Relatório 3 Mecânica dos Fluidos

[pic 1]

CCT

Engenharia civil

Mecânica dos Fluídos

Prática 02 – Análise do campo de pressões ao redor de perfis aerodinâmicos

Alunos:

Turma:

Abril / 2017

Sumário

Introdução ...........................................................................03

Fundamentação Teórica ........................................................04

Metodologia da Prática ..............................................................07

Apresentação de Dados ..............................................................08

Conclusão .................................................................................09

Bibliografia ..................................................................................10

Introdução

Muitos dos aparatos empregados para a medida de pressões utilizam a pressão atmosférica como nível de referência e medem a diferença entre a pressão real ou absoluta e a pressão atmosférica, chamando-se a este valor pressão manométrica ; tais aparatos recebem o nome de manômetros e funcionam segundo os mesmos princípios em que se fundamentam os barômetros de mercúrio  e os aneroides. A pressão manométrica se expressa bem seja acima ou abaixo da pressão atmosférica. Os manômetros que servem para medir pressões inferiores à atmosférica se chamam manômetros de vácuo ou vacuômetros.

Um tipo de manômetro já com séculos de existência é o de coluna líquida. Este manômetro contém um tubo no qual se coloca uma dada quantidade de líquido, ar ou outro gás. Neste método a pressão a medir é aplicada a uma das aberturas do tubo, enquanto uma pressão de referência é aplicada à outra abertura (geralmente a pressão atmosférica). A diferença entre as pressões é proporcional à diferença do nível do líquido, em que a constante de proporcionalidade é a massa volumétrica do fluido.

Os manômetros de coluna líquida podem ser em forma de 'U' ou ter uma única coluna. Para se forçar o líquido a percorrer uma maior distância utilizam-se colunas com inclinação (uma vez que a pressão obriga a subir, o que exige um maior deslocamento no caso de a coluna estar inclinada), sendo necessário conhecer o ângulo relativo à horizontal com Precisão. Os manômetros de coluna líquida podem ser divididos em manômetros de dois ramos abertos e manômetros truncados.

Fundamentação Teórica

• Força de Sustentação:

A observação do fenômeno será efetuada adotando-se o sistema de referência fixo ao Perfil. Logo, do ponto de vista do observador o corpo sempre estará em repouso, e o fluido, em movimento. Ao passar pelo perfil aerodinâmico, o ar provocará nele o aparecimento de uma força, resultante do diferencial de pressão entre a parte superior e inferior do perfil. Essa força pode ser decomposta em duas componentes:

1. Força de sustentação ( Fs ), que é a componente normal.
2. Força de arrasto ( Fa ou Fd ), que é a resistência ao movimento relativo de um corpo sólido através de um fluido.

As hipóteses gerais, que adotaremos para a análise dessas forças são:

- Regime Permanente.

- O escoamento é incompressível.

-  Para a determinação das diferenças de pressões, desprezam-se as diferenças de cota.

A Força de sustentação pode estar presente em qualquer objeto, entretanto, o corpo destinado a provocar propositadamente essa força é o aerofólio ou perfil aerodinâmico. A explicação qualitativa mais elementar de força de sustentação é o fato da velocidade do fluido ser diferente nas duas faces do perfil, provocando o diferencial de pressões causador da força resultante. Tal fato, pode ser deduzido pela equação Bernoulli.

• Perfil de Velocidade

Quantitativamente, para um perfil de velocidade apresenta-se a seguinte análise da força de sustentação.

[pic 2]

Sendo que:

•  A = Bordo de ataque
• B = Bordo de fuga
• θ  = Ângulo de Ataque
• Farr = Força de arrasto.
• Fsust = Força de sustentação

Através da análise do campo de pressões no perfil aerodinâmico, temos, em valores médios:

[pic 3]

Sendo que:

• F = Força (N);
• A = área do perfil ( m2 )
•  Δp  = Variação de Pressões ( Pa )
• Pi = Pressão inferior ( Pi )
• Ps = Pressão Superior ( Os )

Aplicando a equação de bernoulli Temos:

[pic 4]

[pic 5]

Analisando a força de sustentação temos que:

[pic 6]

Fsus = F.cosθ

Δp = F/A

F = Δp.A

Fsus = Δp.A.cosθ

A = 9,8 cm . 9,8 cm = 96,04 cm2 = 0,009604 m2

• Montagem:

Nesta prática serão medidas as pressões ao redor de perfis, sendo utilizado o duto de ensaio de perfis. A montagem será:

1. Montar o duto de ensaio de perfis, o perfil a ser ensaiado.
2. Ligar as tomadas de pressão de 6 pontos diferentes do perfil aos manômetros necessários.
3. Ligar o tubo de prandtl ao manômetro nº 1

• Metodologia da Pratica:

Preparação do sistema:

1. Verificar se o perfil aerodinâmico está no duto regular de entrada.
2. Abrir totalmente a válvula de saída.
3. Fechar os 4 registros
4. Acionar o ventilador

Ensaio:

• O ensaio do perfil aerodinâmico constará da medida de pressão nos seis pontos de tomada de pressão do perfil, com relação á sua pressão constante qualquer. Poderá ser alterado o ângulo de ataque do perfil, verificando-se sua influência no campo de pressões.
• O perfil cilíndrico possui um só furo de tomada de pressão, mas o campo de pressões é obtido girando-se o perfil, já que isto não altera a geometria do sistema.

[pic 7]

• Apresentação dos Dados:

Âgulo	P1	P2	P3	P4	P5	P6	P s	Pi	∆p	F	Fsus
0	1862,00	1891,40	1832,60	1862,00	1773,80	1685,60	1862,00	1773,80	88,2	0,8471	0,8471
15	1940,40	2126,60	2293,20	1538,60	1548,40	1587,60	2120,07	1558,20	561,87	5,3962	5,2123
30	2146,20	2097,20	2087,40	1352,40	1421,00	1460,20	2110,27	1411,20	699,07	6,7138	5,8144
45	2332,40	2283,40	2273,60	1078,00	1156,40	1117,20	2296,47	1117,20	1179,27	11,3257	8,0085
60	2430,40	2381,40	2342,20	813,40	862,40	1029,00	2384,67	901,60	1483,07	14,2434	7,1217

[pic 8]

Conclusão

Analisando o Gráfico percebe-se que as pressões inferiores ( P1, P2 e P3 ) aumentam de acordo com a variação do ângulo em contra partida as pressões superiores ( P4, P5 e P6 ) diminuem conforme o ângulo aumenta.