecido por White (1999).

Tabela 7 - Comparação de resultados - experimental x padrão

Resultado experimental comparado com o valor padrão

Perfil

Padrão Experimental

CD CD

Valor Valor Diferença % Diferença

Quadrado 2,1 2,07 0,03 1,42%

Losango 1,6 1,66 0,06 3,75%

Triângulo Área Plana 2,0 2,18 0,18 8,25%

Triângulo Área triangular 1,6 1,5 0,1 6,25%

A maior diferença deu-se no perfil triangular com área de ataque plana, com uma

porcentagem de 8,25%. Essas diferenças ocorreram por vários fatores que causaram

interferências nas medições, como: o túnel de vento por ser de circuito aberto, todo ar que é

succionado, é expelido no mesmo ambiente onde são realizadas as medições, causando uma

alteração nos valores obtidos na seção de testes; a vibração proporcionada pelo

desbalanceamento do ventilador era parcialmente transmitida para o sistema de medição;

Page 46: TCC Pedro Arnoldi 2011

46

algumas partes necessitavam de um melhor isolamento. Mas mesmo com algumas

interferências, a diferença nos resultados ficou na faixa dos 1,42 e 8,25%, em comparação ao

valor padrão.

Os valores obtidos foram também comparados com os valores do Bavaresco (2010). A

comparação ocorreu apenas nos perfis quadrado e losango por ele ter realizado os testes

apenas para esses dois perfis.

Tabela 8 - Comparação de valores com Bavaresco (2010)

Resultado experimental comparado com o valor obtido por Bavaresco (2010)

Valor Experimental Valor Bavaresco (2010)

Perfil CD CD

Quadrado 2,07 2,098

Losango 1,66 1,58

Triângulo Área Plana 2,18 -

Triângulo Área triangular 1,5 -

A maior diferença ocorreu no perfil losango com um valor de 0,08. Os valores

comparados com Bavaresco (2010) apresentaram variação, pois o túnel de vento no período

de 2010 para 2011 foi desmontado e montado. Essa operação pode ter ocasionado alguma

alteração na estrutura que proporcionou um resultado diferenciado.

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47

CONCLUSÃO

As constantes inovações tecnológicas na área automobilística colocam o túnel de

vento como principal ferramenta para o desenvolvimento de novas diretrizes e conceitos

relacionados à aerodinâmica. Com a utilização desse aparato é possível mapear todas as

forças atuantes em seu deslocamento, proporcionando uma análise de quais partes devem ser

alteradas no projeto para que se consigam ótimos resultados. A indústria automobilística tem

como meta a redução da resistência dos automóveis ao “rasgar” o ar durante o seu

deslocamento, proporcionando um baixo coeficiente de atrito e conseqüentemente uma

melhor estabilidade e um menor consumo de combustível.

O túnel de vento é um aparelho utilizado para simulação do comportamento

aerodinâmico de corpos imersos em um escoamento, geralmente de ar. Os testes no túnel de

vento na UNIJUI obtiveram valores de força e coeficiente de arrasto através de experimentos

com quatro tipos de perfis - quadrado, losango, triângulo equilátero com área de ataque plana

e área de ataque triangular. Também alcançaram a velocidade real do escoamento no interior

da seção de testes utilizando o Tubo de Pitot.

Os resultados obtidos nos testes com os perfis foram comparados com valores

tabelados para cada formato utilizado. O estudo prático apresentou diferença em relação ao

estudo teórico, ficando na faixa entre 1,42 e 8,25%, dependendo do perfil. Algumas

intervenções estruturais do túnel de vento ou até mesmo do sistema de medição influenciaram

na diferença de valores. O presente trabalho descreveu a realização do experimento prático,

apresentando os parâmetros possíveis de serem analisados em um túnel de vento.

Após os testes realizados, sugere-se a reforma do túnel de vento, garantindo um

isolamento padrão a fim de melhorar o rendimento do escoamento do ar. Ainda, a realização

de testes com perfis que possam considerar as forças de sustentação e variação angular, como

por exemplo, a utilização de perfis aerodinâmicos.

Page 48: TCC Pedro Arnoldi 2011

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REFERÊNCIAS

[1] BAVARESCO, A. L, Estudo de um túnel de vento através de fluidodinâmica

computacional. Trabalho de conclusão de curso. Curso de Engenharia Mecânica.

Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. Panambi, 2010.

[2] BELLÉ, L. Experimentação e Avaliação de um Medidor de Forças Dinâmicas para

Túnel de Vento, Trabalho de conclusão de curso. Panambi, 2007.

[3] BENEDUZI, L. C, Aerodinâmica de pontes estaiadas, Trabalho de diplomação

(Graduação em Engenharia Civil). Porto Alegre, 2009.

[4] ÉGEA, F. S. O, Projeto de uma balança aerodinâmica para o túnel de vento

subsônico da FEAU, Universidade do Vale do Paraíba.

[5] CLEZAR, C. A; NOGUEIRA, A. C. R., Ventilação industrial. 2ª Edição – Florianópolis,

2009, editora UFSC.

[6] FOX, R. McDONALD, A. Introdução à Mecânica dos Fluidos - 5ª Ed. Rio de Janeiro,

RJ: LTC – Livros Técnicos Ltda, 1998.

[7] FRICKER, H. S, A simple aerodynamic balance, Bradford Grammar School, UK, 1996.

[8] INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGICA, Mecânica

dos fluidos. Disponível em: < http://www.engbrasil.eng.br/pp/mf/aula1.pdf> Acesso em

Novembro 2011.

[9] KATZ, J. Race Car Aerodynamics – Designing for speed. Bentley Publishers. [S.I.].

[10] MUNSON, B. YOUNG, D. OKUSHI, T. Fundamentos da Mecânica dos Fluidos.

Tr.2ªEd. Volume 2. Ed. São Paulo, SP: Edgard Blücher Ltda, 1997.

Page 49: TCC Pedro Arnoldi 2011

49

[11] PUCRS, Escoamento viscoso externo: forças aerodinâmicas. Disponível em: <

http://www.feng.pucrs.br/lsfm/MaqFluxo/Maqluxo/MECFLU_Cap11_Forcas_Aerodinamicas

.pdf> Acesso em Novembro 2011.

[12] WHITE, F M., Mecânica dos fluidos, 4. edição. - Rio de Janeiro : McGraw-Hill, 2002. -

570p.