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UEM UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ Engenharia Mecânica PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM TÚNEL DE VENTO SUBSÔNICO DE CIRCUITO ABERTO PARA UTILIZAÇÃO EM LABORATÓRIO DIDÁTICO Autores: Lucas Leggi Arrias Frederico Oliveira Uemura Adriana Feiden Rodolpho Raphael Bilha Gonçalves Ricardo Esteves Marrafão Maringá JULHO/2008

Túnel de Vento_DEM

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Page 1: Túnel de Vento_DEM

UEM

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ

Engenharia Mecânica

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM TÚNEL DE VENTO SUBSÔNICO DE

CIRCUITO ABERTO PARA UTILIZAÇÃO EM LABORATÓRIO DIDÁ TICO

Autores:

Lucas Leggi Arrias

Frederico Oliveira Uemura

Adriana Feiden

Rodolpho Raphael Bilha Gonçalves

Ricardo Esteves Marrafão

Maringá

JULHO/2008

Page 2: Túnel de Vento_DEM

LUCAS LEGGI ARRIAS – 36616

FREDERICO OLIVEIRA UEMURA – 36625

ADRIANA FEIDEN – 36605

RODOLPHO RAPHAEL BILHA GONÇALVES – 36632

RICARDO ESTEVES MARRAFÃO – 36602

TCC- DEQ3945

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM TÚNEL DE VENTO SUBSÔNICO DE CIRCUITO

ABERTO PARA UTILIZAÇÃO EM LABORATÓRIO DIDÁTICO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao

Departamento de Engenharia Química, curso de

Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de

Maringá, como requisito parcial para obtenção

do título de Engenheiro Mecânico.

Orientador: Prof.Dr. Júlio César Dainezi de Oliveira

Co-Orientador: Prof. Dr. Fábio Lúcio Santos

Maringá

JULHO/2008

Page 3: Túnel de Vento_DEM
Page 4: Túnel de Vento_DEM

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem os professores orientadores, o Departamento de Engenharia

Mecânica, o SENAI, a Marcenaria e Serralheria da UEM, o Departamento de Física, a Casa

do Soldador, a Aggi Têxteis, Mig Maquinas, a Split Ar, o professor Dr. Jorge Villar Ale da

PUC-RS, o professor Zacarias Martin Chamberlain Pravia do Laboratório de Ensaios em

Sistemas Estruturais (LESE) da Universidade de Passo Fundo, a todos que nos ajudaram de

alguma forma na conclusão desse trabalho e principalmente a Deus, a quem acima de todas as

coisas buscamos Glorificar e Exaltar na realização do mesmo.

Page 5: Túnel de Vento_DEM

RESUMO ARRIAS, Lucas Leggi; UEMURA, Frederico Oliveira; FEIDEN, Adriana; GONÇALVES, Rodolpho Raphael

Bilha; MARRAFÃO, Ricardo Esteves. Projeto e construção de um túnel de vento subsônico de circuito

aberto para utilização em laboratório didático. Maringá: Universidade Estadual de Maringá, 64 p. Trabalho

de Conclusão de Curso.

A aerodinâmica é o estudo dos movimentos e interações de corpos com fluidos, relativo às suas

propriedades, características e forças exercidas em contornos nele imersos. Na arquitetura, engenharia civil,

agrícola e mecânica, tal tecnologia tem sido largamente empregada, devido à maior segurança, confiabilidade e

eficiência dos projetos e a redução de custos. Para um estudo detalhado da dinâmica de fluidos em corpos é

utilizado um túnel de vento, aparelho que verifica por meio de testes e simulações a ação do ar sobre objetos, que

os atinge com diferentes velocidades. A Universidade Estadual de Maringá (UEM) e região não possuem o

equipamento túnel de vento para estudo de dinâmica de fluidos em corpos sólidos. Desta forma o presente

trabalho descreve o projeto, dimensionamento e a construção de um túnel de vento subsônico de circuito aberto e

seus instrumentos de medida, dinamômetro de mola e tubo de pitot, para a realização de experimentos tais como

a visualização do escoamento, escoamento em placa plana e cálculo da força de arrasto usando objetos de escala

reduzida. O equipamento foi construído em madeira flexível com uma base suporte de metalon. Possui câmara

de estabilização, com 500mm de comprimento, e favo de mel com células de seção quadrada de 50x50x300mm,

bocal com razão de contração próxima a 3:1 e 725mm de comprimento, seção de teste de 250x250x650mm, com

duas janelas e uma porta corrediça de acrílico, difusor com 900mm de comprimento e exaustor com três

velocidades, 800, 950 e 1100rpm, totalizando 3,15m de comprimento e aproximadamente 80cm de largura e

altura máxima, a um custo de R$380,00.

Palavras Chave: Dinâmica dos fluidos, Túnel de vento, Dinamômetro de mola, Tubo de Pitot.

Page 6: Túnel de Vento_DEM

SUMÁRIO

Lista de Ilustrações

Lista de Tabelas

Lista de Abreviaturas e Siglas

1 Introdução 12

2 Objetivo 13

3 Justificativas 14

4 Revisão bibliográfica 15

4.1 Escoamento 15

4.2 Número de Reynolds 16

4.3 Força de arrasto 17

4.4 Escoamento em placa plana 18

4.4.1 Escoamentos Uni, Bi e Tridimensionais 19

4.5 Ventiladores 20

4.6 Túnel de vento 21

4.6.1 Tipos de Túneis de vento 22

4.6.1.1 Túnel de circuito aberto 22

4.6.1.2 Túnel de circuito fechado 23

4.6.2 Partes do túnel de vento 23

4.6.2.1 Bocal 23

4.6.2.2 Difusor 25

4.6.2.3 Câmara de Testes 26

4.6.2.4 Câmara de estabilização e favo de mel 27

4.6.2.5 Visualização do escoamento 28

4.7 Tubo de Pito 29

4.8 Dinamômetro de Mola 31

5 Desenvolvimento 33

5.1 Escolha do modelo de túnel de vento 33

5.2 Determinação das praticas didáticas 33

5.3 Corpos de prova 34

5.4 Instrumentos de medida 34

5.4.1 Tubo de Pito 34

5.4.2 Dinamômetro de mola 35

Page 7: Túnel de Vento_DEM

5.5 Visualização do escoamento 35

5.6 Dimensionamento 36

5.6.1 Bocal 36

5.6.2 Seção de Teste 37

5.6.3 Difusor 37

5.6.4 Exaustor 38

5.7 Protótipo 39

5.7.1 Tubo de Pito 39

5.7.2 Túnel de vento 40

5.7.2.1 Resultados Obtidos 41

5.8 Construção e Materiais 42

5.8.1 Túnel de vento 42

5.8.1.1 Corpo do túnel 42

5.8.1.2 Base do túnel de vento 47

5.8.1.3 Instalação de porta e janelas 50

5.8.1.4 Favo de mel 51

5.8.2 Instrumentos de medida 52

5.8.2.1 Tubo de Pito 52

5.8.2.2 Dinamômetro de mola 54

6 Custos do projeto 56

7 Funcionamento e utilização 57

7.1 Visualização do escoamento 57

7.2 Medidas de velocidade 57

7.3 Força de arrasto 58

8 Considerações Finais 59

9 Referências Bibliográficas 60

Page 8: Túnel de Vento_DEM

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIGURA 4.1 Forças e momentos atuantes em um corpo genérico submerso 17

em um fluido.

FIGURA 4.2 Perfil de velocidade em placa plana 18

FIGURA 4.3 Perfil de velocidade em dutos 19

FIGURA 4.4 Escoamento em duto reto, considerado como sendo 19

unidimensional, na seção divergente se torna bidimensional

FIGURA 4.5 Perfil de velocidade real e hipotético. 20

FIGURA 4.6 Exemplo de ventilador axial 21

FIGURA 4.7 Túnel de câmara aberta 22

FIGURA 4.8 Túnel de vento de circuito fechado 23

FIGURA 4.9 Bocal de contração 24

FIGURA 4.10 Aplicação da relação de Morel modificada por Yao-xi Suo 25

FIGURA 4.11 Tipo de difusor 26

FIGURA 4.12 Câmara de estabilização 27

FIGURA 4.13 Favo de mel 27

FIGURA 4.14 Visualização do escoamento sobre um automóvel 28

FIGURA 4.15 Estrutura do tubo de Pito clássico em dutos 30

FIGURA 4.16 Forças solicitadas 31

FIGURA 4.17 Esquema da Relação 31

FIGURA 4.18 Ilustração de um dinamômetro de mola. 32

FIGURA 5.1 Formato das paredes do bocal convergente 36

FIGURA 5.2 Seção de teste e suas dimensões 37

FIGURA 5.3 Dimensões e características do difusor 38

FIGURA 5.4 Posicionamento do exaustor e dimensões do prolongado 38

FIGURA 5.5 Modelo do tubo de Pito 39

FIGURA 5.6 Processo de construção da haste em forma de “L” 39

FIGURA 5.7 Esquema de montagem 40

FIGURA 5.8 Fotos do Protótipo confeccionado 41

FIGURA 5.9 Protótipo do favo de mel e câmara de estabilização 42

FIGURA 5.10 Peças do corpo do túnel de vento 43

FIGURA 5.11 Disposição das peças na folha de compensado flexível 44

FIGURA 5.12 Dimensões e unidades das peças de madeira que formam 45

Page 9: Túnel de Vento_DEM

o quadro de sustentação

FIGURA 5.13 Peças de madeira do quadro e moldura interna da porta 45

fixados nas partes do corpo do túnel de vento

FIGURA 5.14 Aberturas para porta e janelas 46

FIGURA 5.15 Corpo do túnel de vento finalizado

FIGURA 5.16 Peças de metalon constituintes da base do túnel de vento 47

FIGURA 5.17 Base de metalon formada pelas peças 48

FIGURA 5.18 Posição das peças 48

FIGURA 5.19 Base de metalon do túnel de vento finalizada 49

FIGURA 5.20 Fixação do motor na base de metalon 49

FIGURA 5.21 Encaixe do corpo do túnel de vento na base de metalon 49

FIGURA 5.22 Dimensões, disposições, características e encaixe de porta 50

e janelas

FIGURA 5.23 Túnel de vento pintado com as portas e janelas fixadas 51

FIGURA 5.24 Dimensões e características do favo de mel e das peças 51

que o formam

FIGURA 5.25 Encaixe do favo de mal na câmara de estabilização 52

FIGURA 5.26 Dimensões das hastes do tubo de Pito 52

FIGURA 5.27 Disposição das hastes do tubo de Pito. 53

FIGURA 5.28 Dimensões do manômetro. 53

FIGURA 5.29 Dimensões finais 54

FIGURA 5.30 Projeto Dinamômetro de Mola 54

FIGURA 5.31 Dinamômetro de mola fixado no túnel de vento 56

Page 10: Túnel de Vento_DEM

LISTA DE TABELAS TABELA 6.1 – Custos dos materiais referentes ao corpo do túnel de vento 56

TABELA 6.2 – Custos dos materiais referentes ao tubo de Pito 56

TABELA 6.3 – Custos dos materiais referentes ao dinamômetro de mola 57

TABELA 6.4 – Custos totais dos materiais do projeto 57

Page 11: Túnel de Vento_DEM

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

Letras Latinas

A área característica do corpo, m²

CD coeficiente de arrasto

D força de arrasto, N

F(x) fórmula da relação Morel modificado por Yao-xi Suo

Fel força elástica, N

g aceleração da gravidade, m/s²

h diferença de altura no manômetro, m

K constante elástica da mola, N/m

L comprimento característico descrito da geometria do campo de escoamento, m

m massa, kg

Re número de Reynolds

U velocidade de corrente livre, m/s

V velocidade do escoamento do fluido, m/s

x, y, z coordenadas espaciais

t tempo

x deformação elástica da mola, m

Letras Gregas

γγγγ1 massa específica do fluido escoando no duto, kg/m³

γγγγ2 massa específica do fluido no manômetro, kg/m³

µµµµ viscosidade absoluta do fluido, kg/s.m

ρρρρ densidade do fluido, kg/m³

υυυυ viscosidade cinemática do fluido, m²/s, freqüência de radiação, 1/s

Abreviaturas

prof. professor

Dr. Doutor

Page 12: Túnel de Vento_DEM

Siglas

DEQ Departamento de Engenharia Química

TCC Trabalho de Conclusão de Curso

UEM Universidade Estadual de Maringá

Page 13: Túnel de Vento_DEM

12

1 – INTRODUÇÃO

A aerodinâmica é o estudo dos movimentos e interações de corpos com fluidos,

relativo às suas propriedades, características e forças exercidas em contornos nele imersos,

que podem ser superfícies sólidas ou interfaces com outros fluidos.

O estudo da aerodinâmica surgiu com a necessidade de melhorar o desempenho

de aviões e carros no início do século 20, no período entre guerras. A intenção era de se obter

o menor atrito possível com o ar, proporcionando altas velocidades e menor consumo de

combustível (MATOS et al, 2008). Na arquitetura, engenharia civil, agrícola e mecânica, tal

tecnologia tem sido largamente empregada, devido à maior segurança, confiabilidade e

eficiência dos projetos e a redução de custos. Hoje há uma ligação direta entre túneis de vento

e projetos de aeronaves, navios, carros, antenas, pontes, silos, prédios e outros.

Para um estudo detalhado da dinâmica de fluidos em corpos é utilizado um túnel

de vento, aparelho que verifica por meio de testes e simulações a ação do ar sobre objetos.

Onde o objeto de estudo permanece fixo e o fluxo de ar produzido atinge o mesmo com

diferentes velocidades, além do controle de temperatura e pressão em casos específicos.

Os túneis de vento apresentam diversas configurações para diferentes propósitos.

Alguns têm dimensões que permitem testar aviões em tamanho real, outros, podem apenas

testar modelos em escala. Em alguns, são estipuladas temperaturas muito baixas a fim de

simular condições de grande altitude, em outros, a temperatura é muito elevada para simular

condições suportadas por um míssil em pleno vôo.

Page 14: Túnel de Vento_DEM

13

2 – OBJETIVO

O presente trabalho visa projetar, dimensionar e construir um túnel de vento

subsônico de circuito aberto e seus instrumentos de medida, a partir de pesquisas sobre o tema

e adaptações de projetos já existentes, para visualização do escoamento do ar e seus efeitos

sobre as superfícies de objetos em escala reduzida.

Page 15: Túnel de Vento_DEM

14

3 – JUSTIFICATIVAS

Necessidade de um equipamento para servir como base no desenvolvimento de

aulas práticas, experimentos, simulações e análises em mecânica dos fluidos. A Universidade

Estadual de Maringá (UEM) e região não possuem o equipamento túnel de vento para estudo

de dinâmica de fluidos em corpos sólidos. Este equipamento será uma ótima ferramenta para

os cursos de engenharia civil, arquitetura e principalmente engenharia mecânica, propiciando

o desenvolvimento de aulas práticas, experimentos, simulações e análises em mecânica dos

fluidos, despertando o interesse de alunos e professores, possibilitando futuras pesquisas e

projetos, além de ser mais um auxílio a empresas da região.

Page 16: Túnel de Vento_DEM

15

4 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1 – Escoamento

Sabe-se que uma definição para escoamento é movimento de fluidos, dessa forma

cabe a mecânica dos fluidos analisar todos os possíveis tipos de escoamentos e classificá-los

de acordo com as suas características particulares.

Se, num campo de escoamento, varias partículas fluidas adjacentes forem

marcadas num dado instante, formarão uma linha no fluido naquele instante (FOX et al.,

2006). Observações subseqüentes da linha podem fornecer informações a respeito do campo

de escoamento e comportamento do fluido.

Segundo Fox et al. (2006) uma trajetória é o caminho traçado por uma partícula

fluida em movimento. Para torná-la visível deve-se identificar uma partícula fluida num dado

instante, por exemplo, pelo emprego de um corante ou fumaça e em seguida tirar fotografias

de exposição prolongada do seu movimento subseqüente. A linha traçada pela partícula é uma

trajetória.

Por outro lado pode-se preferir concentrar atenção num local fixo do espaço e

identificar novamente pelo emprego de corante ou fumaça, todas as partículas fluidas

passando por aquele ponto. De acordo com Fox et al. (2006), após um curto período de

tempo, ter-se-ia um número de partículas fluidas identificáveis no escoamento, sendo que

todas elas, em algum momento passaram pelo mesmo local fixo no espaço.

No escoamento permanente, a velocidade em cada ponto do campo permanece

constante com o tempo e as linhas de corrente não variam de um instante a outro (FOX et al.,

2006). Entretanto existe também o escoamento transiente que se apresenta como sendo o

oposto do escoamento permanente, já que suas linhas de corrente variam com o decorrer do

tempo.

Um escoamento laminar é aquele no qual as partículas fluidas movem-se em

camadas lisas, ou lâminas; já um escoamento turbulento é aquele no qual as partículas fluidas

rapidamente se misturam, enquanto se movimentam ao longo do escoamento, devido a

flutuações aleatórias no campo tridimensional de velocidades (FOX et AL, 2006).

Page 17: Túnel de Vento_DEM

16

Segundo Fox et al. (2006) escoamentos completamente envoltos por superfícies

sólidas são chamados escoamentos internos ou em dutos. Escoamentos sobre corpos imersos

num fluido não contido são denominados escoamentos externos. Tanto os escoamentos

internos quanto os externos podem ser laminares ou turbulentos.

4.2 – Número de Reynolds

As forças encontradas nos fluidos em escoamento incluem as de inércia,

viscosidade, pressão, gravidade, tensão superficial e compressibilidade. A razão entre duas

forças quaisquer será adimensional, gerando assim alguns grupos adimensionais muito

utilizados, de forma que o entendimento do significado físico de tais grupos aumenta a

percepção dos fenômenos estudados.

Na década de 1880, Osborne Reynolds, engenheiro britânico, estudou a transição

entre os regimes laminar e turbulento em um tubo. Ele descobriu que o parâmetro (que mais

tarde recebeu seu nome) é um critério pelo qual o regime do escoamento pode ser

determinado. Experiências posteriores têm mostrado que o número de Reynolds é um

parâmetro chave também para outros casos de escoamento (FOX et al., 2006). Dessa forma o

número de Reynolds é demonstrado pela EQUAÇÃO 4.1.

υµρ LVLV ...

Re == (EQ. 4.1)

Onde L é um comprimento característico descritivo da geometria do campo de

escoamento, ρ é a densidade do fluido, µ é a viscosidade absoluta do fluido, υ é a viscosidade

cinemática do fluido, V a velocidade do fluido.

O número de Reynolds é a razão entre forças de inércia e viscosas. Escoamentos

com grande número de Reynolds (superior a 2300) são em geral turbulentos, enquanto

escoamentos com pequeno número de Reynolds (menor que 2300) são geralmente laminares.

Vale lembrar que existe um caso especial onde para escoamentos compressíveis, com suas

condições de temperatura e pressão controladas, pode-se chegar a um escoamento laminar

com o número de Reynolds até 10000.

Page 18: Túnel de Vento_DEM

17

4.3 – Força de arrasto

O arrasto é a componente da força sobre um corpo que atua paralelamente à

direção do movimento relativo (FOX et al., 2006).

Um corpo de qualquer forma, quando imerso em um fluido em escoamento, fica

sujeito a forças e momentos (WHITE, 1986). Estas forças são três: o arrasto, que age numa

direção paralela à direção da corrente livre, e duas forças de sustentação, que agem em

direções ortogonais. A atuação destas forças no corpo causa momentos, conforme mostra a

FIGURA 4.1.

FIGURA 4.1: Forças e momentos atuantes em um corpo genérico submerso em um fluido.

Fonte: Introdução a mecânica dos fluidos, James White, 1986.

Na sua forma adimensional, a força de arrasto é expressa pelo coeficiente de

arrasto (CD) que é a razão entre a força de arrasto (D) e uma força característica associada à

pressão dinâmica da corrente livre, (1/2 ρU2), sendo ρ a densidade e V a velocidade da

corrente livre.

O coeficiente de arrasto é dado pela EQUAÇÃO 4.2:

( ) AV

DCD 221 ρ

= (EQ. 4.2)

O fator (1/2) é um tradicional tributo a Euler e a Bernoulli (WHITE, 1986). A área

característica do corpo (A) poderia ser igual a L2 (L é a dimensão linear característica do

número de Reynolds), mas é usual encontrá-la definida como: a projeção da área em um plano

perpendicular à direção da corrente livre, vista frontal, utilizada esferas, cilindros, carros,

Page 19: Túnel de Vento_DEM

18

mísseis, etc. A projeção da área no plano paralelo à corrente livre, vista de topo, utilizada em

perfis de asa e hidrofólios. E a área total de contato do corpo com o fluido, costumeiramente

utilizada para superfícies de cascos de embarcações.

4.4 – Escoamento em placa plana

Segundo Fox et al. (2006) ao se lidar com fluidos em movimento, pode-se estar

interessado na descrição de um campo de velocidade. Se for definido uma pequena partícula

fluida como uma pequena massa do fluido, que envolve um ponto qualquer, de identidade fixa

de volume, segue-se que a velocidade no ponto é definida como a velocidade instantânea da

partícula fluida que, num dado instante, está passando pelo ponto. A velocidade em qualquer

ponto do campo de escoamento é definida de modo similar. Num dado instante t, o campo de

velocidade V, é uma função das coordenadas espaciais x, y, z. A velocidade em qualquer

ponto do campo de escoamento pode variar de um instante a outro. Então a representação

completa da velocidade (o campo de velocidade) é dado por

V = V(x, y, z, t) (EQ.4.3)

Velocidade é uma grandeza vetorial, exigindo uma magnitude e uma direção para

uma completa descrição, por conseguinte o campo de velocidade é um campo vetorial.

Se as propriedades em cada ponto de um campo de escoamento não mudam com o

tempo, o escoamento é denominado permanente. Neste escoamento qualquer propriedade

pode variar de ponto a ponto no campo, mas todas as propriedades permanecerão constantes

com o tempo em cada ponto.

Outro aspecto importante é o perfil de velocidades gerado pelo escoamento, pois

da teoria de escoamentos, um fluido em movimento tem velocidade relativa igual a zero em

uma superfície sólida, sendo que essa aumenta conforme vai se afastando da superfície. Dessa

forma tem-se um perfil de velocidades como o demonstrado pela FIGURA 4.2.

FIGURA 4.2 - Perfil de velocidades em placa plana.

Page 20: Túnel de Vento_DEM

19

O mesmo efeito ocorre no escoamento em dutos, onde a velocidade do fluido nas

paredes é zero e esta vem progressivamente crescendo até atingir o valor máximo no centro

do duto, como mostra a FIGURA 4.3.

FIGURA 4.3: Perfil de velocidade em dutos

Fonte: Fox et al., 2006.

4.4.1 - Escoamentos Uni, Bi e Tridimensionais

Um escoamento é classificado como uni, bi ou tridimensional de acordo com o

número de coordenadas espaciais necessárias para especificar o seu campo de velocidade. A

EQUAÇÃO 4.3 indica que o campo de velocidade pode ser uma função de três coordenadas

espaciais e do tempo. Tal campo de escoamento é denominado tridimensional porque a

velocidade em qualquer um dos seus pontos depende das três coordenadas requeridas para se

localizar o ponto no espaço (FOX et al., 2006).

Embora a maioria dos campos de escoamento seja intrinsecamente tridimensional

deve-se levar em consideração o formato do local onde se dá o escoamento, para dizer se este

é uni, bi ou tridimensional. Na FIGURA 4.4, ao se analisar o escoamento afastado da boca de

entrada do fluido, e também longe da seção divergente pode-se considerar o mesmo como

sendo unidimensional, já que nesta seção divergente a velocidade diminui, tornando nesse

caso o escoamento bidimensional.

FIGURA 4.4: Escoamento em duto reto, considerado como sendo unidimensional, na seção divergente se torna

bidimensional

Page 21: Túnel de Vento_DEM

20

Outro aspecto a ser levado em consideração, é que todo fluido deverá ter

velocidade relativa igual a zero em uma superfície sólida, dessa forma todo escoamento a ser

considerado será então bi ou tridimensional, devida a variação de intensidade da velocidade,

que aumenta progressivamente ao afastar-se da superfície sólida. Porém uma alternativa a este

fato é considerar o escoamento como uniforme, já que neste caso numa dada seção reta a

velocidade do fluido é constante em qualquer seção transversal ao escoamento, como mostra a

FIGURA 4.5.

FIGURA 4.5: Perfil de velocidade real e hipotético.

Fonte: Fox et al., 2006.

Dessa forma pode-se chegar à conclusão de que a complexidade da análise a ser

realizada a respeito de um escoamento cresce à medida que se aumenta o número de

dimensões a serem consideradas em um escoamento, fazendo com que as hipóteses

simplificadoras sejam utilizadas, já que nesse caso uma análise mais simples pode fornecer

resultados aproximados com a precisão necessária na prática.

4.5 – Ventiladores

Ventiladores são máquinas que produzem fluxo de ar ou outros gases, com vazões

relativamente altas e pressões de operação baixas (FILHO, 2008). A utilização dos

ventiladores é muito ampla, havendo assim uma grande variedade de aplicações para uso

doméstico, comercial e industrial.

Duas definições básicas são apresentadas: uma se refere a ventilação, que é a

alteração das condições ambientais (temperatura e pressão) através do ar; e a outra é a de

ventilação forçada, que é destinada a aumentar a energia utilizável do ar pelo aumento de sua

pressão dinâmica ou cinética (FILHO, 2008).

Page 22: Túnel de Vento_DEM

21

Pode-se classificar os ventiladores em duas categorias distintas, os radiais, que são

providos de um envoltório que permite a canalização do fluido tanto à entrada quanto à saída

do rotor; e os axiais, que são constituídos por uma simples hélice destinada a movimentar o ar

ambiente. Um exemplo de ventilador axial pode ser observado na FIGURA 4.6.

FIGURA 4.6: Exemplo de ventilador axial

Fonte: Filho, 2008.

Existem certas grandezas de importância no funcionamento dos ventiladores, que

corretamente combinadas, permitem a escolha do tipo adequado do ventilador por certas

características pré-estabelecidas, dando as condições de funcionamento dos mesmos.

Tais grandezas são: número de rotações por minuto, velocidade angular, diâmetro

de saída do rotor, vazão, altura de elevação, potência e rendimentos (hidráulico, mecânico e

total).

4.6 – Túnel de vento

Túneis de vento são instrumentos de pesquisa utilizados para estudos do

movimento do ar através de objetos sólidos, onde os componentes são arranjados de maneira a

fornecer condições de fluxo e velocidades aproximadamente constantes. O primeiro estudioso

a construir um túnel de vento do modo conhecido atualmente foi Francis Herbert Wenham no

ano de 1871. São atribuídos a Wenham e seu colega de estudos Browning muitos conceitos

fundamentais. Foi a partir da criação de túneis de vento que Osborne Reynolds conseguiu

determinar alguns parâmetros, como o conhecido Número de Reynolds.

Um túnel de vento funciona através de um duto equipado com ventilador que

fornece movimento ao fluido, seja succionando ou soprando o fluido. É composto também de

Page 23: Túnel de Vento_DEM

22

instrumentos para medidas como pressão e velocidade e partes para visualização, onde são

colocados corpos de provas para experimentação. Para resultados confiáveis, o fluxo dentro

do túnel deve ser relativamente livre de turbulência. Para isso o túnel de vento é projetado

com dimensões e formatos que possam tornar o fluxo do fluido mais suave e forneça um

Número de Reynolds inferior a 2300, limite esse que determina aproximadamente a linha de

transição entre escoamento laminar e turbulento (FOX, 2006).

4.6.1 – Tipos de Túneis de vento

Existe uma diversidade de túneis de vento, que servem para uma grande

quantidade de experimentos. Estes podem ser classificados de acordo com uma série de

características: posição de construção (verticais ou horizontais), fluxo de ar, tipo da câmara

(aberta ou fechada) e velocidade do fluido (podem ser desde subsônicos até hipersônicos)

Devido a uma série de fatores (como por exemplo, o custo), neste projeto serão

analisados túneis de vento subsônicos, que se dividem basicamente em dois tipos: circuito

aberto ou fechado.

4.6.1.1 – Túnel de circuito aberto

Este túnel possui um circuito aberto onde o ar é lançado para a atmosfera após

passar pelo equipamento (FIGURA 4.7). Segundo Groff (2001) este tipo de túnel de vento

tem o inconveniente de possuir uma distribuição de velocidade do fluido pouco uniforme e

necessitar de uma maior potência de consumo no ventilador, comparado com os túneis de

circuito fechado.

FIGURA 4.7: Túnel de câmara aberta

Fonte: Armfield, 2008.

Page 24: Túnel de Vento_DEM

23

4.6.1.2 – Túnel de circuito fechado

Neste tipo de túnel obtém-se um escoamento de fluido de forma mais uniforme do

que em túneis abertos, pois o fluido percorre um circuito fechado (FIGURA 4.8). São

geralmente usados para grandes dimensões e necessitam manter um grande fluxo de entrada.

Como o fluido está contido em um circuito fechado, o mesmo está exposto a condições

diferentes da atmosférica.

FIGURA 4.8: Túnel de vento de circuito fechado

Fonte: Wind Tunnel Extreme, 2008.

4.5.2 – Partes do túnel de vento

Um túnel de vento é constituído de algumas partes que são indispensáveis. Para

que um túnel de vento funcione de forma adequada ele deve ser constituído basicamente de

bocal, câmara de teste e difusor. Pode também, ser constituída de uma câmara de

estabilização. A montagem do túnel, normalmente, é feita da seguinte maneira: câmara de

estabilização, bocal, câmara de teste e difusor, podendo apresentar configurações distintas. As

partes que compõem o túnel de vento são brevemente descritas a seguir.

4.5.2.1 – Bocal

Bocal é um componente mecânico na forma de duto, que apresenta área de seção

reta variável de acordo com o comprimento, e que é desenhado para controlar as

características do fluido. São geralmente utilizados para direcionar ou modificar o fluxo do

fluido, como apresentado na FIGURA 4.9.

Page 25: Túnel de Vento_DEM

24

FIGURA 4.9: Bocal de contração.

Fonte: NASA, 2006.

Segundo Shapiro (2002) existem dois tipos básicos de bocais: os convergentes e

os convergentes - divergentes.

Bocais convergentes são freqüentemente utilizados para aumentar a energia

cinemática do fluido com perda da energia de pressão, em casos de escoamento subsônico.

Segundo Groff (2000) o parâmetro principal de um bocal é a razão de contração entre a

entrada e a garganta (seção de área mínima). Nos túneis modernos varia entre 2 e 25. Essa

razão é obtida pela relação entre as velocidades na entrada e na saída do bocal ou a relação

entre a área na entrada e na garganta do bocal. Outro parâmetro de vital importância para o

bocal é o seu formato, para que ocorra uma contração com um mínimo de perdas em função

de choques nas paredes do bocal. Segundo Groff (2000) para determinar a forma do bocal

convergente é utilizado a relação de Morel modificado por Yao-xi Suo (EQUAÇÃO 4.4). A

FIGURA 4.10 mostra a aplicação da fórmula.

1/........)1(

))/(1(

/0........)/(

1

)(

1

1

≤≤−

≤≤−=

LxXseX

Lx

XLxseX

Lx

xF

n

n

n

n

(EQ.4.4)

Page 26: Túnel de Vento_DEM

25

FIGURA 4.10: Aplicação da relação de Morel modificada por Yao-xi Suo

Fonte: Groff, 2000.

Com a utilização de bocais não há a necessidade de utilizar-se um ventilador de

tamanho e potência maiores, exatamente pela utilização da razão de contração. Sem o uso

deste artifício ocorreria um aumento de custo na execução do projeto.

Segundo cita Bradshaw e Mehta (2008) a área de contração ou bocal deveria ser

tão grande quanto possível para se reduzir às perdas de pressão através das paredes. A área de

contração é o último componente antes da área de teste e favorece a redução de variação da

velocidade.

4.5.2.2 – Difusor

O difusor é um duto que se assemelha muito ao bocal, pois possui uma seção que

varia gradualmente de acordo com o comprimento e também é projetado para controlar as

características do fluido. Um exemplo de difusor está mostrado na FIGURA 4.11. São

geralmente empregados com a função oposta dos bocais, sendo chamado também de bocal

divergente, pois convertem energia cinética em energia de pressão. Segundo Bradshaw e

Mehta (2008) uma das funções preconizadas para túneis abertos é que difusores também

servem para se evitar problemas de arrastão nos laboratórios por causa dos jatos de ar. O

parâmetro principal do difusor é a razão de expansão, que pode ser representada pela relação

entre velocidade de entrada e velocidade de saída no difusor. Geralmente os ângulos

utilizados na divergência encontram-se num intervalo de 3° a 7°, onde é possível encontrar

uma eficiência de 90%. A tendência atual é empregar ângulos de divergência da ordem de 5°

(GROFF et al., 2000).

Page 27: Túnel de Vento_DEM

26

FIGURA 4.11: Tipo de difusor

Fonte: A2 Wind tunnel, 2006.

4.5.2.3 – Câmara de teste

A câmara de teste ou seção de teste é a região do túnel de vento onde os corpos de

prova são posicionados para os experimentos, sendo que esta região deve ter paredes que

possibilitem a visualização dos experimentos. A câmara de teste deve possibilitar o manuseio

dos corpos de prova sem que haja um desajuste no escoamento do fluido, ou seja, sem que

forneça perturbações ao escoamento. Logo é necessário que ao menos uma das paredes da

seção de teste possa abrir e que pelo menos uma das paredes seja transparente de forma a

possibilitar a observação dos fenômenos no interior do túnel de vento.

Esta região deve comportar diferentes corpos de prova e possibilitar a realização

de diferentes experimentos. Também deve sustentar os instrumentos de medida de forma

adequada.

Essa câmara deve possibilitar que o escoamento se desenvolva e se comporte de

maneira adequada ao experimento, sendo que sua seção terá dimensões iguais à da garganta

do bocal.

Uma câmara de teste é projetado de acordo com as necessidades dos

experimentos. As dimensões e formatos são projetos de maneira que as interferências no

corpo de prova sejam mínimas. Geralmente o comprimento mínimo necessário para suavizar

o escoamento a níveis aceitáveis deve equivaler a 50% do diâmetro da garganta do bocal, mas

existem casos onde são utilizados mais do que 3 vezes deste diâmetro (BRADSHAW e

MEHTA, 2008).

Page 28: Túnel de Vento_DEM

27

4.5.2.4 – Câmara de estabilização e favo de mel

A câmara de estabilização, mostrada na FIGURA 4.12, é o primeiro componente

na entrada de um túnel de vento aberto, composto basicamente, pelo favo de mel seguido por

telas anti-turbulência. Este componente é utilizado para direcionar e estabilizar o fluxo de

fluido, de modo a evitar o efeito de vórtices axiais (redemoinho), gerado pelo ventilador axial,

suavizando o fluxo da câmara de teste.

FIGURA 4.12: Câmara de estabilização

Fonte: Nasa, 2006.

O favo de mel (FIGURA 4.13) possui este nome devido a sua estrutura, que é

formada por células de vários formatos como: pentágonos, tubos, quadrados e outros. Todos

são justapostos lado a lado com certo comprimento, formando câmaras que estabilizam os

vórtices axiais.

FIGURA 4.13: Favo de mel

Fonte: Bradshaw e Mehta, 2008.

Apesar de fornecer um direcionamento no escoamento, o favo de mel traz alguma

turbulência em suas proximidades, por isso, é necessário um comprimento maior da câmara

Page 29: Túnel de Vento_DEM

28

de estabilização, para suavizar o fluxo, que pode ser auxiliado por malhas anti-turbulência,

melhorando a qualidade do escoamento na câmara de teste.

Antigamente os túneis utilizavam somente o favo de mel sem a câmara de

estabilização, o que não é ideal, mas trás grande qualidade ao escoamento na câmara de teste

(BRADSHW e MEHTA, 2008).

De acordo Bradshw e Mehta (2008) testes recentes revelaram que o comprimento

do favo deve ser de seis a oito vezes o diâmetro médio da célula, e segundo Groff (2000) a

espessura da parede das células devem estar entre 0,5 e 2,0 mm.

4.5.2.5 – Visualização do escoamento

Para alguns experimentos deve-se ter uma visualização do escoamento, como na

FIGURA 4.14, sendo necessária a adição de algum componente que nos permita visualizar o

efeito do ar sobre o corpo de prova. Para tanto, pode-se utilizar fumaça no túnel ou óleo e fios

de lã no corpo de prova, sendo mais comum, a utilização de fumaça.

FIGURA 4.14: Visualização do escoamento sobre um automóvel

Fonte: Audi World, 1999.

Para uma perfeita visualização é necessário que essa fumaça tenha algumas

características fundamentais. Deve possuir um volume constante e relativamente grande, de

modo a formar um filete contínuo, que não pode dissipar-se rapidamente no ar, mas também,

não pode permanecer por muito tempo no laboratório, a fim de evitar-se um possível caso de

insuficiência respiratória.

O dispositivo de injeção da fumaça deve fornecer um filete consistente e de

pequeno diâmetro, para não ocupar todo o túnel de vento. A densidade da fumaça deve ser

menor que o ar para que não se acumule no fundo do túnel e no chão do laboratório e deve ser

Page 30: Túnel de Vento_DEM

29

suficientemente grande para que não suba ao teto, mantendo-se sustentável na altura

requerida.

A massa específica dos emissores de fumaça deve ser adequada para reduzir os

possíveis fenômenos de flutuação, pois poderiam causar desvios na corrente estudada. Da

mesma forma, para que a fumaça não se espalhe por todo o túnel de vento é necessário que o

fluido tenha uma pressão suficiente para manter-se coeso durante a seção de teste.

As partículas que compõem o sistema de emissão de fumaça devem refletir da

melhor forma possível os raios de luz branca projetados na seção de teste.

Outro aspecto importante é que os emissores de fumaça não sejam tóxicos,

corrosivos ou perigosos para as pessoas e para o meio ambiente (ALÉ et al., 2001), uma vez

que será utilizada em um ambiente fechado e que deseja-se preservar as características do

túnel e de seus instrumentos.

É de extrema importância que as condições de luminosidade sejam adequadas, de

modo que em alguns casos é necessária a complementação da luz externa para se observar o

interior do túnel de vento e a inserção de um fundo negro atrás do experimento, como folha

carbono, que ajuda a visualizar a fumaça.

4.7 – Tubo de Pitot

A primeira notícia que se tem sobre um instrumento de medida de velocidade de

fluidos, data do ano de 1732, desenvolvido pelo físico Frances Henri Pitot (1665-1743). Seu

principal objetivo era medir a velocidade do fluxo da água no Rio Sena, que atravessa Paris.

O equipamento conhecido como tubo de Pitot não mede diretamente a velocidade,

mas determina uma grandeza que pode ser relacionada com a pressão exercida pelo fluido.

Com base neste princípio, o tubo de Pitot utiliza um dos métodos mais precisos de

determinação de velocidades (STREETER, 1982, apud MARTINEZ et al.).

Os primeiros tubos de Pitot eram bem rudimentares, compunham-se de um tubo

de vidro curvado em ângulo reto formando uma figura em L, provido de um bocal em forma

de funil, que era colocado dentro do fluxo d’água. Atualmente o tubo de Pitot possui inúmeras

aplicações, entre elas: aviação, náutica, aeromodelismo, vazão de fluxo em tubulações

Page 31: Túnel de Vento_DEM

30

industriais, estudos relacionados aos fluidos, medida de temperatura (com o aparato

necessário), simples medição de pressões, altitudes, velocidades, e também auxiliando

pesquisas meteorológicas.

O tubo de Pitot clássico usado em dutos funciona basicamente como um medidor

de pressão, com um manômetro em forma de “U”, que demonstra através da diferença ∆h

entre as colunas de líquido referente à pressão estática e total, a pressão dinâmica do fluido,

como mostra-se na FIGURA 4.15. O escoamento incide no ponto (a) pressionando o fluido do

barômetro que se desloca, na entrada em (b) é marcada a altura do fluido referente à atuação

da pressão estática, e a diferença de pressões dinâmica e estática são relacionadas com a

diferença ∆h nas alturas do fluido no manômetro.

FIGURA 4.15: Estrutura do tubo de Pitot clássico em dutos

Para um correto funcionamento do equipamento, o tubo da entrada (a) deve ficar

paralela a base do duto e o tubo da entrada (b) deve ficar perpendicular a base do duto. Em

geral o tubo de Pitot deve ser colocado em áreas de fluxo laminar, sem muita perturbação.

Para calcular a velocidade em dutos usando o tubo de Pitot é utilizado a

EQUAÇÃO 4.5, que é resultado da equação de Bernoulli nos pontos 1 e 2 da FIGURA 4.15.

(EQ.4.5)

Sendo V a velocidade do escoamento medido pelo tubo de Pitot em m/s, g a

aceleração da gravidade em m/s², h a diferença de alturas no manômetro em metros, γ1 o

Page 32: Túnel de Vento_DEM

31

massa especifica do fluido escoando no duto em kg/m³ e γ2 o massa especifica do fluido no

manômetro em kg/m³.

4.8 – Dinamômetro de mola

O dinamômetro de mola funciona baseado na Lei de Hooke, onde a força (F)

produz uma deformação (x) na mola elástica, que ao cessar da força, volta à posição inicial

devido à ação da força elástica (Fel) intrínseca à mola, como mostra a FIGURA 4.16.

FIGURA 4.16: Forças solicitadas

Segundo Tipler (1990) a intensidade da força elástica (Fel) é proporcional à

deformação (x) e é representada matematicamente pela EQUAÇÃO 4.6, sendo K a constante

elástica da mola em N/m.

Fel = K x (EQ.4.6)

Considere um corpo de massa m, acoplado a uma mola de constante elástica K,

mostrado na FIGURA 4.17. Quando o sistema corpo-mola é solicitado por uma força externa

F, a mola é deformada em uma quantidade x. Nesta situação, tem-se a ação da força elástica

(Fel) que tem a mesma intensidade e sentido contrário ao de F.

A - Posição inicial da mola. B - Posição da mola deformada de uma quantidade x, quando aplicada uma força externa F.

FIGURA 4.17: Esquema da Relação

Page 33: Túnel de Vento_DEM

32

Desta maneira, pode-se determinar a intensidade da força F pela EQUAÇÃO 4.6,

o que representa basicamente o funcionamento de um dinamômetro de mola, que é

constituído de uma mola helicoidal, tendo na sua extremidade superior um cursor que desliza

sobre uma escala previamente graduada, quando o dinamômetro é calibrado. Na outra

extremidade da mola é aplicada a força (F) que se deseja medir, como mostra-se na FIGURA

4.18.

FIGURA 4.18: Ilustração de um dinamômetro de mola.

Page 34: Túnel de Vento_DEM

33

5 - DESENVOLVIMENTO

5.1 – Escolha do modelo de túnel de vento

O modelo do túnel de vento foi determinado como subsônico e aberto com

aspiração do ar (FIGURA 4.7), devido a simplicidade de operação e facilidade de construção

em relação aos outros modelos, o que torna o projeto mais simples e barato. Este modelo

satisfaz as necessidades do curso, permitindo que experimentos simples e práticas teóricas

sugeridas sejam realizadas. Também, permite o uso do motor e da hélice do ventilador,

doados pela Split Ar aos autores do projeto.

5.2 – Práticas didáticas

A concepção do módulo túnel de vento foi baseada em alguns experimentos

básicos, a fim de se obter um túnel de vento com as características necessárias para a

realização destes, apresentando resultados confiáveis.

O critério de escolha dos experimentos foi de acordo com as necessidades básicas

de um laboratório de graduação em mecânica dos fluidos, para que dessa forma ao se utilizar

o equipamento desenvolvido, se consiga realizar as demonstrações básicas de alguns

conceitos fundamentais, como por exemplo, camada limite, força de arrasto, linhas de

corrente, escoamento permanente entre outros, e dessa forma poder proporcionar aos alunos

uma vivência prática dos conceitos teóricos estudados. Também, levou-se em consideração a

disponibilidade de recursos para o projeto e a facilidade de confecção dos equipamentos

necessários.

A visualização do escoamento é realizada aplicando-se um fino fio de fumaça na

região central do escoamento, de forma que o fio possa acompanhar uma das linhas de

corrente do escoamento, mostrando assim, o caminho percorrido por certo número de

partículas do escoamento. Esse experimento é de grande importância visual, na busca pelo

entendimento dos conceitos de linha de corrente e trajetória de um escoamento.

O escoamento sobre placa plana visa à determinação da influência das

coordenadas geométricas no campo de velocidade do fluido sobre a placa plana. Ou seja,

decorrido o período de estabilização do fluxo de ar, são realizadas medidas da velocidade do

fluido, varrendo o interior do túnel em sentido ascendente com o tubo de Pitot, de forma que

Page 35: Túnel de Vento_DEM

34

se consiga determinar o aumento da velocidade do ar, de acordo com a distância do Pitot às

paredes do túnel, que representam a placa plana.

O cálculo da força de arrasto sobre corpos de prova com diferentes geometrias,

visa demonstrar a influência da forma do corpo sobre a força de arrasto gerada pelo

escoamento. Tal força é medida através de um dinamômetro especialmente desenvolvido para

este caso.

5.3 – Corpos de prova

Para se realizar os experimentos com o túnel de vento serão necessários alguns

corpos de prova com diferentes tamanhos e geometrias.

Sendo assim, foram determinados três corpos de prova: uma pequena chapa

quadrada de madeira, um cilindro e uma esfera. A chapa de madeira será utilizada no cálculo

da força de arrasto, onde poderá ser usada na horizontal e na vertical, evidenciando bem o

efeito do arrasto sobre corpos de dimensões diferentes. O cilindro e a esfera serão utilizados

na visualização do escoamento e no cálculo da força de arrasto.

É importante salientar que tais corpos de prova não são únicos para estes

experimentos. A opção por esses modelos ocorreu devido à facilidade de fabricação. Contudo

é possível fazer análises e cálculos em carros e aviões em miniatura ou outras estruturas em

menor escala.

5.4 – Instrumentos de medida

5.4.1 – Tubo de Pitot

Para medir a velocidade do escoamento no interior da câmara de teste, foi

escolhido o tubo de Pitot. Este equipamento possui uma estrutura simples, que pode

facilmente ser construída, é fácil de operar e apresenta precisão em suas medidas.

Desta maneira, optou-se pelo Pitot clássico para medida de velocidade em dutos

(FIGURA 4.15), onde a diferença de alturas nas colunas dos manômetros é usada para

calcular a velocidade do escoamento, utilizando-se a EQUAÇÃO 4.5.

Page 36: Túnel de Vento_DEM

35

5.4.2 – Dinamômetro de mola

O dinamômetro de mola foi escolhido com base na simplicidade de construção e

funcionamento e também por apresentar um modo seguro de medir-se a força de arrasto no

perfil estudado.

O dinamômetro foi projetado de forma a atender o experimento da força de

arrasto, portanto, deve medir forças solicitadas na direção horizontal fornecida pelo fluxo de

ar. Por essa razão, foi construído um mecanismo que emprega a lei de Hooke e satisfaz as

necessidades do projeto e experimentos propostos.

5.5 – Visualização do escoamento

Para a produção da fumaça estudou-se quatro tipos emissores: gelo seco,

fumigador (utilizado pelos apicultores), máquina de fumaça e o nitrogênio líquido.

O gelo seco tem elevada densidade, possui a capacidade de “produzir frio” pode

provocar queimaduras e a fumaça tem alta duração, o que pode causar asfixia se utilizado em

ambiente fechado ou se for utilizado por muito tempo.

A fumaça utilizada pelos apicultores pode ser obtida utilizando-se serragem

grossa, sabugo de milho, serragem com óleo queimado, jornal, papel ou papelão. O fumigador

produz uma fumaça branca e fria. O seu uso torna-se impróprio para ambientes fechados e

exposições prolongadas, devido a formação de gás carbônico produzido na combustão.

As máquinas de fumaça, utilizadas em shows e eventos, empregam um fluido

composto por álcoois polifuncionais, essência, corante e água deionizada e são atóxicos.

O Nitrogênio líquido é inerte, não inflamável, não tóxico e não corrosivo. Possui a

capacidade de deslocar o oxigênio do ar (impróprio para locais fechados) e necessita de

cuidados especiais de armazenamento, devido a sua baixa temperatura.

Assim, o ideal seria a utilização de uma máquina de fumaça, mas devido ao seu

custo elevado (R$ 295,00), os testes de visualização do escoamento no protótipo e no túnel de

vento, foram realizados a partir de um fumigador, usando para fazer brasa, materiais como

jornal, folhas de papel e papelão. O fumigador foi testado na entrada do bocal e em frente da

câmara de estabilização, na entrada do favo de mel.

Page 37: Túnel de Vento_DEM

36

5.6 – Dimensionamento

No dimensionamento do túnel de vento muitos fatores foram considerados de vital

importância, entre eles os mais importantes foram a necessidade de haver um escoamento

com um mínimo de turbulência possível e uma velocidade de fluxo de vento no interior do

túnel de vento adequada, fazendo com que os experimentos propostos pudessem ser

realizados plenamente sem que haja grandes dificuldades na obtenção de dados.

5.6.1 – Bocal

Na definição das dimensões do bocal para o túnel, foi utilizado um perfil que

fornecesse uma contração de 2.9, relação entre sua entrada de 725mm e saída de 250mm, mas

fazendo também com que essa fosse suave de modo a diminuir problemas com turbulências.

Para isso foi usado um modelo de bocal idealizado por Morel e modificado por Yao-xi Suo

dado pela EQUAÇÃO 4.4. Na FIGURA 5.1 representa o perfil do bocal convergente.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

FIGURA 5.1: Formato das paredes do bocal convergente.

5.6.2 – Seção de Teste

A seção de teste foi dimensionada em forma de cilindro de seção quadrada de

250x250mm, fornecendo uma área suficiente para instalar os instrumentos de medida e

colocar os corpos de prova, possibilitando uma boa visualização e coleta de dados nos

experimentos. O comprimento de 675 mm, foi determinado a partir da necessidade de

Page 38: Túnel de Vento_DEM

37

estabilização do fluido após passar pelo bocal e da instalação do dinamômetro de mola. Para a

visualização, no final da seção de teste, foram feitas duas janelas e uma porta em acrílico

transparente. Na FIGURA 5.2 apresenta-se a seção de teste e suas dimensões.

FIGURA 5.2: Seção de teste e suas dimensões

5.6.3 – Difusor

O dimensionamento do difusor seguiu a mesma linha de raciocínio usada no

dimensionamento do bocal, pois são as partes mais críticas do túnel de vento e possuem perfis

e funções parecidas. As dimensões do difusor foram determinadas em função das dimensões

da seção de teste (entrada do ar no difusor, 250x250mm), do tamanho das hélices do

ventilador (saída do ar para o ambiente, 400x400mm) e do grau de expansão do difusor.

Logo, buscou-se compatibilizar essas dimensões com o grau de expansão ideal proposto pela

literatura, ângulo de divergência de 5°, que fornece um perfil para que a exaustão do fluido

cause o mínimo de interferência no fluxo de ar da seção de teste. Na FIGURA 5.3 apresenta-

se as dimensões e características do difusor.

FIGURA 5.3: Dimensões e características do difusor

Page 39: Túnel de Vento_DEM

38

5.6.4 – Exaustor

Como a máquina que forneceu o fluxo não foi dimensionada e apenas fora usado

os equipamentos disponíveis para tal necessidade, a determinação se deu na forma como seria

utilizada, com o intuito de ventilar ou de fazer a exaustão do ar, logo, se escolheu o modo de

exaustão. A opção de se escolher um exaustor e não um ventilador ocorre pelo fato de que em

estudo feito com ventiladores e exaustores em túneis de vento, esses se comportam de forma

semelhante no que diz respeito à velocidade e pressão que o fluxo fornece quando submetidos

a condições iguais (GROFF, 2000). Desta maneira, de acordo com o modelo de túnel de vento

escolhido há necessidade de se utilizar um exaustor.

O exaustor foi encaixado no final do difusor, ao meio de um prolongamento com

seção 400x400mm e 200mm de comprimento, como mostra-se na FIGURA 5.4.

FIGURA 5.4: Posicionamento do exaustor e dimensões do prolongado

5.7 – Protótipo

5.7.1 – Tubo de Pitot

Para verificar o funcionamento do tubo de Pitot foi construído um protótipo com

materiais alternativos, como mostrado na FIGURA 5.5.

FIGURA 5.5: Modelo do tubo de Pitot

Page 40: Túnel de Vento_DEM

39

A haste em forma de “L” para tomadas de pressão dinâmica foi construída a partir

de um tubo externo de caneta, dobrando um dos lados por meio de aquecimento, buscando o

ângulo de 90° entre as partes (FIGURA 5.6). O manômetro em forma de “U” foi formado por

uma mangueira com 5 mm de diâmetro e aproximadamente 26 cm de comprimento. Um dos

lados foi fixado na saída da haste em forma de “L” e a outra extremidade formou a haste de

tomada de pressão estática, que foi preenchida com água até uma determinada altura.

FIGURA 5.6: Processo de construção da haste em forma de “L”

Foram fixadas as hastes em um duto de papelão com seção circular de 4 cm de

diâmetro e aproximadamente 36 cm de comprimento. A haste em forma de “L” foi fixada

perpendicularmente a base do duto, onde o bocal da haste estivesse no centro do duto,

apontado contra o escoamento.

Para o teste, utilizou-se um aspirador de pó com velocidade variável, de potência

1660W, onde foi comprovado o funcionamento do tubo de Pitot, que visivelmente apresentou

mudanças na altura de coluna d’água, a medida que a velocidade era variada no aspirador.

Usando da EQUAÇÃO 4.5 foi calculada a velocidade máxima do aspirador, obtendo

aproximadamente trinta e dois metros por segundo. O esquema é mostrado na FIGURA 5.7.

5.7.2 – Túnel de vento

Foi construído um protótipo do túnel de vento com as dimensões reais do projeto,

com o propósito de:

• Visualizar a funcionalidade dos equipamentos de medida (Tubo de Pitot e

Dinamômetro de Mola) e os possíveis lugares para a sua instalação.

• Verificar como o escoamento tenderia a se comportar no duto central do túnel.

• Verificar visualmente a velocidade do fluxo de ar.

Page 41: Túnel de Vento_DEM

40

• Assegurar-se da necessidade da câmara de estabilização.

• Localizar os lugares para inserir as janelas para visualização do fluxo.

• Identificar um meio de alimentação de fumaça para visualização do

escoamento.

Na construção do protótipo foram estabelecidas três etapas: Construção do bocal,

construção do duto central, onde ficou o perfil a ser estudado, e a construção do difusor.

Depois de obtidas as três partes, todas foram coladas, formando o protótipo do

túnel de vento, o qual apresenta uma extensão total de 2,3 metros. Como mostra-se na

FIGURA 5.8.

FIGURA 5.8: Fotos do Protótipo confeccionado

5.7.2.1 – Resultados obtidos

Pode-se constatar a não adequabilidade do uso do fumigador como fornecedor de

fumaça, devido à dificuldade de usá-lo em ambientes fechados, o que gera uma impregnação

de maus odores e dificulta a respiração normal.

Nos testes feitos usando os instrumentos de mensuração, foi possível visualizar a

disposição, testar o funcionamento e corrigir os erros de fabricação ou mesmo de projeto,

principalmente no dinamômetro de mola, onde o mecanismo inicial foi totalmente reprojetado

e reconstruído, pois não apresentava resultados satisfatórios nos testes feitos.

O protótipo propiciou visualizar através da fumaça o vórtice inicial do fluxo de ar

devido à rotação da hélice, que pode ser eliminado pelo favo de mel inserido na entrada de ar

antes do bocal do túnel de vento, melhorando o escoamento no duto central. Para testar isto,

Page 42: Túnel de Vento_DEM

41

foi feito um protótipo do favo de mel, com células de 200x200mm e 300mm de largura, este

foi colocado 200mm antes do bocal em uma câmara de estabilização, como mostra-se na

FIGURA 5.9. Assim, através de uma longa fita plástica na seção de teste, foi possível

verificar a estabilização da corrente de ar no duto central, pois houve uma diferença

significativa da turbulência apresentada, apesar das células possuírem uma seção quatro vezes

maior do que a recomendada na literatura.

FIGURA 5.9: Protótipo do favo de mel e câmara de estabilização

Também foi possível constatar as dificuldades da construção do túnel real e a

familiarização do futuro túnel de vento com as dimensões propostas.

FIGURA 5.7: Esquema de montagem

Page 43: Túnel de Vento_DEM

42

5.8 – CONSTRUÇÃO E MATERIAIS

5.8.1 – Túnel de vento

A construção do túnel de vento foi realizada em quatro etapas: corpo do túnel,

base de metalon, favo de mel e instalação de porta e janelas.

O corpo do túnel e a base de metalon foram feitos na marcenaria e serralheria da

Universidade Estadual de Maringá (UEM), sendo o corpo do túnel construído pelos autores

do projeto com auxílio dos marceneiros, e a base de metalon pelos funcionários da serralheria.

5.8.1.1 – Corpo do túnel

O corpo do túnel foi construído com duas chapas de madeira compensada flexível,

com 1600x2500mm e 6mm de espessura, sendo que o comprimento de 1600mm corresponde

a parte flexível da chapa.

Nas chapas foram distribuídas as quatro partes que formam o corpo do túnel,

sendo duas peças iguais para as laterais e outras duas para a parte superior e inferior, que são

mostradas na FIGURA 5.10.

Page 44: Túnel de Vento_DEM

43

FIGURA 5.10: Peças do corpo do túnel de vento

As quatro peças possuem dimensões semelhantes, apresentando diferenças apenas

na parte do bocal e no acréscimo de 12 mm na largura das peças da parte superior e inferior,

que formam o encaixe com as paredes laterais de 6 mm de espessura. Na parte do bocal, as

peças laterais possuem a forma do perfil de contração e as peças superiores e inferiores tem a

forma da abertura do bocal, onde o comprimento é dado pela linearização do perfil de

contração, obtido pelo programa AutoCad, buscando-se um encaixe perfeito sem sobra de

material.

Devido ao comprimento do túnel e a necessidade de flexibilidade das peças, as

quatro partes do túnel foram divididas de forma a evitar que a sua união coincidisse com a

abertura da porta e das janelas. Na FIGURA 5.11 mostra-se a disposição das peças nas chapas

de compensado flexível, onde P.S. são as partes superiores e inferiores, e P.L. as laterais.

Aproveitando o espaço das chapas foram marcadas as molduras interna (M.I.) e

externa (M.E.) da porta; a base do manômetro e do tubo de Pitot (pit); e as laterais traseira

(PÇ.L.T), inferior (PÇ.I) e superior (PÇ.S), que aumentam a rigidez nos pontos de união do

corpo do túnel.

FIGURA 5.11: Disposição das peças na folha de compensado flexível

Page 45: Túnel de Vento_DEM

44

As peças foram distribuídas de maneira a otimizar o espaço da chapa e facilitar o

seu corte. O desenho no compensado foi feito utilizando-se lápis, réguas e um modelo do

perfil de contração do bocal, impresso na escala 1:1.

Seis quadros de sustentação auxiliam na rigidez da estrutura do corpo do túnel de

vento e são formados por quatro peças de madeira cacheta, com seção quadrada de 20x20mm,

onde as peças das partes superior e inferior são maiores para fixação do quadro. Na FIGURA

5.12 mostra-se a montagem do quadro e as dimensões das peças.

FIGURA 5.12: Dimensões e unidades das peças de madeira que formam o quadro de sustentação

Usando de uma serra “tico-tico” as peças da FIGURA 5.11 foram cortadas, em

seguida, lixadas e os locais para fixação das madeiras que formam os quadros de sustentação

foram marcados. As madeiras de sustentação foram coladas nas laterais do túnel. Depois da

colagem das peças superiores com as laterais, as madeiras foram coladas nas partes superiores

e pregadas, como mostra-se na FIGURA 5.13.

Page 46: Túnel de Vento_DEM

45

FIGURA 5.13: Peças de madeira do quadro de sustentação fixadas nas partes do corpo do túnel de vento

Em seguida as peças que compõem as partes laterais foram unidas, onde, em uma

foi usado a peça lateral traseira (PÇ.L.T.) colada e pregada sobre a união, de forma a ficar do

lado fora do corpo do túnel, e na outra a moldura interna (M.I.) da porta.

Passou-se cola nas paredes das peças laterais do corpo do túnel, desta maneira, as

partes foram unidas encaixando corretamente a estrutura, formando assim, os quadros de

sustentação. Estes foram pregados, começando-se pelos quadros do difusor. Assim, usando

um prego menor fixou-se os cantos da parte superior, a aproximadamente 3 mm da borda,

assentando-a nas peças laterais, repetindo-se o mesmo na parte de inferior. Por último, fixou-

se a peça inferior (PÇ.I.) no ponto em que as peças superior e inferior do corpo do túnel se

unem, de modo que a PÇ.I. ficasse centralizada com a união.

Com a cola seca, foram medidos e marcados os locais para os cortes da porta e

das janelas. A porta foi marcada em uma parte lateral e as janelas na parte superior e na lateral

oposta a da porta, como demonstra a FIGURA 5.14. Estas aberturas foram feitas inicialmente

com uma furadeira para abrir o espaço onde a serra foi colocada para terminar o corte.

Page 47: Túnel de Vento_DEM

46

FIGURA 5.14: Aberturas para porta e janelas

Enfim, obteve-se o corpo do túnel de vento finalizado como mostra a FIGURA

5.15.

FIGURA 5.15: Corpo do túnel de vento finalizado

5.8.1.2 – Base do túnel de vento

A base do túnel de vento foi construída em metalon de seção retangular 30 x 20

mm, para tal foram usados duas barras de 6 m cada, estas foram marcadas e cortadas

formando 20 peças, cotadas na FIGURA 5.16.

Page 48: Túnel de Vento_DEM

47

FIGURA 5.16: Peças de metalon constituintes da base do túnel de vento

As peças unidas da FIGURA 5.16 formaram a estrutura, conforme apresentado na

FIGURA 5.17.

FIGURA 5.17: Base de metalon formada pelas peças

As peças foram posicionadas conforme mostra a FIGURA 5.18 e soldadas locais

determinados.

Page 49: Túnel de Vento_DEM

48

FIGURA 5.18: Posição das peças

Na FIGURA 5.19 representa-se a base do túnel de vento finalizada.

FIGURA 5.19: Base de metalon do túnel de vento finalizada

Em seguida foi fixado o motor na base de metalon, por meio de três apoios já

existentes no mesmo, que foram parafusados na base, como indica a FIGURA 5.20.

Page 50: Túnel de Vento_DEM

49

FIGURA 5.20: Fixação do motor na base de metalon

Por fim, foi encaixado e fixado o corpo do túnel, através de dois parafusos e

porcas para três apoios do metalon, ou seja, nas peças 2M, 5M (próxima ao difusor), e 4M.

Como mostra a FIGURA 5.21.

FIGURA 5.21: Encaixe do corpo do túnel de vento na base de metalon

Com todos os encaixes feitos corretamente, foi separado da base de metalon o

corpo do túnel de vento, para sua pintura.

5.8.1.3 – Instalação de porta e janelas

As portas e janelas são constituídas por três placas de acrílico com 3mm de

espessura. As janelas apresentam as mesmas medidas, diferenciando somente pelo rasgo de

10x100mm, para encaixe do tubo de Pitot e guia do dinamômetro de mola, na janela superior.

A porta possuem dimensões para otimizar o uso da câmara de teste, a maior abertura possível,

através de uma maçaneta fixa na extremidades direita.

As janelas foram fixadas através de pequenos parafusos nos quatro cantos. A

porta foi encaixada entre as molduras internas, e assim, coladas as molduras externas,

permitindo somente o movimento longitudinal.

As dimensões, disposições, características e encaixe de porta e janelas, pode ser

observado na FIGURA 5.22.

Page 51: Túnel de Vento_DEM

50

FIGURA 5.22: Dimensões, disposições, características e encaixe de porta e janelas

A FIGURA 5.23 apresenta o túnel de vento pintado com as portas e janelas

fixadas.

FIGURA 5.23: Túnel de vento pintado com as portas e janelas fixadas

5.8.1.4 – Favo de mel

O favo de mel foi construído a partir de cinco folhas de papelão firme, com 2x1m

e 2mm de espessura, que foram cortadas em 30 peças menores de 725x300mm, e feito 15

rasgos de 2x150mm, em intervalos de 50mm, iniciando e finalizando por 12,5mm. Estas

peças foram encaixadas e coladas formando 196 câmaras seção quadrada 50x50mm com

comprimento de 300mm, formando o favo de mel. Na FIGURA 5.24 são apresentadas as

dimensões e características das peças e do favo de mel.

Page 52: Túnel de Vento_DEM

51

FIGURA 5.24: Dimensões e características do favo de mel e das peças que o formam

Ao final deste, o favo de mel foi encaixado na câmara de estabilização como

mostra-se na FIGURA 5.25.

FIGURA 5.25: Encaixe do favo de mal na câmara de estabilização.

5.8.2 – Instrumentos de medida

5.8.2.1 - Tubo de Pitot

Para construção da haste em forma de “L” e da haste de tomada de pressão

estática, foi utilizado um tubo de cobre com 6,4mm de diâmetro externo, 4,65mm de diâmetro

interno. A haste para tomada de pressão dinâmica possui 300mm na parte maior e 100mm na

parte menor. A haste de tomada de pressão estática foi construída com 50mm de

comprimento. As dimensões são apresentadas na FIGURA 5.26.

Page 53: Túnel de Vento_DEM

52

FIGURA 5.26: Dimensões das hastes do tubo de Pitot

A haste de tomada de pressão dinâmica foi encaixada no rasgo da janela superior,

e haste de tomada de pressão estática foi posicionada 10mm antes da seção de teste, para não

atrapalhar experimentos futuros que necessitem de rasgos na base da seção de teste, e fique

próximo da haste em forma de “L”. As disposições das hastes são mostradas na FIGURA

5.27.

FIGURA 5.27: Disposição das hastes do tubo de Pitot.

O manômetro em forma de “U” foi construído com uma mangueira de 9,2mm de

diâmetro externo e 6,2mm de diâmetro interno, o que proporcionou um encaixe justo no tubo

de cobre. Através da EQUAÇÃO 4.5, foi calculada a variação de alturas do manômetro para

que este não vaze. Assim, o manômetro foi graduado com 10cm cada lado de coluna de água,

que suporta uma velocidade de até aproximadamente 40m/s, sem sair da graduação (o que não

ocorrerá, pois o exaustor apresentara uma velocidade máxima na seção de teste de

aproximadamente 12m/s). As medidas foram dispostas de forma a visualizar a variação de

altura nas colunas da melhor forma possível. Para prender as mangueiras foram usadas 4

abraçadeiras, fixadas com parafusos em uma base de madeira de 200x180mm. O manômetro e

suas dimensões encontram-se apresentados na FIGURA 5.28.

Page 54: Túnel de Vento_DEM

53

FIGURA 5.28: Dimensões do manômetro.

Como o manômetro foi fixado em um dos apoios que sustentam o túnel,

localizado após a seção de teste, foi usado 1m de mangueira da saída do lado direito até o

encaixe na haste em forma de “L”, entrando 20 mm na haste. O tamanho de 1 m foi proposto

para facilitar o manejo da haste de tomada de pressão dinâmica em seus diferentes ajustes de

altura. Do mesmo modo, utilizou-se 47 cm da saída esquerda do manômetro até a haste de

tomada de pressão estática, totalizando 1,90 m de mangueira. A disposição geral do tubo de

Pitot é mostrada na FIGURA 5.29.

FIGURA 5.29: Representação esquemática do posicionamento do tubo de Pitot

5.8.2.2 – Dinamômetro de mola

O dinamômetro de mola foi projetado para não perturbar o escoamento do ar, por

isso foi instalado na parte exterior do túnel de vento. As dimensões do dinamômetro são

mostradas na FIGURA 5.30.

Page 55: Túnel de Vento_DEM

54

FIGURA 5.30: Projeto Dinamômetro de Mola.

Os materiais utilizados para a construção do dinamômetro foram: balança com

precisão milimétrica, calibradores de diferentes massas para estabelecer a constante elástica

da mola, mola com 100 mm de comprimento e 4 mm de diâmetro, 2 rolamentos, mangueira

transparente, tubo de aço inox AISI 316 e tubo de aço 1020 maciço.

Com testes experimentais, estabeleceu-se a constante elástica da mola fazendo

com que a mesma sustentasse diferentes massas e anotando-se o valor, em metros, da sua

deformação devido a força peso, em Newtons, através da aproximação da reta nos pontos

plotados no gráfico alongamento da mola x força peso, encontrou-se o valor de K = 5,189.

Para a construção, soldou-se no centro do eixo maciço de aço SAE 1020, com 50

mm de comprimento e 7,8 mm de diâmetro, uma haste de inox AISI 316, na horizontal, com

200 mm de comprimento, e outra haste de mesmo material, na vertical, com comprimento de

150 mm, ambas com 3 mm de diâmetro, formando um “L” no eixo maciço. Na extremidade

da haste com 200 mm, foi soldada uma mola com 100 mm de comprimento. A mola foi

envolvida por uma mangueira transparente, com o dobro do seu comprimento, e foi fixada em

uma das extremidades do tubo. A mangueira foi fixada em dois suportes de madeira, para

proporcionar um nivelamento da mola com a haste de inox quando o sistema foi montado no

túnel de vento. Em cada extremidade do eixo foi colocado um rolamento, igual ao utilizado

em “skate”, com diâmetro interno de 8 mm e externo de 16 mm, fixados com cola LOCTITE

638.

A função dos rolamentos com o eixo é reduzir o atrito entre a haste horizontal e o

túnel de vento, proporcionando um movimento livre. A mola totalmente comprimida tem 100

mm de comprimento e o tubo de acrílico que a envolve tem 200 mm de extensão. Os 100 mm

Page 56: Túnel de Vento_DEM

55

restantes da mangueira, foi graduado para possibilitar a verificação do deslocamento da

deformação da mola efetuado pela sua tração para obter a força elástica da mola, pelo valor de

deslocamento alcançado.

Montado o equipamento de medição, este foi colocado na parte superior do túnel

de vento, onde foi feito um rasgo que servirá como um trilho para a haste se locomover,

proporcionalmente com o deslocamento de deformação da mola. Na FIGURA 5.31 mostra-se

o dinamômetro fixado no túnel de vento.

FIGURA 5.31: Dinamômetro de mola fixado no túnel de vento

Page 57: Túnel de Vento_DEM

56

6 – Custos do projeto

Os materiais e custos das etapas do projeto estão relacionados a seguir, onde, na

TABELA 6.1 apresentam-se os custos dos materiais utilizados na construção do túnel de

vento, na TABELA 6.2 os custos do tubo de Pitot e na TABELA 6.3 os custos do

dinamômetro de mola.

TABELA 6.1: Custos dos materiais referentes ao túnel de vento Qtd Material Valor unitário (R$) Valor total (R$)

2 Chapa compensado flexível (1,6 X 2,5 m) 44,50 89,00 3 Tábuas de madeira cacheta 2,67 8,00 2 Barra de metalon (6 m) 16,00 32,00 1 Placa de acrílico (0,19 X 0,32 m) 10,00 10,00 1 Placa de acrílico com rasgo (0,19 X 0,32m) 35,00 35,00 4 Folha de papelão (2 X 1 m) 9,50 38,00 1 Motor monofásico (850 X 950 X 1100 rpm) 100,00 100,00 1 Hélice de ventilador 5 pás 20,00 20,00 1 Puxador 1,00 1,00 8 Porcas, parafusos, arruelas 0,50 4,00 TOTAL 337,00

TABELA 6.2: Custos dos materiais referentes ao tubo de Pitot Qtd Material Valor unitário (R$) Valor total (R$)

1 80 cm de tubo de cobre 3/8" 22,00 22,00 1 2 m de mangueira transparente 5/8" 2,50 2,50 4 Braçadeiras de inox 0,70 2,80 1 Mecanismo de controle de altura 4,00 4,00 2 Parafusos, porcas e arruelas 0,50 1,00 TOTAL 32,30

TABELA 6.3: Custos dos materiais referentes ao dinamômetro de mola.

Qtd Material Valor unitário (R$) Valor Total (R$) 1 Mola de 10 cm de comprimento 1,00 1,00 2 Rolamentos com 0,52 cm de diâmetro interno 4,00 8,00 1 Haste de aço inox de 5 cm de comprimento 1,00 1,00 1 22 cm de mangueira transparente 0,30 0,30 TOTAL 10,30

Na TABELA 6.4 apresenta-se o valor total do projeto. Como era de se esperar o

custo com os instrumentos de medida pouco influenciam no custo final.

Page 58: Túnel de Vento_DEM

57

TABELA 6.4: Custos totais dos materiais do projeto. Componente Valor Total

Túnel de vento 337,00 Tubo de Pítot 32,30

Dinamômetro de mola 10,30 TOTAL 379,60

Vale salientar que os custos totais não foram maiores devido as doações

recebidas, fazendo com que os custos do projeto se mantivessem baixos, tornando o projeto

viável para os autores.

Page 59: Túnel de Vento_DEM

58

7 – Funcionamento e utilização

O objeto a ser estudado deve ser posicionado no centro da câmara de teste, utilizando a

porta lateral. Alguns parâmetros devem ser observados, pois variam de acordo com as práticas

didáticas.

7.1 – Visualização do escoamento

O injetor de fumaça deve ser posicionado corretamente na frente do favo de mel.

A máquina de fumaça ou o fumigador devem ser alimentados com o material que irá produzir

a fumaça, tomando todo o cuidado para se evitar incêndios. O exaustor deve ser ligado antes

de se inserir fumaça no túnel.

7.2 – Medidas de velocidade

Deve-se verificar o nível de coluna de água no manômetro. Caso necessário,

adicionar água até a marcação de 5 cm, através da haste de tomada de pressão estática.

Sem o objeto na câmara de teste, deve-se colocar a haste de tomada de pressão

dinâmica no túnel como mostra-se na FIGURA 5.29. Com o exaustor ligado a variação de

pressão deve ser anotada, podendo variar a haste em diferentes alturas. Calcula-se a

velocidade através da EQUAÇÃO 4.5.

7.3 – Força de arrasto

O objeto a ser estudado deve ser fixado na haste do dinamômetro. O exaustor

deve ser ligado e a deformação da mola deve ser anotada. A força de arrasto deve ser

calculada pela EQUAÇÃO 4.6.

A cada troca de instrumento e de objeto, deve-se tomar o cuidado de não deixar

nenhuma fresta aberta no corpo do túnel por onde o ar possa entrar e perturbar o regime de

escoamento, atrapalhando assim, a realização do experimento.

Page 60: Túnel de Vento_DEM

59

8 – CONSIDERAÇÕES FINAIS

A realização do projeto leva à conclusão de que todas as etapas e objetivos

propostos inicialmente foram compridos, seguindo a risca especificações existentes e

pertinentes a túneis de vento, o que levou ao correto funcionamento do equipamento. Deve-se

observar também que o custo total do projeto foi muito inferior a túneis de vento similares,

construídos por empresas especializadas em equipamentos didáticos e de laboratório, que

apresentam um custo na casa da dezena de milhares de reais.

A construção do túnel de vento se caracteriza como um grande avanço para os

cursos da Universidade Estadual de Maringá (UEM), como engenharia civil, arquitetura e

principalmente engenharia mecânica, devido ao enriquecimento que tal equipamento trouxe

para os laboratórios dos mesmos, propiciando o desenvolvimento de aulas práticas,

experimentos, simulações e análises em mecânica dos fluidos, despertando o interesse de

alunos e professores, possibilitando futuras pesquisas e projetos, além de ser mais um auxílio

a empresas e instituições da região.

O túnel de vento foi construído em madeira flexível com uma base para suporte de

metalon, todos os componentes que constituem o projeto incluído instrumentos de medida,

foram construídos seguindo uma idéia de simplicidade, tanto na confecção quanto no

manuseio, atendo-se puramente aos experimentos propostos. A confecção do projeto abre

espaço também para melhorias nos componentes do equipamento, como a diminuição da

rugosidade interna das paredes, através de ceras ou fórmica, a instalação de um exaustor mais

potente e um inversor de freqüência, possibilitando variar continuamente a velocidade do

fluxo, a aquisição de uma maquina de fumaça, para correta visualização do escoamento, a

construção de corpos de prova específicos, como perfis naca, e o desenvolvimento de projetos

agregados, que acrescentem instrumentos de medida, estudos, simulações, analises e outros,

ou até mesmo a reformulação completa, resultando em um novo túnel de vento.

Page 61: Túnel de Vento_DEM

60

9 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

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