Prova Fisica

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UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO
RIO GRANDE DO SUL.
Trabalho de Física II
Nome : Cristiane Carine dos Santos – Tagiana Krenchinsk.
Professor: Nelson Adelar Toniazzo.
Ijuí, 18 de junho de 2012.
A turbina eólica, ou aerogerador, é uma maquina eólica que absorve parte da potencia cinética do vento através de um rotor aerodinâmico, convertendo em potencia mecânica de eixo (torque X rotação), a qual é convertida em potencia elétrica (tensão X Corrente) através de um gerador elétrico. Esboce como e em que parte do aerogerador é produzido torque. 
Fd- Força de arrasto
Fi- Força de sustentação
Fw- Velocidade do vento
Vtan- Velocidade tangencial
Vres- Velocidade resultante
	A força de arrasto é produzida na mesma direção de Vres. A resultante das componentes da força de sustentação e de arrasto na direção Vtan, produz o torque do aerogerador.
A energia Potencial da turbina eólica depende do cubo da velocidade do vento. Se a velocidade do vento em um local dobrar, de quando vai ser a energia potencial de saída de uma turbina eólica?
	A energia potencial da turbina eólica depende do cubo da velocidade do vento; isto significa, que se a velocidade do vento em um local dobrar, a energia potencial de saída de uma turbina eólica é multiplicada por 8 ( 23 ). Esta sensibilidade da energia com a velocidade do vento mostra a importância na obtenção dos dados do vento para a estimativa da energia disponível.
A energia cinética bruta por unidade de tempo, potência, do vento passando por uma área A perpendicular ao seu vetor velocidade instantânea V, é dada por:
P = Cp 1/2 r .A.V3
onde :
r = densidade do ar, que varia com a latitude e as condições atmosféricas; r @ 1.2kg/m3;
Cp = é o coeficiente da performance que se relaciona com a energia cinética de saída e depende do modelo e na relação entre a velocidade do rotor e a velocidade do vento.
V = velocidade do vento em m/s2.
Ainda em relação a questão anterior, da sensibilidade da energia com a velocidade do vento comente sobre a importância na obtenção dos dados do vento no local onde se deseja instalar uma turbina eólica.
		É necessário medir a intensidade, frequência e direção dos ventos por alguns anos, para se obter resultados precisos das características locais. Pois eles tem influencia decisiva sobre a qualidade da fonte de energia eólica. Também os  obstáculos não apenas obstruem o movimento das partículas de ar, como modificam a distribuição de velocidades. As árvores por exemplo,impedem a formação de ventos abaixo de suas copas. A importância na obtenção dos ventos reflete-se também em fatores econômicos, erros de medição e predição da velocidade do vento traduzem-se diretamente em risco financeiro.
 
A velocidade angular de rotores varia habitualmente na faixa de 15 a 220 rpm devido a restrições de velocidade na ponta da pá (tangenciais), que operam na ordem de 50 a 110m/s, quase independentemente do tamanho do diâmetro. Como geradores trabalham, sobretudo geradores síncronos, a rotações bastante mais altas ( comum entre 1200 e 1800 rpm), torna-se necessária a instalação de sistemas de multiplicação entre o eixo do rotor e o eixo do gerador. Isto significa geralmente um multiplicador convencial, com dois ou três estágios de engrenagens, apesar de transmissões metálicas também terem sidos experimentadas. Nos aerogeradores conectados às redes de distribuição elétrica, a rotação no gerador é de, tipicamente, 1500 rpm ( para 50 Hz) e de 1800 rpm ( para 60Hz ).
Esboce (desenho) um sistema de transmissão/multiplicação com três estágios de engrenagens considerando a seguinte situação: frequência angular do rotor de 180rpm e a frequência angular do gerador de 1800rpm. Indique a relação de dentes/raios de cada polia.
 V1=V2=V3 
F1= 180rpm
F3= 1800rpm
F2= ?
Quanto maior o numero de dentes maior será o raio.
F= Frequência angular
N= numero de raios
F1xN1= F2xN2= F3xN3
180x N1= F2xN2
F2 
Assim o numero dentes na terceira engrenagem será:
F2xN2= 1800xN3
N3=
A turbina eólica 1,5MW (1500kwh) da GE (1.5 MW Wind Turbine) opera de acordo as seguintes especificações técnicas:
Velocidade nominal do vento: 12m/s
Produção máxima de eletricidade (real): 5.800.000 kWh/ano
Detalhe do rotor
Numero de aspas: 3
Diametro do rotor: 70,5 – 77m
Velocidade do rotor (variável): 10,1 – 22,2rpm
Determine:
Velocidade do vento em km/h;
 1m/s ------------------- 3,6km/h
12m/s ------------------ x
x= 43,2km/h
A eficiência da turbina;
5.800.000kwh/ano 
Ano= 8760h
N= 
N= 0,44 ou 44%
A área ‘varrida’ pelos pás do rotor;
A= π 
A= π 
A= 33,17 m²
Qual o intervalo de velocidade linear da extremidade de um dos pás do rotor;
V= 
V= 
V= 1,10 voltas/s
Dada a figura a seguir explique como você procederia para calcular o momento de inercia do rotor.
Como é um corpo rígido, calcularia a massa dos pás entorno do eixo de rotação do rotor, utilizando a seguinte fórmula: 
I=ʃ r² dm
 
Onde: 
I: Momento de inercia
R: Distancia da pá até o eixo
Dm: Massa em cada da pá.
Uma de nossas atividades nesse componente foi montar o pêndulo de Foucault.
Pesquise sobre o pêndulo de Foucault e explicite o que esse sistema mostra e qual seu formalismo matemático.
	Esse sistema consiste em uma das maneiras mais simples de provar a rotação da Terra.
	Ele consiste de um dispositivo composto por uma massa m suspensa por um fio L, onde seu ponto de apoio é livre para girar.
Quando o pêndulo é colocado em movimento pelas leis de Newton, sua oscilação depende apenas da força gravitacional, da torção do fio e da resistência do ar, que faz diminuir as amplitudes das oscilações com o passar do tempo. Nenhuma outra força age para explicar a mudança de direção da oscilação do pêndulo. Na verdade o pêndulo não gira. É o plano contido pela terra que está girando o plano de oscilação do pêndulo permanece constante.
Com a rotação da Terra, deve-se levar em conta a aceleração de Coriolis
onde é a velocidade do pêndulo, é o vetor unitário no eixo de rotação terrestre e Ω a velocidade de rotação angular da Terra (ou seja, uma volta em um dia sideral). Essa velocidade de rotação Ω é muito menor que a oscilação própria ω do pêndulo.
Se nos encontramos à latitude θ, então o vetor tem como componentes no referencial Oxyz
tem como componentes
,
de modo que a aceleração de Coriolis terá os componentes
.
As equações de movimento no plano Oxy tornam-se:
Se se supõe ainda que no instante t = 0 o pêndulo passe em O com a velocidade V0 no eixo Ox, então pode-se verificar que as soluções x e y do sistema diferencial são tais que:
com
Pode-se escrever que:
A quantidade exprime o fato que o pêndulo de Foucault oscila com uma pulsação própria ω0 ligeiramente diferente daquela do pêndulo simples, mas como Ω é muito pequeno em comparação com ω, a diferença entre ω e ω0 é muito pequena.
Mais notável, a oscilação se dá segundo a direção
que roda lentamente segundo a pulsação
Faça um desenho do pêndulo montado, explicitando suas dimensões.
Procure descrever possíveis causas de seu ‘amortecimento’.
As causas de amortecimento são: perda de energia pelo atrito com o ar, atrito no distorcedor, atrito que o cabo de suspensão encontra ao flexionar-se.
Medindo diversas vezes o período do pêndulo e utilizando a equação do período do pêndulo simples, determine o valor de g para o local. Apresente os dados e o calculo de g. 
Comprimento- 70m
1 Volta- 32h –> 115200s
Ƭ= 2 πc
(Ƭ)²= (2 πc)²
(115200)²= 4π²x 
 g= 2,08xm/s²
Uma estrutura em arco treliçado é fixa ao suporte articulado no ponto A, e sobre roletes em B num plano de 30º com a horizontal. O vão AB mede 20 m. A massa da ponte é de 10toneladas. A força resultante dos ventos é de 20 kN, e situa-se a 4 m acima de A, horizontalmente, da direita para a esquerda. Identifique as forças que atuam na ponte, construa o diagrama de corpo livre e aplicando as condições de equilíbrio dos corpos rígidosdetermine as reações nos suportes A e B.
∑Fx=0
Ha-20+Rb.sen30°=0
Ha= 20-62,35.sen30°
Ha= -11,2 KN
∑Mb=0
-100x10+Ra.20+20x4=0
Ra= 46 KN
∑Fy=0
Rb.cos30°-100+46=0
Rb= 62,35 KN