O Projeto Conceitual de Túnel de Vento Aerodinâmico de Sucção
Por: Emerson Mateus Gasparetto • 10/4/2023 • Monografia • 4.183 Palavras (17 Páginas) • 65 Visualizações
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Projeto Conceitual de Túnel de Vento Aerodinâmico de Sucção
Conference Paper · January 2019
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Wilcker Neuwald Schinestzki Universidade Federal de Santa Maria 9 PUBLICATIONS 3 CITATIONS[pic 4][pic 5]
Leonardo Luz[pic 6]
9 PUBLICATIONS 2 CITATIONS[pic 7]
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Andre Luis da Silva[pic 9]
Universidade Federal de Santa Maria
58 PUBLICATIONS 86 CITATIONS
José Carlos Ignacio Gonçalves Zart Universidade Federal de Santa Maria 8 PUBLICATIONS 1 CITATION
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Artigo Original | |
Projeto Conceitual de Túnel de Vento Aerodinâmico de Sucção | |
Wilcker Neuwald Schinestzki1, Leonardo Barros da Luz1, José Carlos Ignácio Gonçalves Zart1 e André Luís da Silva2 | |
wilcker.formula@gmail.com | |
Palavras-chave Aerodinâmica Métodos semi-empíricos Projeto conceitual Rotina de projeto Túnel de vento | Resumo: Em virtude da necessidade de um Laboratório de Aerodinâmica na Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), desenvolveu-se, após uma breve pesquisa de mercado, um projeto conceitual de um túnel de vento aerodinâmico de sucção para fins didáticos. Tendo em vista os experimentos que, nele, deseja-se realizar, foi elaborada uma rotina de projeto capaz de dimensionar, por métodos empíricos e semi-empíricos, o bocal de admissão de ar, a seção de tranquilização com telas e colmeia, a seção de contração, a seção de testes, o difusor e a seção de exaustão, fornecendo a potência mínima necessária para que o conjunto motor-hélice venha a fornecer a vazão de ar necessária. Por fim, são apresentados desenhos finais do conjunto, bem como a estimativa de massa e o custo final para a execução do projeto. |
Introdução
Dada a necessidade de estabelecer requisitos técnicos para um processo de licitação destinado à fabricação de um túnel de vento para o Laboratório de Aerodinâmica da UFSM, este trabalho tem por objetivo a elaboração da etapa conceitual do projeto de túnel de vento didático, o qual deve ser capaz de atender às necessidades dos alunos e professores. Dessa forma, nesse túnel de vento, deve ser possível a realização tanto de experimentos de visualização quanto de medições de pressão, forças e momentos aerodinâmicos em modelos de asa, aeronaves em escala e afins.
De forma geral, em um projeto conceitual, busca-se gerar diferentes conceitos que satisfaçam os requisitos de projeto. Entretanto, por se tratar de uma fase inicial de projeto, são desprezados detalhes de fabricação, como escolha e resistência dos materiais, preocupando-se, apenas, com o bom funcionamento e desempenho dos principais componentes.
Visto que uma pesquisa de mercado e a definição dos requisitos básicos foram previamente determinados na etapa informacional, o escopo do presente trabalho se delimita às etapas de dimensionamento do bocal de admissão de ar, da seção de contração, da seção de testes, do difusor e da seção de exaustão, incluindo, ainda, o dimensionamento de telas e colmeias para a obtenção de um escoamento homogeneizado e com baixos índices de turbulência na seção de testes.
Métodos
Ao passo que somente os requisitos de projeto são conhecidos até então, torna-se necessário o uso de métodos empíricos e semi-empíricos, a fim de conseguir iniciar o dimensionamento do túnel de vento. Os modelos empíricos se baseiam, basicamente, em proporcionalidade. Ou seja, estima-se as demais dimensões do túnel de vento partindo das dimensões pré-fixadas como requisitos de projeto e relações geométricas de túneis semelhantes e bem-sucedidos. Em contrapartida, os modelos semi-empíricos mesclam resultados teóricos e experimentais, garantindo maior confiabilidade quando se dispõe de um número maior de informações para alimentá-los.
A metodologia utilizada consistiu na implementação de uma rotina de projeto utilizando o software MATLAB. A rotina foi alimentada com relações geométricas e modelos empíricos apresentados por Barlow, Rae e Pope (1999), equações pertinentes da mecânica dos fluidos e alguns modelos semi-empíricos apresentados por Girardi et al. (2002) e Assato et al. (2004).
Para utilizar a rotina de projeto, é preciso que o usuário forneça informações tais como dimensão do modelo a ser ensaiado, escala do modelo e número de Reynolds a ser obtido. Com base nessas informações, tornou-se possível uma estimativa das dimensões da seção de testes e da vazão de ar necessária na seção de testes. Na sequência, foram definidas as dimensões da seção de contração. Esta possui uma geometria delimitada por dois polinômios de terceira ordem que se encontram em um ponto de inflexão e cujas derivadas de segunda ordem nas extremidades são nulas, para garantir suavidade na transição entre a contração e as seções adjacentes. Em seguida, foi dimensionada a seção de tranquilização, a qual é responsável por acomodar as telas e colmeias. Estas, por sua vez, foram dimensionadas com base no número de Reynolds de operação e nos fatores de atenuação de turbulência, permitindo níveis de turbulência na seção de testes que satisfazem os requisitos de projeto. Com base nas dimensões da seção de tranquilização, foi dimensionado o bocal de admissão, cujo objetivo é evitar eventuais recirculações de ar que venham a prejudicar o bom funcionamento das telas e colmeias. Na sequência, estimou-se o difusor com base em relações empíricas, a fim de evitar intensos gradientes adversos de pressão, os quais poderiam vir a causar recirculações de ar e, consequentemente, oscilações de velocidade e pressão na seção de testes. Por fim, foi feita uma estimativa da perda de carga total do túnel de vento, o que permitiu um cálculo preliminar da potência requerida pelo motor e do rendimento do sistema motor-hélice a ser acoplado na seção de exaustão.
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