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Experimento 1 – Aerodinâmica Aplicada - Folha de Resposta Danton Buticosihz Müller (11811EAR001) Pedro Henrique Maia Zandonadi (11811EAR012) Resultados Os resultados processados da prática realizada são mostrados na Tab. 1. Tabela 1 - Resultados processados dos experimentos. Exp. RPM [%] Temp. Amb. [°C] Dens. do ar [kg/m³] Vel. do ar [m/s] Leitura col. 11 [mm] Leitura col. 12 [mm] Vel. Verificada [m/s] Pressão [Pa] 1 10 24,8 1,182 0,0 36,0 36,0 0,0 0,0 2 20 24,8 1,182 5,8 38,0 36,0 5,8 19,6 3 30 24,8 1,182 10,8 43,0 36,0 10,8 68,5 4 40 24,8 1,182 12,9 46,0 36,0 12,9 97,8 5 50 24,8 1,182 16,8 53,0 36,0 16,8 166,3 6 60 24,8 1,182 20,7 62,0 36,0 20,8 254,3 7 70 24,8 1,182 24,4 72,0 36,0 24,4 352,1 8 80 24,8 1,182 28,2 84,0 36,0 28,2 469,5 9 90 24,8 1,182 32,0 98,0 36,0 32,1 606,4 10 100 24,8 1,182 34,0 106,0 36,0 34,1 684,7 As Figuras 1 e 2 apresentam, respectivamente, a curva de calibração da velocidade do ar em função da rotação e a curva da velocidade em função da pressão. Para a primeira curva, fez- se um ajuste linear, já para a segunda, um ajuste polinomial de grau 2 foi utilizado. Figura 1 - Curva de calibração. y = 0,3733x - 1,977 R² = 0,9933 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 0 20 40 60 80 100 120 V e lo ci d ad e d o A r [m /s ] RPM [%] Gráfico de Calibração da Velocidade do Ar em Função da Rotação Velocidade do Ar Linear (Velocidade do Ar) Figura 2 - Curva da velocidade em função da pressão. Perguntas e respostas 1) Qual a relação entre pressão estática, dinâmica e pressão total? A pressão total, também conhecida como pressão de estagnação, é a pressão que o escoamento atinge quando sua velocidade é reduzida a zero. A pressão Estática é definida exclusivamente pelas propriedades do fluido em uma determinada condição, isto é, depende do grau de agitação das moléculas para uma dada temperatura e densidade. Já a pressão Dinâmica é definida como: 𝑞 ≡ 1 2 𝜌𝑉2, em que 𝑞 é a pressão dinâmica, 𝜌 é a densidade do fluido e V a velocidade do escoamento. A pressão Total é definida por: 𝑝0 = 𝑝1 + 1 2 𝜌𝑉2. 2) Qual a importância da pressão dinâmica em experimentos com túnel de vento? A pressão Dinâmica em experimentos com túnel de vento é de extrema importância, uma vez que ela está relacionada diretamente com a velocidade do escoamento sobre o corpo a se ensaiado. Dessa forma, o escoamento veloz sobre o corpo pode ser analisado em termos de sua pressão dinâmica exercida em diversos pontos, o que permite tirar resultados importantes da aerodinâmica do corpo ensaiado, definindo o Coeficiente de Pressão 𝐶𝑝, além dos coeficientes de Arrasto e Sustentação por exemplo, muito utilizado na análise de aerofólios e aeronaves. 3) Descreva as vantagens e desvantagens do uso de tubos de Pitot, e dê exemplos de aplicações na qual um tubo de Pitot é usado e/ou suas variações. Tubos de Pitot são instrumentos de medição de velocidade do escoamento de um fluido, e tem seu princípio de funcionamento baseado na diferença de pressão Total e Estática, lidas pelo instrumento. Para isso, dois orifícios são utilizados, um deles paralelo ao escoamento que realiza a leitura da pressão Estática, e outro perpendicular ao escoamento que leva a uma pequena câmara conectada a um medidor de pressão. Com o escoamento incidente, a pressão exterior e interior à câmara se igualam criando um ponto de estagnação em sua entrada. A pressão interna é então y = -6E-05x2 + 0,0824x + 3,5686 R² = 0,9784 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 V e lo ci d ad e [ m /s ] Pressão [Pa] Gráfico da Velocidade em Função da Pressão Pressão Polinomial (Pressão) lida, sendo ela a pressão Total. Com as duas medidas, é possível calcular a velocidade do escoamento pela Equação de Bernoulli entre os dois pontos de leitura, sendo ela: 𝑝𝐴 + 1 2 𝜌𝑉2 = 𝑝𝐵 + 1 2 𝜌𝑉2 → 𝑝1 + 1 2 𝜌𝑉2 = 𝑝0 + 0 → 𝑉 = √ 2(𝑝0 − 𝑝1) 𝜌 Essa equação é válida apenas para escoamentos incompressíveis, podendo ser feitas aproximações para o caso de escoamentos pouco compressíveis. A aplicação de tubos de Pitot é variada, sendo utilizada em aeronaves ou até mesmo navios, túneis de vento, indústrias e outros experimentos que necessitam da medição da velocidade do escoamento. Entre suas vantagens, destacam-se a fácil instalação e leitura, custo baixo, tamanho reduzido e não conta com partes móveis que poderia se desgastar ou causar atrito. Já algumas desvantagens são a possibilidade de obstrução do orifício, resultando em leituras erradas, relativa baixa sensibilidade, amplitude e exatidão nas leituras, principalmente em baixas velocidades, além da dependência da direção do escoamento para uma leitura global.
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