A Aerodinâmica Na Engenharia

Introdução

        O objetivo da primeira prática do laboratório de aerodinâmica é medir diversas pressões no túnel de vento e determinar as suas inter-relações ou suas relações com outras variáveis do túnel de vento como frequência  do motor e velocidade do ar que passa pelo seu interior.Para isso é válido iniciar com algumas definições importantes dos conceitos utilizados no experimento.

         A pressão é definida como a força normal exercida  por unidade de área, porém existem diversos tipos de pressão.

• Pressão Absoluta: é a pressão medida em relação ao referencial absoluto (Vácuo absoluto).
• Pressão Atmosférica: é a pressão exercida pelo ar atmosférico medida em relação à um referencial, geralmente nível do mar.
• Pressão manométrica: é a diferença entre as pressões do fluido e atmosférica
• Pressão estática: é a medida da pressão de um fluido em repouso medida na fronteira do escoamento em uma direção perpendicular à ele.
• Pressão dinâmica ou relativa: é a medida da pressão de um fluido em movimento medida na direção paralela ao escoamento.
• Pressão de estagnação ou total: é a soma das medidas das pressões estática e dinâmica.

Para a prática em questão , um tubo de Pitot foi utilizado para a

obtenção  das pressões estática e dinâmica como mostrado na figura 1:

[pic 1]

Figura 1: Tubo de Pitot

Sendo Po a pressão de estagnação e P a pressão estática.

Para a determinação da pressão dinâmica usa-se a equação  de Bernoulli aplicada nos pontos 1 e 2 da figura acima:

[pic 2]

No ponto 2, o fluido não possui movimento logo . Não há deslocamento na vertical logo as energias potenciais são nulas.Com essas simplficações temos:[pic 3][pic 4]

[pic 5]

Sendo  a pressão de estagnação ou total;  a densidade do ar e   a velocidade do ar.[pic 6][pic 7][pic 8]

        A densidade do ar pode ser calculada pela relação:

[pic 9]

 P: pressão do ar Pa

R: Constante de gás para o ar P[pic 10]

T: Temperatura do ar K

Para o cálculo utilizou-se as pressões manométricas, estas foram obtidas com um manômetro  inclinado preenchido com uma mistura de querosene (12K00QU79).

[pic 11]

Sendo  a densidade do fluido;    : diferenção de comprimento entre as colunas do manômetro[pic 12][pic 13][pic 14]

: Ângulo de inclinação do manômetro.[pic 15]

[pic 16]

Figura 2: Representação esquemática do manômetro inclinado

Desenvolvimento

A pressão estática dentro da seção de teste é diferente da pressão estática ambiente devido ao fato que ao ligar o túnel de vento o princípio de Bernoulli se manifesta, o qual diz que aumentando a velocidade de um fluido a pressão local diminui, como visto pela fórmula abaixo.

[pic 17]

Tal fato foi demonstrado pelo professor ao abrir e fechar a janela da seção de teste e ao aproximar  uma folha  de papel da entrada de ar do túnel de vento e verificar que ocorre sucção da folha.

        O  fio amarrado ao tubo de Pitot permanece retilíneo durante o escoamento do ar porque este é considerado laminar e incompressível com    M= 0,3.

        As velocidades e pressões foram estimadas utilizando os fundamentos (desenvolvido na introdução) das equações (2), (3) e (4).

Medições

        A príncipio deveriam ser medidos a diferença entre  as  pressões total e estática da parede e a estática do Pitot em conjunto com a velocidade de rotação do motor. Na prática , através de um instrumento rudimentar (manômetro) foi medido a variação do comprimento da coluna de querosone que representa a diferença de pressão em conjunto com a frequência de rotação do motor do túnel de vento.

No anexo 1 encontram-se todos os dados coletados no dia da prática.        

Eis o gráfico da comparação entre as pressões estáticas do tubo de Pitot e da parede do túnel de vento.

[pic 18]

Figura 3: Gráfico comparativo das pressões estáticas

As curvas de calibração estão retratadas nos gráficos seguintes.

1. Pressão Estática do Tubo de Pitot versus Frequência do Motor

[pic 19]

Figura 4: Gráfico Pressão estática de Pitot

1. Pressão Estática da Parede versus Frequência do Motor

[pic 20]

Figura 5: Gráfico Pressão estática da Parede

Os resultados das curvas acimas podem ter sido afetados por erros de leitura, ângulo do tubo de Pitot, mau uso da instrumentação, incerteza da medida da  frequência do motor, medição da temperatura  e outras  medidas ambientais.

        O tubo de Pitot é sensível à variação de sua posição longitudinal  do eixo da seção de testes como mostra o gráfico abaixo.

[pic 21]

Figura 6: Relação entre o desvio longitudinal do tubo de Pitot e o erro de medição

        A primeira variação na pressão estática é percebida para ângulos maiores de 5º.

As curvas medidas das pressões dinâmicas e total são:

1. Pressão dinâmica do Pitot versus Frequência do Motor

[pic 22]

Figura 7: Pressão dinâmica do Pitot

1. Pressão dinâmica da Parede versus Frequência do Motor

[pic 23]

Figura 8: Pressão Dinâmica Parede

1. Curva de erros( Comparação)

[pic 24]

Figura 9: Comparação entre as pressões estáticas