CaioPaulino_OtavioRocha - CARACTERIZAÇÃO AERODINÂMICA DE ASA COM GEOMETRIA VARIÁVEL

Prévia do material em texto

TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
CARACTERIZAÇÃO AERODINÂMICA DE ASA COM GEOMETRIA VARIÁVEL 
AERODYNAMIC CHARACTERIZATION OF WING WITH VARIABLE GEOMETRY 
 
Caio Vitor da Silva Paulino 
Otavio Rocha Lino 
Prof. Msc Eugênio Morita 
Universidade São Francisco 
otavio.lino@hotmail.com 
 
Alunos do Curso de Engenharia Mecânica, Universidade São Francisco 
Campus Itatiba 
Professor Orientador: Msc Eugênio Morita 
 
RESUMO: 
 
A aerodinâmica presente permanentemente na aviação abrange vários campos de 
pesquisa em torno da área de termo fluídos. Diversos fatores são fundamentais para a 
realização do fenômeno chamado voo, os quais quanto minunciosamente melhor analisados 
garantirá o sucesso do estudo almejado. 
Buscando caracterizar os esforços aerodinâmicos sobre uma asa de avião durante o 
voo paralelamente a realidade, será construído um protótipo de asa de uma aeronave de alta 
performance acoplando-a a um túnel de vento oferecendo uma abordagem prática 
aerodinâmica aos experimentos. 
 
PALAVRAS-CHAVE: Túnel de Vento, Força de Arraste, Força de Sustentação, 
Perfil de Asa e Aerodinâmica. 
 
ABSTRACT: 
 
The aerodynamics present permanently in aviation has several fields of research 
around the fluid term. Several factors are fundamental to the realization of the film in order to 
obtain the best possible performance for the success of the study aimed. 
Bus ifing character is aerodinetrical over a pair of aeropane in the pair in the flight or 
reallight, is built a prototype of the aircraft of a pilot of high performance coupling the 
aerodynamic to experimentation. 
 
 
KEYWORDS: Wind Tunnel, Drag Force, Lift Force, Wing Profile and Aerodynamic. 
 
INTRODUÇÃO 
 
Objetivo 
 
O objetivo do presente trabalho será desenhar, projetar, imprimir diferente protótipo 
escalar de asa de avião de alta performance com a finalidade de caracterizar seu perfil e 
geometria em relação as forças aerodinâmicas que agem em relação a asa. Paralelamente, 
enriquecer a instrumentação do túnel de vento da Universidade São Francisco. 
 
Justificativa 
 
mailto:otavio.lino@hotmail.com
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
A grandiosidade peculiar do entendimento prático da aerodinâmica, tal quanto 
conhecimento acerca de perfil e geometria de asa de avião e compreensão das particularidades 
de cada modelo de aeronave como também conhecimento prático sobre diversos processos de 
fabricação aqui descritos motivaram a produção deste trabalho. 
 
REFERENCIAL TEÓRICO 
 
Aerodinâmica 
 
A aerodinâmica é uma ramificação da física que estuda a interação do escoamento do 
ar em relação a corpos variáveis. O estudo desta ciência é um ponto nevrálgico no 
desenvolvimento e avanço tecnológico da indústria aeroespacial. (HOMA, 2010). 
O design de aviões avançou para um nível em que se exige a riqueza da experiência 
adquirida na investigação do voo. Aplicar ideias matemáticas que levam a métodos 
produtivos e fórmulas para prever o comportamento dinâmico das formas "aerodinâmicas" 
são extremamente necessários para um entendimento das consequências do escoamento do ar 
em um corpo sólido. Embora existam extensos arquivos de experiências registradas em 
aeronáutica, ainda existem muitas oportunidades para o avanço. À medida que se 
desenvolvem novas ideias relacionadas à física do voo compreende-se os pontos fortes e as 
limitações dos procedimentos existentes. (HOUGHTON, 2013) 
 
Segundo Rodrigues (2014) a aerodinâmica pode ser definida como o estudo que 
caracteriza a influência dos movimentos de fluidos gasosos em relação aos sólidos neles 
imersos. Existem 3 tópicos de estudo fundamentais para o entendimento da aerodinâmica: a 
física da força de sustentação, o número de Reynolds e a teoria do perfil aerodinâmico. 
Física da força de sustentação: basicamente, a força de sustentação garante a aeronave 
uma forma de vencer seu peso e manter-se em voo. A Figura 1 ilustra a sustentação: 
 
FIGURA 1 - Força de Sustentação. (Fonte: http://airbis.blogspot.com/2015/10/inicio-do-estudo-de-
estrutura-e.html) 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
 
Número de Reynolds 
 
Descoberto por Osborne Reynolds em 1883, o número de Reynolds (Re) é um número 
adimensional usado em mecânica dos fluidos para o cálculo do regime de escoamento (regime 
que pode ser: Laminar ou Turbulento) de um determinado fluido, podendo ser esse 
escoamento: dentro de uma tubulação ou sobre uma superfície. (STREETER, VENNARD, 
1978). 
O número de Reynolds é uma relação entre forças de inércia e forças viscosas, que 
pode ser expressa por: 
 
 (1) 
 
Onde: v representa a velocidade do escoamento de qualquer fluido [metro/segundo], ρ 
é a densidade do ar [kg/m³], µ a viscosidade dinâmica do ar [N.S/m²] e c o comprimento do 
perfil da asa dado em metros [m] (para o nosso estudo). (RODIGUES, 2014). 
Lembrando que, o c para nós é o comprimento da asa. Em outras publicações esta 
incógnita pode estar descrita de outra maneira, mais comumente é encontrado o D no lugar do 
c que significa diâmetro, onde seria o estudo do escoamento de um fluido em relação a uma 
esfera. 
 
A Influência da Asa 
 
No contexto de um estudo aerodinâmico de uma aeronave, o dimensionamento da 
geometria da asa é fundamental. Para cada tipo de projeto e aplicação seleciona-se um perfil 
geométrico diferente, que influencia diretamente o voo. O número de asas também é variável. 
Um monoplano possui um único par de asas, já o biplano possui dois. 
É correto afirmar que a compreensão do tipo de aeronave e o voo, no qual ela será 
submetida, é primordial para a definição do modelo geométrico do perfil. 
De maneira geral, a asa já presente no túnel de vento denominamos como um perfil 
para fins acadêmicos, ou seja, é útil para experimentos qualquer, porém não se assemelha com 
uma asa real. O projeto da asa do estudo foi definido através de uma aeronave militar, de alta 
performance, ou seja, real, com uma tentativa de trazer mais a realidade para o experimento. 
 
Forças de arrasto e sustentação 
 
O arrasto é a componente da força sobre um corpo que atua paralelamente na direção 
do movimento relativo. Ao discutir-se a necessidade de resultados experimentais na mecânica 
dos fluidos, é considerado o problema de determinar a força de arrasto. (FOX, 1981). 
É comum, um corpo enfrentar alguma resistência quando é forçado a se mover através 
de um fluido. Um fluido pode exercer forças e momentos em um corpo em várias direções e 
sentidos. A força exercida no corpo na direção do fluxo é chamada de arrasto. Esta força - 
geralmente causa um efeito indesejável – e o objetivo principal é minimizar sua intensidade. 
A redução do arrasto está intimamente associada à redução do consumo de combustível em 
automóveis, submarinos e aeronaves; maior segurança e durabilidade de estruturas sujeitas a 
ventos fortes; e redução de ruído e vibração. Os componentes das forças de cisalhamento de 
pressão e da parede na direção normal para o fluxo tendem a mover o corpo nessa direção, e 
http://www.engquimicasantossp.com.br/2012/07/osborne-reynolds.html
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
sua soma é chamado lift (sustentação). Ambos, sustentação e arrasto, são fortes funções do 
ângulo de ataque. A diferença de pressão entre as superfícies superior e inferior da asa gera 
uma força ascendente que tende a levantar a asa. (ANDERSON, 2010) 
Segundo Rodrigues (2014), a força de sustentação representa a maior qualidade que 
uma aeronave possui em comparação com os outros tipos de veículos e define a habilidade de 
um avião se manter em voo. Basicamente, a força de sustentação é utilizada como forma de 
vencer o peso da aeronave e assim garantir o voo. Alguns princípios físicos fundamentaispodem ser aplicados para se compreender como a força de sustentação é criada, dentre eles, 
podem-se citar principalmente a terceira lei de Newton e o princípio de Bernoulli. Quando 
uma asa se desloca através do ar, o escoamento se divide em uma parcela direcionada para a 
parte superior e uma para a parte inferior da asa. Como mostra a figura 2. 
 
FIGURA 2 – Sentido da força em relação ao ar. (RODRIGUES, 2014) 
 
 
 
 
Geometria da Asa 
 
A compreensão da influência da geometria da asa nos aspectos de desempenho 
presentes no voo é elementar para o projeto de uma aeronave, a figura 3 ilustra a asa vista de 
duas direções, a parte inferior direita mostra a vista da frente olhando para a borda de ataque 
da asa, e a parte inferior esquerda mostra uma vista lateral da esquerda olhando para a linha 
central. A vista lateral mostra uma forma de perfil aerodinâmico com a aresta à esquerda. 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
FIGURA 3 - Geometria da asa. (Fonte: https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/geom.html) 
 
 
Foi buscado inicialmente no estudo de uma maneira geral familiarizar-se com os 
termos que caracterizam a geometria do perfil, como também entender as principais ações que 
cada detalhe causa sobre um voo, como seria demonstrado isto num voo e posteriormente no 
experimento. 
É ressaltado aqui a tradução dos termos nesta imagem utilizada no trabalho. 
A corda representa o comprimento do perfil, como já dito inicialmente, utilizada para 
encontrar o Número de Reynolds. A envergadura S, importante para termos o valor da área da 
asa A variável estas empregadas no cálculo da força de sustentação. 
 
 
Ângulo de ataque 
 
É definido como ângulo de ataque o valor da rotação do perfil da asa em torno do 
próprio. Praticamente, há uma alteração no ângulo de ataque do avião ao decolar, momento 
cruzeiro e aterrissagem. 
Pode-se diferenciá-los de algumas maneiras como ângulo de taque induzido, sendo 
quando a sustentação é reduzida, e faz com que o vento relativo na proximidade da seção do 
aerofólio seja inclinado ligeiramente para baixo. O ângulo de taque real que existe entre a 
corda e o vento local é o ângulo de ataque efetivo. (ANDERSON, 2010). Exemplificado na 
figura 4. 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
FIGURA 4 - Ângulo de Ataque. (Fonte: http://canalpiloto.com.br/teorias-rotativas-02/) 
 
 
Túnel de vento 
 
Equipamentos que permitem aos pesquisadores obter experimentos práticos com 
escoamento de ar sobre a superfície do objeto de interesse a partir de elementos em escalas 
reduzidas, avaliando as forças que neles atuam e sua interação com o fluxo de ar. 
Algumas limitações foram nitidamente notadas ao longo dos experimentos e avanços 
nas pesquisas, como a velocidade, posição do corpo e variáveis indesejadas e a própria 
preparação do equipamento. Então surge o túnel de vento propondo um funcionamento mais 
simples que consiste em uma passagem fechada o qual o ar é conduzido por um ventilador ou 
qualquer sistema de acionamento apropriado. (BAALS, CORILISS, 1981). 
 
Existem dois tipos principais de túnel de vento: de circuito aberto e circuito fechado. 
Sendo aberto os quais possuem determinada entrada de ar e determinada saída de ar, onde a 
análise do material é feita acoplada no meio. Tuneis de circuito fechado conservam tem uma 
ligação entre entrada e saída não dispensando o fluido utilizado. 
 
Túnel de vento utilizado nos experimentos 
 
Basicamente, caracterizamos estruturalmente e geometricamente o túnel utilizado no 
experimento como aberto e tecnicamente pelo seu ventilador centrífugo acoplado na saída de 
acordo com o descritivo tabela abaixo: 
 
Fabricante: Arno 
Potência: 7,5 CV 
Frequência: 60 Hz 
Rotação: 1750 RPM 
Tensão: 220/380 V 
Modelo: ET 112 LX 
Posição Construtiva: CCW-90 
Arranjo: 4-SWSI 
 
O túnel de vento, ilustrado na figura 5 com geometria de circuito aberto é 
caracterizado com tubulações quadradas na sucção com área de 0,015m² e na descarga com 
área de 0,0837m² acopladas a um ventilador centrifugo que direciona o fluxo de ar. 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
FIGURA 5 – Túnel de vento da Universidade São Francisco. (FONTE: próproia) 
 
 
 
 
METODOLOGIA 
 
Tipo de pesquisa 
 
A pesquisa da caracterização de perfis de asa de aeronaves, tem como objetivo 
disponibilizar um acervo de adimensionais de asas para experimento no túnel de vento da 
Universidade São Francisco. 
A asa projetada será baseada em perfil de aeronave real, com o intuito de trazer uma 
abordagem prática aos experimentos, ou seja, ao submeter uma das asas no túnel de vento, 
poderá se comparar características aerodinâmicas do voo de diferentes aeronaves, tornando 
possível uma aula prática de fluido-mecânica com uma gama de informações extremamente 
pertinente ao curso de engenharia mecânica. 
Ao observar todas as características da pesquisa já citadas, pode-se afirmar, sem 
qualquer dúvida, que se trata de uma pesquisa de caráter aplicado, pois tem-se um problema 
especifico ao qual, quer se propor uma solução. 
 
Abordagem 
 
Pode-se notar que a pesquisa será baseada na coleta de dados e comparação entre eles, 
por isso, será realizada uma abordagem quantitativa, pois tudo na pesquisa será quantificado, 
calculado e comparado antes de qualquer conclusão. 
Neste tipo de abordagem é fundamental que as equações definidas para a realização da 
expectativa teórica sejam corretas e que contemplem todas as particularidades do 
experimento, garantindo que toda a parte experimental seja abordada nos cálculos, 
minimizando a diferença entre os resultados teóricos e dados práticos. 
Também se faz necessário que os instrumentos de medição do laboratório estejam 
aferidos e que transpareçam a realidade do experimento, pois qualquer equívoco na coleta dos 
dados ocasionará uma discrepância atípica dos resultados teóricos-experimentais, tornando a 
comparação final irreal. 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
No caso do experimento, existe um fator extremamente importante a ser acrescido 
para garantir uma análise quantitativa correta: a rugosidade da asa. Os perfis de asa devem ter 
uma rugosidade baixa, de modo a não influenciar no escoamento do ar sobre o perfil. 
Por fim, pode-se concluir para que a abordagem quantitativa do trabalho tenha sucesso 
é necessário fazer um equacionamento que contemple toda a realidade experimental, garantir 
que os dados obtidos no túnel de vento transpareçam a verdade e controlar a rugosidade até 
que ela tenha uma influência desprezível no experimento. 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
 
 
Fluxograma do processo de pesquisa 
 
 
 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
 ETAPA 0 – CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO 
 
O início da construção prática do trabalho foi marcado pela fabricação de um protótipo 
semelhante a asa já instalada. A ideia foi conhecer os processos de fabricação e suas 
limitações a fim de mesclar as ideias já contidas para construção de uma nova asa dentro da 
realidade material, onforme imagem xx, onde foi observado os parâmetros ideais da 
impressão, limitações da prototipagem quanto a geometria, segue ilustração da figura 6 do 
momento da impressão. 
 
 
FIGURA 6 – Momento da impressão do protótipo. (FONTE: próproia) 
 
 
 
Foi notado aspectos importantes sobre a rugosidade, possíveis obstruções nos canais 
internos para tomada de pressão, posição dos furos e a verificação de possibilidade de encaixe 
de conectores pneumáticos na face externa do flange afim de facilitar a conexão das vias ao 
manômetro U do túnel de vento. Segue figura 7 do protótipo. 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
FIGURA 7 – Protótipo de asa semelhante à existente. (FONTE: própria) 
 
 
Na seguinte etapa,a impressão foi particionada em asa e flange de acoplamento, onde 
foi decidido que para a próxima impressão poderia utilizar do mesmo flange, e imprimir 
apenas o corpo da asa, ideia motivada para redução de tempo e material da futura impressão. 
Não se obtive resultado esperado para o proposto por uma questão de vedação das partes 
afetando os testes, segue figura 8 do flange. 
 
FIGURA 8 – Flange de acoplamento. (FONTE: própria) 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
 ETAPA 1 
 
Assim como descrito no fluxograma, a primeira etapa realizada foi a definição do tipo 
de perfil de asa projetado. 
O projeto baseou-se em um modelo de asa real, visando trazer situações praticas 
possíveis no meio externo para o laboratório. A geometria e perfil da asa teve como referência 
a aeronave militar russa Sukhoi Su-33, de uso naval em porta-aviões. A escala de redução do 
protótipo é de aproximadamente 1:70. Vide figura 9. 
A escolha da aeronave foi motivada pela observação da geometria de sua asa ser 
caracterizada como variável e ao mesmo tempo conter as geometrias necessárias cabíveis de 
impressão. Como já dito, a asa instalada apresenta um perfil totalmente demonstrativo para 
fins de estudos sem ligação com a realidade. A medida que quanto mais próximos de uma asa 
real torna o experimento mais interessante e o entendimento dos dados facilitados. 
 
FIGURA 9 - Sukhoi Su-33 – Flanker 3D em simulação de voo. (FONTE: 
https://www.digitalcombatsimulator.com) 
 
 
 ETAPA 2 
 
Fazia-se necessário uma listagem dos recursos necessários para a fabricação do 
protótipo. 
 Os materiais necessários definidos foram: 
 Impressora 3D. 
 Filamento de PLA 
 Adesivo de contato CASCOLA 
 Massa plástica com catalisador 
 Lixa para acabamento 
 Tinta 
 Conectores pneumáticos 
 Ferramentas de controle e medição 
 
Boa parte destes recursos encontravam-se disponíveis para uso na universidade e o 
restante não demandava alto custo, tornando a prototipagem financeiramente possível. 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
 
 ETAPA 3 
 
Definido o modelo de asa e os recursos necessários, o passo seguinte foi projeta-la 
com um dimensionamento adequado de montagem no túnel de vento, conservando-se ao 
máximo as proporções e geometria da asa da aeronave. A técnica utilizada foi a modelagem 
de uma vista plana do extradorso em plataforma CAD 2D. A imagem 10 ilustra o projeto do 
desenho técnico 2D. 
 
 FIGURA 10 – Projeto técnico base 2D. (FONTE: Própria) 
 
 
Os pontos de pressão não estão indicados como intradorso 1 e 2-parte inferior da asa e 
extradorso 1 e 2-parte superior da asa. Não há norma ou indicação devida a posição dos 
pontos de pressão na asa, é proposto a posição conveniente para o estudo específico. Foi 
definido estes pontos nas respectivas posições pois são pontos importantes tendo como meta 
acompanhar o escoamento do ar sobre a asa, um sendo mais próximo do acoplamento e outro 
na parte intermediária da asa, os dois próximos ao bordo de ataque. Com o esboço das 
entidades representando o contorno externo e detalhes construtivos da asa já em escala real de 
impressão o próximo passo foi a criação da peça no solidworks, a escolha do programa se deu 
por conta que o mesmo exporta o sólido no formato qual o software da impressora 3D realiza 
leitura do trabalho e também pela versatilidade do programa, conforme imagem 11 abaixo. 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
FIGURA 11 – Projeto técnico base 3D. (FONTE: Própria) 
 
 
 ETAPA 4 
 
Com o projeto feito já era possível a impressão 3D da asa. Os parâmetros de impressão 
utilizados foram os seguintes: 60% de preenchimento, modo de impressão interno e externo 
retilintar-esta estratégia de impressão se deu por conta de uma economia de tempo, de forma 
que o preenchimento garantisse a robustez da asa sem demandar muito tempo e também gasto 
excessivo de material, basicamente reduzindo o preenchimento em modo retilíneo (camada 
por camada em xadrez). Avanço de operação 100% da velocidade possível. Temperatura de 
190ºC na extrusora e 60ºC na mesa, que é a temperatura ideal para o material de impressão, 
PLA. 
O tempo de impressão foi de aproximadamente 12 horas e o resultado foi satisfatório, 
com exceção da rugosidade, a qual previsto e já definida a necessidade de retrabalho para 
redução qualitativamente da mesma. 
 
 ETAPA 5 
 
Na decorrente etapa foi justificada a melhoria do acabamento com aplicação massa 
plástica corrida na superfície da peça, conforme imagem 12 abaixo. 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
FIGURA 12 – Asa final com aplicação de massa corrida plástica. (FONTE: própria) 
 
Em uma espécie de ajustagem, lixou-se e pintou-se posteriormente, obtendo-se uma 
rugosidade máxima de 9,2 Rz, fazendo-se uma análise qualitativa desta rugosidade, conclui-se 
que é adequada ao experimento compreendendo que, no contexto industrial é assumido a 
rugosidade máxima para perfis brunidos o valor de 12 Rz, deste modo, pode-se afirmar que o 
acabamento superficial da peça está equiparado ao um perfil brunido, onde a rugosidade é 
primordial e baixa como uma camisa para cilindro pneumático por exemplo. Tendo um valor 
escalar de 12 um referencial satisfatório. Segue imagens abaixo dos resultados obtidos. 
 
NOTA RZ: Rugosidade média analisando 5 medições. Valor atribuído exclusivamente 
para analogia com outras aplicações em que qualitativamente teríamos a convicção de não 
comprometimento nos testes. 
 
Seguindo o processo, segue imagem 13 de asa durante a pintura e logo em seguida 
uma foto, imagem 14 da asa finalizada, foto essa tirada logo após os experimentos. 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
FIGURA 13 – Asa final com aplicação de massa corrida plástica. (FONTE: própria) 
 
 
FIGURA 14 – Asa final com aplicação de massa corrida plástica. (FONTE: própria) 
 
 
Com a asa pronta, conforme projetada era possível realizar os experimentos práticos 
no túnel de vento, onde foi analisado diversos pontos interessantes acerca do escoamento do 
ar sobre o perfil, destacados e comentados na próxima etapa. 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
 
 ETAPA 6 
 
Com a asa montada no túnel de vento foi realizado o ensaio e com a variação no 
ângulo de ataque foi anotado a pressão em mmca e também em Pa e a partir disto, calculado o 
diferencial de pressão em cada ponto de tomada, pontos estes denominados: extradorso 1, 
extradorso 2, intradorso 1 e intradorso 2 indicados na figura 10. Resultados obtidos na tabela 
1: 
 
Tabela 1: Dados do ensaio em túnel de vento. 
Ângulo 
de ataque 
[°] 
Extradorso 
1 [mmca] 
Extradorso 
2 [mmca] 
dp 
Extradorso 
[mmca] 
dp 
Extradorso 
[Pa] 
Intradorso 
1 [mmca] 
Intradorso 
2 [mmca] 
dp 
Intradorso 
[mmca] 
dp 
Intradorso 
[Pa] 
0 157 157 0 0 153 124 29 284 
10 202 188 14 137 114 97 17 167 
20 251 212 39 382 65 74 -9 -88 
30 253 206 47 461 60 78 -18 -177 
40 244 214 30 294 72 72 0 0 
50 247 222 25 245 69 65 4 39 
FONTE: Própria 
 
A partir desta tabela foi criado o gráfico 1, ilustrado logo abaixo que compara o 
diferencial de pressão entre os pontos 1 e 2 do extradorso e dos pontos 1 e 2 do intradorso, 
pressão. 
 
 
Gráfico 1: Diferencial de pressão extradorso-intradorso. 
 
FONTE: Própria 
 
No gráfico 1 percebe-se que o diferencial de pressão se comporta de maneira 
inversamente proporcional no intradorso e extradorso da asa. Deve-se ao fato de o perfil da 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
asa proporcionar a maior diferença de pressão no intradorso no ponto 0 e conforme varia o 
ângulo de ataque positivamente, aumenta-se também a pressão exercida em todo o extradorso 
da asa, fazendo com que o diferencial diminua. É importante salientar que o manômetro em U 
do túnel de vento é indicado para diferencialde pressões, pois ao avaliar a pressão em único 
ponto, quanto menor o valor indicado, maior é a pressão, visto que, a força do ar no local 
pressionado ira afastar o liquido expositivo da mangueira, fazendo com que o valor indicado 
no ponto de maior pressão seja menor. Segue imagem xx da asa finalizada. 
 
Na tabela 2 abaixo, os dados foram rearranjados para gerar um gráfico de análise do 
diferencial de pressão entre os pontos 1 e 2, ou seja, comparar o comportamento aerodinâmico 
a partir da diferença de pressão entre o ponto 1 do extradorso com o ponto 1 do intradorso e o 
mesmo método para o ponto 2. 
 
Tabela 2: Diferencial de pressão 1 e 2. 
Ângulo 
de 
ataque 
[°] 
Extradorso 
1 
Intradorso 
1 
dp 1 
[mmca] 
dp 1 
[PA] 
Extradorso 
2 
Intradorso 
2 
dp 2 
[mmca] 
dp 2 
[PA] 
0 157 153 4 39 157 124 33 324 
10 202 114 88 863 188 97 91 892 
20 251 65 186 1824 212 74 138 1353 
30 253 60 193 1893 206 78 128 1255 
40 244 72 172 1687 214 72 142 1393 
50 247 69 178 1746 222 65 157 1540 
FONTE: Própria 
 
A partir desta tabela foi criado o gráfico 2, que ilustra a comparação entre os 
diferenciais de pressão nos pontos 1 e 2. Grafico 2: 
 
Gráfico 2: Diferencial de pressão em ambos pontos 1 e 2. 
 
FONTE: Própria 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
 
No gráfico 2 é perceptível que até 20° de ângulo de ataque o comportamento é 
proporcional entre os pontos comparados, mas a partir dos 30° o escoamento dos pontos 1 e 2 
não são mais proporcionais devido ao ponto de estol, ou seja, o escoamento do ar ao longo da 
asa deixa de acompanhar sua geometria, isto não impacta no diferencial do intradorso-
extradorso, porem ao se analisar o diferencial entre os pontos nota-se o impacto deste 
fenômeno. 
 
NOTA ESTOL: Perda de sustentação da asa causada após o ângulo de ataque máximo. 
Momento onde o ar se desprende totalmente do extradorso e ou intradorso. 
 
Na tabela 3 os dados foram novamente ajustados para gerar um gráfico de comparação 
entre as pressões no intradorso e extradorso. 
 
Tabela 3: Pressões individuais intradorso-extradorso. 
Ângulo de 
ataque [°] 
Extradorso 1 
[mmca] 
Intradorso 1 
[mmca] 
Extradorso 2 
[mmca] 
Intradorso 2 
[mmca] 
0 157 153 157 124 
10 202 114 188 97 
20 251 65 212 74 
30 253 60 206 78 
40 244 72 214 72 
50 247 69 222 65 
FONTE: Própria 
 
A partir desta tabela foi gerado o gráfico 3, que ilustra o comportamento aerodinâmico 
no intradorso e extradorso, desta vez, tendo como referência a pressão em cada ponto. Grafico 
3: 
Gráfico 3: Pressões na asa. 
 
FONTE: Própria 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
Antes da análise do grafico é valido lembrar novamente que devido ao sistema de 
medição do manometro em U, os pontos onde há maior pressão demonstram um valor menor 
na leitura, ou seja, onde há decaidas no grafico, há aumento na pressão e o inverso para 
subidas. 
Nota-se que conforme varia positivamente o ângulo de ataque a pressão no intradorso 
tem uma tendencia de aumentar e no extradorso diminuir, isto é extremamente positivo para a 
situação de voo, pois ao aumentar-se o ângulo de ataque simula-se uma decolagem e neste 
caso é benefico que haja uma maior pressão no intradorso que no extradorso, proporcionando 
menor resistencia aerodinamica as manobras da aeronave. 
Em uma breve análise comparativa com a asa já instala, obteve-se os seguintes 
resultados comentados logo abaixo. 
 
Tabela 4: Pressões individuais intradorso-extradorso de asa instalada. 
Ângulo de 
Ataque [°] 
Extradorso 
central 
[mmca] 
Intradorso 
central 
[mmca] 
0 148 137 
10 181 102 
20 185 97 
30 193 87 
40 217 67 
50 230 55 
 
Na tabela 4, que gerou o gráfico 4 logo em seguida, é demonstrado a curva de acordo 
com as pressões da asa já instalada com um ponto de tomada de pressão próximo ao da asa 
projetada. A ideia foi demonstrar que apesar das diferenças de geometria e perfil, o ‘desenho’ 
característico formado pela curva apresenta uma acentuação próxima ao obtido da asa 
projetada, mostrando que a influência aerodinâmica do ar sobre a asa é relativamente 
esperada, porém com suas particularidades motivadas pelo perfil. 
 
Gráfico 4: Demonstração de curva-efeito de asa existente. 
 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
Uma breve consideração final sobre a definição da força de arrasto e sustentação. 
Durante o decorrer do trabalho, os estudos para encontrar os valores de sustentação e 
arrasto foram concentrados utilizando do sistema NACA Airfoil. 
 
NOTA NACA: Antiga Nasa, passou a ser Nasa em 1958, Sistema NACA: norma que 
caracteriza perfis de aerofólios em geral. Vide logo ilustrado em figura 15. 
 
FIGURA 15 – Logo NACA. (FONTE: 
https://www.nasa.gov/topics/aeronautics/features/naca_95_anniversary.html) 
 
 
 É iniciada a consideração demonstrando a fórmula definida para força de sustentação e 
ou arrasto. (Utilizarei apenas o termo de sustentação no texto para demonstrar a análise). 
 
(2) 
 
Onde: 
Cl = coeficiente de sustentação 
Ρ = densidade do ar [ kg/m³] 
V = velocidade do escoamento [ m/s] 
C = corda média [m] 
S = Área da asa [m²] 
 
Uma das variáveis de maior importância para definição do valor é o coeficiente de 
sustentação, que é fornecido pelo sistema NACA, que funciona da seguinte maneira: NACA 
sendo uma norma que fornece informações técnicas sobre as dimensões de determinados 
perfis, disponibiliza o valor do coeficiente padronizando os perfis em 4 até 7 dígitos que 
condizem sobre a particularidade das dimensões do perfil, ilustrando curvas características 
do valor do coeficiente em relação ao ângulo de ataque, são várias curvas, uma para cada 
intervalo do valor do número de Reynolds. E faz total sentido pois o Reynolds é quem 
caracteriza o fluído a ser escoado sobre o perfil, então precisa-se identificar o Reynolds a fim 
de identificar a curva característica para que em qual determinado ângulo de ataque encontrar 
o coeficiente. 
L = V² 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
Para tal demonstração, foi utilizado dados de um website (http://airfoiltools.com) em 
que mantém uma base de dados ilustrativa do sistema NACA. Segue figura 16 abaixo de um 
perfil encontrado com as medidas próximas ao perfil da asa projetada. 
 
 
FIGURA 16 – Aerofólio NACA2408 . (FONTE: http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca2408-il) 
 
 
Adotando NACA2408 como a asa projetada, é disponibilizado as cores das curvas para os 
seguintes valores de Reynols ilustrados na figura 17 logo abaixo. 
 
FIGURA 17 – Cores das curvas em relação ao número de Reynolds . (FONTE: 
http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca2408-il) 
Ado 
 
 
 
Com o Reynolds identificado junto a cor da curva é seguido para análise gráfica, 
ilustrada na figura 18 logo abaixo. 
http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca2408-il
http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca2408-il
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
 
FIGURA 18 – Curva característica Coeficiente de sustentação x ângulo de ataque . (FONTE: 
http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca2408-il) 
 
 
Definindo um ângulo de ataque, obtém-se o valor do coeficiente de sustentação. 
Dando continuidade à consideração, já com o valor do coeficiente de sustentação, de 
uma certa forma estimado, pois não seria exatamente o perfil de nossa asa, e sim próximo as 
medidas, o próximo passo seria obter a s outras variáveis como densidade do ar, velocidade 
de escoamento (também precisaria ser estimada) e consequentemente chegar ao valor de força 
de sustentação. 
Não seria conveniente documentar os valores obtidos como forma de resolução de 
problema, pois de certa maneira está sendo estimados dados de variáveis inexatas. Também 
não seria conveniente utilizar do sistema NACA para documentartal cálculo num artigo 
técnico, pois o mesmo não existe desde 1958. 
Não é dúvida a veracidade dos dados do sistema, pois foi utilizado como base para 
pesquisas aeronáuticas durante os primórdios de pesquisas relacionadas sobre o tema, porém 
não existe hoje, os sites que o fornece são não-oficiais, pois em 1958 não existia computador 
para tal publicação. 
O que fica é o método de estudo e análise, a rica base de dados ilustradas e convertidas 
digitalmente para quem busca sobre o tema. 
http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca2408-il
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
CONCLUSÕES 
 
• A Universidade São Francisco, no que diz respeito à laboratórios e equipamentos, 
possui potencial de exploração, tendo em vista, a possibilidade de construção de novos 
recursos com o uso dos equipamentos já instalados no campo. 
• O perfil que apresentou maior diferencial de pressão entre extradorso e intradorso, foi 
o projetado devido à sua geometria semelhante a de um avião militar de maior 
performance e seu perfil menos espesso. 
• Os testes foram relativamente fáceis de conduzir e com os dados obtidos foi mostrado 
que pode-se fazer uma serie de analises referente a um voo real. 
• Semelhança dimensional dos perfis do experimento com perfis reais de aeronaves 
(comportamento fluidodinâmico semelhante) permitiram uma experiência condizente 
a realidade; 
• Possibilidade de estudo aerodinâmico de perfis com custos reduzidos na fabricação e 
ensaio experimental (túnel de vento). 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
ANDERSON, John D., Fundamentals of Aerodynamics. 5ª Edição, Pennsylvannia. 
McGraw Hill Education, 2010. 
 
BAALS, Donald D., CORILISS, Willian R., Wind Tunnels of NASA. 1ª Edição. 
Washington D.C. NASA, 1981. 
 
BRAGA, Danilo de Souza. Metodologia para o Desenvolvimento e Análise 
Estrutural de um Aeromodelo. 2011. 178f. Curso de Engenharia Mecânica, Universidade 
Federal do Pará-Instituto de Tecnologia, Belém. 
 
FERRO, Felipe Daniel. Instrumentação de túnel de vento para levantamento 
experimental de coeficientes de sustentação e arraste em perfis de asa. 2008. 56f. Curso 
de Engenharia Mecânica Automação e Sistemas, Universidade São Francisco, Itatiba. 
 
FOX, Robert W., Mc DONALD, Alan T. Introdução à Mecânica dos Fluidos. 2ª 
Edição. Rio de Janeiro. Editora Guanabara Dois S.A., 1981. 
 
HOMA, Jorge M., Aerodinâmica e Teoria de Voo-Noções Básicas. 30ª Edição. São 
Paulo. Editora ASA, 2011. 
 
HOUGHTON, Edward L., Aerodynamics for Engineering Students. 6ª Edição. 
Waltham. Elsevier, 2013. 
 
RODRIGUES, Luiz E. M. J. Fundamentos da Engenharia Aeronáutica com 
Aplicações ao projeto SAE-AeroDesign: Aerodinâmica e Desempenho. 1ª Edição. Salto. 
Edição do Autor, 2014. 
 
SHEVELL, Richard S., Fundamentals of Flyght. 2ª Edição. Englewood Cliffs. 
Prentice-Hall, 1989. 
 
 
TRABALHO DE GRADUAÇÃO – ENGENHARIAS 
 
STREETER, Victor L., VENNARD, John K., Elementos de Mecânica dos Fluídos. 
5ª Edição. Rio de Janeiro. Editora Guanabara Dois, 1978. 
 
VIEIRA, Leandro Franciscon. Avaliação experimental dos coeficientes de arraste e 
sustentação em perfis de asa usando túnel de vento. 2004. 24f..Curso de Engenharia 
Mecânica Automação e Sistemas, Universidade São Francisco, Itatiba. 
 
Características do estol nas asas das aeronaves. Revista Eletrônica AeroDesign 
Magazine, São Paulo, v. II, 2010 – Seção Artigos Técnicos.