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< Estudo de um modelo de aerofólio com ângulo controlado por sistema eletrônico>
Alex Abimael de Oliveira1; Caio Augusto S. da paz2; Gustavo Resende3; Júlio Cezar Santana4; Lucas Marques5; Matheus Nunes Gomes6; Rafael F. Loregian7; Roger Paulino do Vale8; Warley da Silva Rios9
Rafael Oliveira10 Professor, M.sc
Centro Universitário de Belo Horizonte, Belo Horizonte, MG
1alexabimaeldeoliveira@hotmail.com; 2caio.paz@live.com; 3gustavocouto95@hotmail.com 4jcsantana13@yahoo.com.br; 5lucasms.200@gmail.com; 6matheus-goleiro2011@hotmail.com; 7rafaelloregian@hotmail.com; 8rogerdovale.alves@gmail.com;
9warleyrios@gmail.com; 10rafael.oliveira@prof.unibh.br 
 Resumo: Este artigo é relativo a analise da aerodinâmica em torno do aerofólio a partir da variação do ângulo de ataque utilizando um motor de passo controlado eletronicamente por um Arduíno. O modelo foi derivado de uma miniatura pronta, a parte do aerofólio foi removida e redesenhado com auxilio de software Solidworks e impresso em impressora 3D, após efetuarmos a montagem, o modelo foi levado a um túnel de vento para dimensionarmos a eficiência do escoamento do ar em torno da nova estrutura e como à velocidade de escoamento pode variar em relação a posição da asa visando a melhor performance em diferentes situações. 
Palavras-chave: Aerofólio, aerodinâmica automotiva, automobilismo.
ABSTRACT: This article is about the analysis of the aerodynamics around the airfoil from the variation of the angle of attack using an electronically controlled stepper motor by an Arduino. The model was derived from a ready-made miniature, part of the airfoil was removed and redesigned with the help of Solidworks software and printed in the 3D printer, after assembly, the model was taken to a wind tunnel to measure the efficiency of the flow air Around the new structure and how the flow velocity can vary in relation to the position of the wing aiming at the best performance in different situations.
.Keywords: Airfoil, automotive aerodynamics, motoring.
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1 Introdução
Atualmente a maior parte da produção e do consumo de energia é proveniente de fontes fósseis (carvão mineral, gás natural e o petróleo), que são responsáveis por uma grande emissão de poluentes e põem em risco os suprimentos de longo prazo no planeta. Diante a necessidade de mudança as energias renováveis vêm cada vez mais crescendo e tomando espaço no mercado atual, devido o alto custo da energia convencional e as preocupações ambientais. Motivos que fortalecem ainda mais a busca por meios sustentáveis de energia que possam suprir as necessidades das gerações atuais, sem comprometer as gerações futuras, de maneira que traga benefícios não só para a economia como também para o meio ambiente,  pois as energias renováveis são consideradas como uma forma de “energia limpa”, que por sua vez são aquelas que não liberam resíduos poluentes no meio ambiente (SIMAS; MOANA, 2013).
A energia solar é considerada a fonte mais limpa para se obter energia elétrica e aquecimento de água. O aquecimento da água é possível por meio dos aquecedores solares, que são formados basicamente pela placa de captação e o reservatório de água quente (boiler), feitos no sistema convencional de cobre ou aço inoxidável. Os aquecedores solares além de sustentáveis podem ser uma boa forma de economizar na energia elétrica.
2.Desenvolvimento
2.1 Automobilismo
O automobilismo iniciou-se logo após os motores a combustão interna no inicio do século XX com a competição entre automóveis para determinar o melhor desempenho, a união do automóvel com esporte que tinham veículos com desempenho tão baixos que ninguém se preocupava com design das carrocerias ou com os matérias necessários para construção dos mesmos. Com a melhora da potência dos carros, a aerodinâmica começou a ser mais bem estudada, ganhando ênfase a medida que as maquinas ganhavam desempenho com novas tecnologias. (Giovoni, 2012)
2.2 Aerodinâmica em sistemas automotivos
Com a evolução dos modelos aeronáuticos e com o crescimento dos estudos envolvendo sua aerodinâmica, logo veio os veículos com características baseadas nos desenhos das aeronaves, modelos com formatos simétricos de torpedo sobre rodas, até então desprezando o efeito do solo sobre a carroceria. Após a primeira guerra mundial vários cientistas se voltaram para o estudo de sistemas automotivos, utilizando o conhecimento em aeromodelos vieram os estudos envolvendo aerodinâmica em sistemas automotivos. Uns dos principais conceitos surgiram com modelos assimétricos em formato de gota de água e, de acordo com a figura abaixo. (Castejon, 2011)
Figura 1 – Perfis aerofólios avaliados por Jaray e Klemperer próximos ao solo.
Fonte: HUCHO (1998), Capitulo 1.
2.3 Partes do aerofólio
O aerofólio é composto pelas seguintes partes: Borda de ataque, Corda, Borda de fuga, linha média de arqueamento e espessura, de acordo com a figura abaixo:
Figura 2 – Variáveis geométricas do perfil.
Fonte: Aerodinâmica básica, Capitulo 4
2.4 Ângulos de ataque
O ângulo de ataque é definido entre a direção do vento relativo (fluxo de ar) e a linha da corda do perfil, exerce importantíssima influencia na determinação do comportamento aerodinâmico do aerofólio, pois representa um parâmetro decisivo na capacidade de geração de sustentação do perfil, (Ribeiro, 2011).
3 Materiais e métodos
3.1 Materiais 
Impressora 3D;
Software SOLIDWORKS;
Notebook;
Kit de Arduino (com componentes);
Encoder Decoder KY-040 (rotacional)
Motor de passo + Módulo de controle (driver Uln2003)
Kit start
01 - Placa Uno R3
01 - Cabo USB
01 - Protoboard 400 Pontos
20 - Jumpers Macho-Macho
01 - Micro Servo 9g SG90 TowerPro
01 - Sensor de Temperatura NTC
01 - Sensor de Luz LDR
01 - Buzzer Ativo 5V
05 - LED Vermelho
05 - LED Amarelo
05 - LED Verde
15 - Resistor 330Ω
10 - Resistor 1KΩ
10 - Resistor 10KΩ
04 - Diodo 1N4007
01 - Potenciômetro 10KΩ
04 - Capacitores Cerâmico 10nF
04 - Capacitores Cerâmico 100nF
02 - Capacitores Eletrolítico 10µF
02- Capacitores Eletrolítico 100µF
05 - Chaves Tácteis (Push-Button)
Fonte de energia
Filamento PLA (poliácido láctico) 1,75mm verde – 500G
Túnel de vento
Carrinho para fixação do aerofólio
3.2 Metodologia 
3.2.1 Montagem do modelo
No presente trabalho foi criado um modelo, no qual apresentará um mecanismo que adequa o aerofólio de um veículo para diferentes situações de desempenho.
Utilizamos como procedimento a revisão bibliográfica, fizemos estudos de outros protótipos, modelos e mecanismos para levantamento de dados a respeito da aerodinâmica e do desempenho de outros aerofólios. Em seguida estudamos um projeto para a criação do nosso próprio equipamento.
Utilizando o software SolidWorks  foi desenvolvido peça a peça o nosso projeto de aerofólio, com a finalização do projeto, levou o mesmo para a impressão em 3D. A impressão foi realizada pela impressora 3D no Anima LAB da Uni-BH Campus Estoril, utilizando filamento PLA, material próprio para impressões em 3D, transformou-se o projeto em modelo.
Figura 3 – Desenho do modelo do aerofólio no Solidworks
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Figura 4 – Forma isométrica
3.2.2 Analise do modelo no túnel de vento
Com o modelo pronto foi adequado a um automóvel de competição para realização de testes em túnel de vento. O teste foi realizado no túnel de vento da PUC Minas que trabalhou a 1500 RPM. Suas dimensões são de 300 mm de altura por 300 mm de largura. Com o modelo no túnel de vento, realizou-se medições com a haste superior em diversas inclinações utilizando um manômetro que media a pressão em kN/m² em diversas posições, como indicado na tabela abaixo. 
As medidas das dimensões são em milímetros e partem da origem no extremo inferior esquerdo para as distâncias horizontais “x” e verticais “y”. Foi usada como referência das inclinações da haste móvel a haste fixa, ou seja, a medida da haste móvel foi feita a 0°, 45°e 90° em relação à haste de baixo.Foto 1 – Modelo posicionado no túnel de vento.
Para calcular a velocidade foi usada a equação1:
 (1)
Onde:
“v” - Velocidade, (m/s),“g” - Gravidade, (m/s²),“(P1 - P2)” - Diferença da pressão inicial e final sendo que a inicial “P1” é 0, medida com o túnel de vento desligado e a final é a medida retirada em cada uma das posições, (KN/m²), "γ"- Peso específico do fluído, no caso o ar, (KN/m³).
3.2.3 Fluxograma da programação
Para que o microprocessador funcione foi desenvolvida uma programação em linguagem C+ seguindo a seguinte lógica:
Fluxograma 1 – logica da programação de controle do aerofólio
4 Resultados e discussões
Depois de realizada a analise no túnel de vento foi obtido os seguintes resultados:
Tabela 1 - Resultados túnel de vento
	Velocidade [m/s] em função da posição do manômetro [mm] e da inclinação da haste móvel
	Posição x/y
	Inclinação da haste móvel
	
	Sem modelo
	90°
	45°
	0°
	28,6/13,1
	24,91
	16,66
	19,79
	15,65
	84,0/13,1
	26,5
	0
	0
	0
	137,0/13,1
	27,7
	23,22
	26,19
	20,21
	28,6/48,3
	24,91
	18,52
	22,5
	20,62
	84,0/48,3
	28,29
	0
	0
	0
	137,0/48,3
	28,29
	15,12
	24,24
	21,38
	28,6/61,7
	27,72
	12,12
	15,52
	25,56
	84,0/61,7
	28,57
	16,69
	21
	26,19
	137,0/61,7
	29,14
	12,78
	15,12
	24,58
	111,3/78,0
	28,57
	10,69
	30,51
	29,97
	67,4/88
	28
	26,81
	29,7
	30,24
Após a coleta de dados foi verificado que entre os ângulos de 90 e 45 os resultados obtidos foram dentro do previsto, ou seja, houve um aumento da velocidade medida pelo manômetro, respeitando as premissas dos estudos aerodinâmicos. No ângulo de 45 o perfil da velocidade foi maior que no ângulo de 90 resultando uma força de arrasto menor. No ângulo de 45 para 0 as analises foram inconclusivas em grande parte dos dados coletados devido a posição do manômetro, e também devido a outros fatores que influenciaram no resultado como o tamanho do protótipo em relação ao túnel de vento, que nessa circunstancia exigiria um fluxo maior de vento do que o que fornecido pelo equipamento. Outro fator que também influenciou nos resultados foi o material utilizado para confeccionar o aerofólio, utilizou um filamento de ABS diferente da fibra de que normalmente são compostos os aerofólios.
5 Considerações finais
após a realização da coleta de dados e analise de todos os resultados obtidos verificamos que podemos melhorar a estabilidade do carro com o aerofólio articulado nas curvas, e nos trechos de maior velocidade aonde necessita de uma menor força de arrasto a posição do aerofólio pode influenciar diretamente no desempenho do carro em uma corrida. O aerofólio articulado combina a melhor posição de acordo com a necessidade do carro, seja velocidade ou estabilidade em curvas.
Referências Bibliográficas
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Castejon, D.V.; Métodos de redução do arrasto e seus impactos sobre a estabilidade veicular.Tese (Mestrado) – Escola de engenharia, USP, São Paulo, 2011.
Giovani, L.A.C.P.: A formula 1 e as teorias da comunicação: Transformações culturais. Tese (Mestrado) – Universidade de Sorocaba, São Paulo,2012.
Kamal, A,R,: Aerodinâmica básica, Apresentação, São Paulo, 2009. 380p.
Maia, R.S.; Desenvolvimento de uma metodologia para a análise de aerofólios com aplicação no automobilismo baseada em simulações numéricas. Monografia – Universidade de Brasília, UnB, Brasília, 2015.
Matos, C.C.; Botelho, R.D.; A influência da aerodinâmica no design. Estudo de caso – UEMG, Minas Gerais, 2007.
Pereira, L.H.G; Análise do desempenho do método dos painéis de ordem superior para o cálculo do escoamento em torno de um aerofólio. Pós graduação – UFRJ, Rios de Janeiro, 2005.
Ribeiro, F.A.: Análise aerodinâmica de perfis de asa para aeronavesexperimentais tipo JN-1. Tese (Mestrado) – UFRN, Rio Grande do Norte, 2011.
Soliman, P.A.; Aerodinâmica em fórmula SAE: Processo de projeto com foco em dirigibilidade. TCC – UFSM, Rio Grande do Sul, 2015.