Perfis de velocidade no túnel de vento

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS 
FACULDADE DE ENGENHARIA 
 
 
 
SISTEMA DE ENSINO PRESENCIAL CONECTADO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DOURADOS-MS 
2018 
 
 
 
 
FABIAN YUITIRO OHARA 
FELIPE GALILEU MARTINS 
GABRIEL ALVES FANALI 
MATHEUS HENRIQUE CAVALHEIRO GARROS 
MAYARA FRASCISCA DE SOUZA 
VINICIUS ZANARDO RODRIGUES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURSO DE ENGENHARIA DE ENERGIA - UFGD 
PERFIS DE VELOCIDADES NO TÚNEL DE VENTO 
 
 
 
 
 
Análise de uma asa e de uma placa plana 
 
 
 
Dourados 
2018 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PERFIS DE VELOCIDADES NO TÚNEL DE VENTO 
Análise de uma asa e de uma placa plana 
 
Relatório Experimental apresentado ao Curso de 
Engenharia de Energia da UFGD - Universidade Federal da 
Grande Dourados, para a disciplina Mecânica dos Fluidos 
Experimental referente ao experimento “MEDIDAS DO 
PERFIL DE VELOCIDADES EM UMA ASA E UMA 
PLACA PLANA NA SEÇÃO DE ENSAIO DE UM TÚNEL 
DE VENTO” realizado dia 11/04/2018. 
 
 
Prof. Dr. Orlando M. Jr. 
 
FABIAN YUITIRO OHARA 
FELIPE GALILEU MARTINS 
GABRIEL ALVES FANALI 
MATHEUS HENRIQUE CAVALHEIRO GARROS 
MAYARA FRASCISCA DE SOUZA 
VINICIUS ZANARDO RODRIGUES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 RESUMO .................................................................................................................. 3 
2 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4 
3 DESENVOLVIMENTO/ MATERIAIS E MÉTODOS ................................................. 5 
3.1 MATERIAIS ........................................................................................................... 5 
3.2 MÉTODO ............................................................................................................... 5 
3.3 GRÁFICO 1 ........................................................................................................... 8 
4 ANÁLISE DOS DADOS ........................................................................................... 9 
4.1 GRÁFICO 2 ........................................................................................................... 9 
4.2 GRÁFICO 3 ......................................................................................................... 10 
4.3 GRÁFICO 4 ......................................................................................................... 12 
4.3.1 FORÇA DE SUSTENTAÇÃO ........................................................................... 12 
4.3.2 FORÇA DE ARRASTO ..................................................................................... 13 
5 CONSLUSÃO ........................................................................................................ 16 
REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 17
3 
 
1 RESUMO 
No experimento, foram realizadas medições de perfis de velocidades em um 
túnel de vento sugador, em uma rotação de 1000 rpm. A atividade foi dividida em 3 
etapas: sem obstáculo, com placa de madeira e asa. As leituras foram realizadas por 
um anemômetro digital acoplado a um tubo de Pitot realizando 38 leituras nas três 
configurações analisadas. Desse modo foi possível perceber a importância da 
utilização e corpos cada vez mais aerodinâmicos, sendo percebido as grandes 
diferenças no escoamento e nos perfis de velocidade do fluido sobre os corpos. 
 
4 
 
2 INTRODUÇÃO 
O túnel de vento é uma poderosa ferramenta da engenharia, já que permite que 
testes precisos acerca do escoamento de fluidos seja realizado de forma compacta e 
fácil. 
Desse modo se torna essencial sua utilização nos mais diversos meios de 
pesquisa, principalmente na automobilística, para o desenvolvimento de automóveis 
cada vez mais aerodinâmicos, visando maior eficiência e assim, diminuir os impactos 
ambientais da utilização de fontes de energias não renováveis. Além de proporcionar 
maior dinâmica na abordagem dos assuntos que compõe a área de Mecânica dos 
Fluidos. 
 
 
 
 
5 
 
3 DESENVOLVIMENTO / MATERIAL E MÉTODOS 
Para a realização do experimento, foram necessários alguns 
equipamentos para a montagem experimental, de modo a testar os diferentes perfis 
de velocidade. Além de ser necessário uma análise cuidadosa dos dados. 
3.1 MATERIAL 
Para a realização do experimento aqui descrito, foi necessário a utilização de 
diversos materiais, são eles: 
- Túnel de vento subsônico, modelo AA-TVSH1; 
- Anemômetro com tubo de Pitot, modelo HD350 da Extech; 
- Perfil de asa, modelo AA-TV A06 (𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑐𝑜𝑟𝑑𝑎) = 0,18 𝑚) 
- Placa plana de madeira (𝐴 = 0,13.0,13 = 0,0169 𝑚2). 
 
3.2 MÉTODO 
O experimento foi realizado no LARAVA, utilizando o túnel de vento, 
uma placa plana de madeira e um modelo de asa. Foi utilizado o anemômetro com 
tubo de Pitot para medir as velocidades de escoamento dentro da seção de ensaio 
em diferentes alturas. 
 
 
(Fonte própria) 
 
O experimento foi separado em três etapas: 
6 
 
• Escoamento livre: O túnel foi ligado e foi observado o 
comportamento do escoamento sem nenhum corpo na seção 
de ensaio. 
• Com placa de madeira: A placa de madeira plana foi colocada 
na seção de ensaio, de madeira a observar o comportamento 
do escoamento após passar pela mesma. 
• Com a asa: A asa foi colocada na seção de ensaio, de modo a 
ficar 23 cm acima da corda e 23,5 cm abaixo da corda, sendo 
novamente observado o comportamento do escoamento. 
 
A primeira parte da prática teve 38 medições, tendo o tubo de Pitot 
dividido em uma escala de aproximadamente 1,12 cm, tendo a medição começado a 
2,5 cm do piso da seção de ensaio e terminado a 1,5 cm do teto da seção. O túnel de 
vento, com um motor do tipo sugador, é acionado através de uma chave e sua rotação 
foi ajustada em 1000 rpm (mil rotações por minuto) e foram feitas medições sem 
nenhum objeto, ou seja, em escoamento livre. 
 
 
(Fonte própria) 
 
A segunda parte do experimento teve o mesmo padrão da primeira 
parte, porém as medições foram feitas com uma placa plana de madeira ao centro do 
túnel. Uma observação a ser feita é o dia em que foi realizada a prática, no qual as 
duas primeiras partes foram realizadas no mesmo dia (11/04/2018) a uma temperatura 
média de (30.7°C). 
 
7 
 
 
(Fonte própria) 
 
A terceira parte da prática teve o mesmo padrão das duas primeiras 
partes, porém foi utilizada uma placa em asa plana ao centro do túnel de vento. A 
segunda observação a ser feita é o dia realizado (18/04/2018) a uma temperatura 
média de (31°C). 
 
 
 (Fonte própria) 
8 
 
3.3 GRÁFICO 1 
 
A partir do Gráfico 1, é possível definir a dependência da velocidade do 
escoamento com as rotações do motor como sendo linear, pois o gráfico das rotações 
com a velocidade correspondente é uma reta. As informações contidas nos gráficos 
foram fornecidas antes da realização do experimento. 
É possível relacionar as rotações do motor e a velocidade de escoamento a partir 
da taxa de vazão mássica, que é proporcional a rotação do motor, sendo a equação 
que define a vazão mássica sendo �̇� = 𝜌𝐴𝑣, onde 𝜌 é a densidade do fluido em 
escoamento, 𝐴 é a área de seção transversal do túnel de vento e 𝑣 é a velocidade do 
fluido. 
Desse modo, percebe-se que, como a área da seção onde o Tubo de Pitot estava 
é constante, assim como a densidade, o aumento vazão mássica em decorrência do 
aumento das rotações do motor, aumentará a velocidade do fluido. 
Da mesma maneira, sendo a taxa de vazão mássica constante, a velocidade 
aumentará com a diminuição da área da seção do tubo de vento (o que ocorre durante 
o estrangulamento do fluido antes de chegar na seção de ensaio), aumentando assim 
a velocidade sem aumentar a vazãomássica. 
 
9 
 
4 ANÁLISE DOS DADOS 
A partir dos dados obtidos experimentalmente, foi possível fazer a análise gráfica 
dos dados, e assim tirar as conclusões sobre o comportamento do escoamento com 
os corpos sendo testados na seção de ensaio. 
4.1 GRÁFICO 2 
 
 
O gráfico mostra diferentes estágios de velocidade do ar na seção de ensaio 
vazia, sem nenhum corpo sendo ensaiado, mantém sua velocidade quase constante, 
com uma velocidade média na seção de 16,32 m/s, com uma diferença entre a maior 
e a menor velocidade de apenas 0,52 m/s. 
Um aspecto de grande relevância nesta configuração que o Tubo de Pitot em 
relação ao piso da seção de ensaio é de 6,5 cm e em relação ao teto da seção de 
ensaio sendo de 1,5 cm. Com tais parâmetros, nota-se pela análise gráfica alguns 
distúrbios significativos no momento em que a sonda se encontra no limiar de contato 
com o teto da seção de ensaio. Efeito, este, característico da margem operacional de 
garantia do fabricante em relação a uniformidade do escoamento do fluxo de ar – no 
qual neste presente estágio nota-se oscilações na pressão e na temperatura no 
escoamento. 
y = -0,0007x + 16,334
10
12
14
16
18
20
22
24
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
V
el
o
ci
d
ad
es
 (
m
/s
)
Altura do tubo de Pitot na seção de ensaio do túnel de vento (cm)
Análise dos perfis de velocidade com a seção de 
ensaio vazia 
10 
 
4.2 GRÁFICO 3 
 
 
O segundo gráfico mostra as variações de velocidade ao longo da seção de 
ensaio, ao inserir uma placa de madeira plana (𝐴 = 0,0169𝑚2) na mesma. Como se 
trata de um objeto não aerodinâmico é ocasionando um grande impacto no fluxo da 
massa de ar, torna-se importante destacar a queda do escoamento constante na 
região atrás da placa de madeira, onde a velocidade foi consideravelmente menor, 
chegando a uma amplitude de velocidades (diferença entre a maior e a menor 
velocidade registrada experimentalmente) de até 7,7 m/s. 
Torna-se possível efetuar o cálculo da força de arrasto presente na placa. Para 
isso utilizamos a densidade do ar que vale 1,169 kg/m³, a velocidade do fluido que foi 
propulsado pelo motor do túnel de vento a 16,32 m/s, a área da placa de 0,0169m² e 
o coeficiente de arrasto, obtido através da seguinte análise: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 – Relação para determinar o coeficiente de arrasto aerodinâmico. 
y = 0,0797x + 11,573
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
V
el
o
ci
d
ad
e 
d
e 
es
co
am
e
n
to
 (
m
/s
)
Altura do tubo de Pitot no túnel de vento (cm)
Análise dos perfis de velocidade de uma placa 
plana na seção de ensaio do túnel de vento
11 
 
 
 
Sabendo que a placa em estudo apresenta uma área quadrada, a divisão de 
uma lateral pela outra equivale a 1 (13cm/13cm=1), logo, o coeficiente utilizado é o de 
valor 1,18. 
Através da fórmula de força de arrasto: 
𝑭𝒅 =
𝟏
𝟐
× 𝝆 × 𝑽𝟐 × 𝑨 × 𝑪𝒅 
Onde: 
• 𝐹𝑑 = Força de Arrasto; 
• ρ = Densidade do Fluido em questão; 
• V = Velocidade do Fluido em questão; 
• A = Área Frontal do objeto em análise; 
• 𝐶𝑑 = Coeficiente de Arrasto do Fluido em questão. 
 
Obtemos: 
𝐹𝑑 = 3,104513382, ou ≈ 3,11. 
Tal valor retrata o já era esperado, um valor alto de resistência ao fluxo de ar ao 
seu redor, ocasionando fenômenos de turbulências e regiões de baixas pressões e 
esteiras de escoamento (DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – USP). 
Conforme pode ser verificado em uma modelagem computacional: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 – Modelagem do comportamento do fluxo de ar entorno de uma placa plana. 
 
 
 
 
12 
 
4.3 GRÁFICO 4 
 
O terceiro gráfico mostra as variações de velocidade ao longo da seção de 
ensaio, ao inserir um perfil de asa (𝐴 = 0,0828𝑚2 e Corda de Perfil = 0,18𝑚) na 
mesma. Como se trata de um objeto aerodinâmico não é ocasionando um grande 
impacto no fluxo da massa de ar, no qual, pela análise gráfica é notório a sutileza da 
variação da velocidade do fluxo de ar ao longo do corpo aerodinâmico obtendo uma 
média de 16,78 m/s e uma amplitude relativa de 1,81 m/s. 
É possível a determinação de certos pontos característicos e de grande 
relevância para fenômenos aeronáuticos da atualidade, tais como: força de 
sustentação, força de arrasto aerodinâmico, entre outros fatores. 
4.3.1 Força de Sustentação 
De forma sucinta, a força de sustentação está relacionada com a geometria 
escolhida para a asa, levando em consideração seu perfil, comprimento, largura, etc. 
E varia diretamente com a densidade do ar, a área da asa e a velocidade ao quadrado, 
podendo ser expressa pela seguinte equação: (ABBOTT; DOENHOFF, 1959) 
𝑳 =
𝟏
𝟐
𝝆𝑽𝟐𝑨𝑪𝑳 
Onde: 
• L = Força de Sustentação; 
• ρ = Densidade do Fluido em questão; 
• V = Velocidade do Fluido em questão; 
y = -0,028x + 17,458
10
12
14
16
18
20
22
24
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
V
el
o
ci
d
ad
e 
(m
/s
)
Altura do tubo de Pitot na seção de ensaio do túnel de vento
Análise dos perfis de velocidade de uma asa na 
seção de ensaio do túnel de vento 
13 
 
• A = Área da Asa em questão; 
• 𝐶𝐿 = Coeficiente de Sustentação da Asa em questão. 
 
Não pode negligenciar que escoamentos de Reynolds baixos apresentam uma 
característica fundamental para melhor análise de desempenho que são as bolhas 
laminares de recirculação que podem ser vistas na figura 3, que apresenta o perfil 
E387 em uma visualização de fluxo com fumaça das bolhas de recirculação a 𝑅𝑒 =
100.000, 𝛼 = 2. Estas estão ligadas a incapacidade do fluxo de fazer a transição de 
laminar para turbulento, na camada limite da superfície do aerofólio, separando do 
fluxo laminar antes que ocorra a transição. (SELIG, 2003) 
 
Figura 3 - Visualização do fluxo de fumaça das bolhas laminares de recirculação em uma asa. 
Fonte: (Visconti, 2016) 
 
4.3.2 Força de Arrasto 
Essa força pode ser expressa em termos de coeficientes adimensionais que são 
função do desempenho, assim como a velocidade, a densidade do ar e a área da asa. 
Pode ser expressa a força de arrasto de acordo com a equação a seguir: (VISCONTI, 
2016) 
𝑭𝒅 =
𝟏
𝟐
 𝝆𝑽𝟐𝑨𝑪𝒅 
Onde: 
• 𝐹𝑑 = Força de Arrasto; 
• ρ = Densidade do fluido em questão; 
14 
 
• V = Velocidade da Aeronave; 
• A = Área da Asa em análise; 
• 𝐶𝑑 = Coeficiente de Arrasto da Asa em questão. 
Uma asa considerada aerodinamicamente eficiente, apresenta um alto 
coeficiente de sustentação e um baixo coeficiente de arrasto, conforme a figura 4 – 
ilustrando um modelo ideal de perfis aeronáuticos. Esses valores são obtidos a partir 
da configuração do perfil, do ângulo de ataque e do número de Reynolds. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4 – Perfil Aeronáutico de asas, fuselagem e aniônica. Fonte: (Junior, 2014) 
 
Ou, analisando um perfil de asa de forma computacional, torna-se de mais fácil 
percepção a visualização do que realmente está acontecendo no sistema túnel de 
vento – perfil de asa. Com uma representação computacional, a visualização das 
linhas de corrente passando pelo perfil de asa e a formação de pequenas regiões de 
baixa pressão e turbulências – este principalmente nas pontas da mesma. Conforme 
ilustra a figura 5. 
15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5 – Modelagem computacional do comportamento de um perfil de asa em um túnel de vento. 
Fonte: (Rodrigues, 2012) 
16 
 
5 CONCLUSÃO 
Enfim, após o término da análise dos dados pertinentes, é possível concluir que 
os diferentes corpos expostos na área de seção do ensaio, geraram diferentes perfis 
de velocidade no escoamento do fluido em questão, no caso, o ar atmosférico. 
Foi possível determinar uma inconstância nos dados do perfil de velocidade 
quando foi utilizado um corpo não aerodinâmico, como a placa plana, na seção e um 
perfil mais constante quando utilizado um corpo aerodinâmico, no caso, o perfil de asa 
modelo AA-TVA06. 
Na placa plana não fora possível determinara força de sustentação, tanto porque 
ela não está inclinada em relação ao fluxo de ar – no qual a mesma se encontra 
perpendicular ao fluxo de ar, quanto porque não há uma diferença de pressão 
estritamente entre suas partes superior e inferior. 
Desta forma, os perfis analisados no referente experimento apresentam 
características aerodinâmicas distintas – enquanto a placa plana não apresenta 
nenhuma característica aerodinâmica, o perfil de asa modelo AA-TVA06 demonstra 
uma excelente configuração aerodinâmica – sendo possível fazer tal distinção com a 
analises gráficas apresentas dos respectivos objetos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
REFERÊNCIAS 
ÇENGEL; BOLES, Yunus A.; Michael A. TERMODINÂMICA. 7 Edição. Cidade: New 
York. Editora AMGH Ltda., 2013. 
VISCONTI, João Pedro Portella Guedes. Estudo inicial de um veículo aéreo não 
tripulado do tipo tilt-rotor. Universidade Federal de Juiz de Fora. 2016. Disponível 
em:http://www.ufjf.br/mecanica/files/2016/07/TCC_Final_Jo%C3%A3o-Pedro-
Visconti.pdf. Acessado: 20 de Abril de 2018. 
ASSUMPÇÃO, Marcos E.; SOUZA, Diego A. C. Comparação entre o Coeficiente de 
Arrasto da Asa de uma Aeronave Rádio-Controlada Através dos Métodos dos 
Volumes Finitos e Multhopp – XFoil®. Universidade Federal de São João del-Rei. 
2010. Disponível em: https://ufsj.edu.br/portal2-repositorio/File/i-
ermac/anais/sessoes-paineis/sp30.pdf. Acessado: 19 de Abril de 2018. 
Departamento de Engenharia Mecânica – Universidade de São Paulo. Escoamento 
ao redor de um cilindro em túnel de vento. 2015. Disponível em: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3271682/mod_resource/content/1/Exp.%201
%203222_2017.pdf. Acessado: 19 de Abril de 2018.