Projeto de Balança Aerodinâmica para Túnel de Vento Didático

Projeto de Balança Aerodinâmica para Túnel de Vento Didático

(Parte 2 de 3)

1.° Passo: Deve-se calcular o esforço máximo que a balança irá suportar, seja em sustentação, arrasto, e/ou momento. Para isso devemos determinar qual o valor máximo de Reynolds que queremos trabalhar.

O número de Reynolds, que é um coeficiente de adimensionalização, influencia diretamente no tamanho dos túneis de baixa velocidade, e é o parâmetro mais importante para a maioria dos ensaios em túneis de vento de baixa velocidade, ou seja, para números de Mach menores que 0,3 quando a geometria é fixa. [3]

O número de Reynolds é dado pela seguinte expressão:

MAR MAXMAR cVµ onde MARρ é a massa específica do fluido,

MAXVé a velocidade do escoamento, C corda média da asa ou algumas vezes representada por ldimensão considerada do modelo, e MARµ é a viscosidade absoluta (dinâmica) do fluido . [4] Obtendo este valor para Reynolds:

2.° Passo: Uma vez que determinado o Reynolds máximo, deve-se estabelecer o tamanho da Seção de ensaio do Túnel de baixa Velocidade.

Como proposto por este trabalho determinar uma Balança Aerodinâmica adequada para instrumentação do Túnel de Vento Subsônico, apóia-se nas seguintes informações estabelecidas na Referência [1], apresentando as seguintes dimensões da Câmara de Ensaio.

Foi definido este Layout para o Túnel de Vento

Subsônico na Referência [1], baseia-se nos dados apresentados para determinar o Tamanho Máximo do modelo que poderá ser ensaiado pela Balança Externa proposta por deste trabalho.

Seção de Ensaio a) Dimensões: A seção de ensaio tem as dimensões de 0,40 m de largura, 0,40 m de altura (área de seção transversal de 0,16 m²) e 0,60 m de comprimento [1].

b) Velocidade: A velocidade máxima pretendida a ser alcançada é de 70 km/h (19,4 m/s), podendo variar por meio da variação da rotação do motor, visto o ventilador possuir pás sem variação de ângulo.[1]

Faculdade de Engenharia, Arquitetura e Urbanismo – FEAU5

Universidade do Vale do Paraíba – UNIVAP

Definições:

A envergadura Máxima do Modelo deve ser menor que 80% da largura da seção de ensaio com a razão de aspecto largura-altura em torno de 1,5 [3].

Alongamento = razão de aspecto - S

Onde S é a área da asa pode ser expressa por bCCS tr .

Ou seja, o modelo terá de largura 0,08m = 8 cm sendo 20% menor que a seção de ensaios, de altura terá 0,12m = 12 cm se apoiando em 30% a menos e de comprimento terá 0,18m = 18cm sendo 30% menor que o comprimento da câmara de ensaio . Obtendo como na literatura o valor de 1,5 de razão de aspecto.

Resultados:

Para determinar a Máxima Sustentação utilizaremos de uma semi-asa, como mostra o desenho abaixo:

Sustentação:

max2 maxmax .

1 .LMARCVSLρ=

Onde MARρ é em nível do Mar 1,2215Kg/m³ e a Velocidade considerada será de 19,44m/s [1]. O

Coeficiente de Sustentação Máximo MÁXLC= 3,5.

Tem-se: fKgLMAX.905,7= E um Coeficiente de Segurança de 12Kg.f.

Determinar o Máximo Arrasto utilizando como modelo uma maquete de um prédio, representando uma placa plana perpendicular ao escoamento permitindo arrasto máximo:

Arrasto:

max2 maxmax .

1 .DMARCVSDρ=

Considerando os corpos rombudos, barra de seção quadrada, cilindro transversal ao escoamento e placa plana normal ao escoamento

Temos: fKgD.166,0max= E um Coeficiente de Segurança de 0,400Kgf.

Faculdade de Engenharia, Arquitetura e Urbanismo – FEAU6

Universidade do Vale do Paraíba – UNIVAP

Determinar a Força Lateral Máxima que a Balança Aerodinâmica poderá suportar.

Diagrama de Força de uma Balança Aerodinâmica [6]

Assim obtemos para nosso projeto as seguintes distribuições de Carga.

Balança Aerodinâmica Externa – Representação dos Carregamentos Figura: 1

Onde A, B e C correspondem as cargas de Sustentação; E e D são as Cargas de Arrasto; F representa a Carga da Força Lateral e as distâncias a e b iram influenciar nos Momentos.

Para Determinar o Momento de Arfagem

Máximo que a Balança Aerodinâmica irá suportar, tem-se:

bLMMAXarfagem.=

Onde b = 0,20m = 0,020cm é a distância entre o ponto de fixação traseiro da balança em relação aos dois pontos frontais, Fig. (1).

Para Determinar o Momento de Guinada

Máximo que a Balança Aerodinâmica irá suportar, temos:

2 .aDMguinada=

Onde a = 0,256 = 2,56cm é a distância entre os dois pontos de fixação frontal da Balança Aerodinâmica Fig.(1).

Para Determinar o Momento de Rolagem

Máximo que a Balança Aerodinâmica irá suportar, tem-se:

2 .aLMRol=

Determinação do Material Ideal:

Através de diversas Literaturas constatou-se que o Material Ideal para a Fabricação da Balança Aerodinâmica Externa definida neste trabalho seria: Liga Alumino (Zicral) [2] , onde suas propriedades Mecânicas são:

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