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Relatório do laboratório de mecflu da POLI
Tipologia: Notas de estudo
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Relatório do Laboratório 3 – Escoamento de ar ao redor de um cilindro em um túnel de vento
Data: 06/11/
Turma 21
Integrantes Nº USP
Deborah Okuno 5434664
Filipe Batista 5437080 Gabriel Madureira 5434650
Laís Paixão 5437072 Sophia Marzouk 5174612
Resumo
Esta experiência teve como intuito verificar o escoamento do ar ao redor de um cilindro em um túnel de vento. Ela foi realizada no dia 06/11/2006, no laboratório de Mecânica dos Fluidos, com a supervisão de técnicos e do professor Marcos Tadeu. Inicialmente com o Tubo de Pitot para as freqüências de 30, 40 e 50Hz foram medidas as pressões para o cálculo da velocidade, cujos resultados foram 9.13, 11.88 e 14.99 m/s, respectivamente. Também foram realizadas três medições de pressão com as freqüências 30, 40 e 50Hz onde em cada uma percorremos os ângulos de 0° a 175° com um intervalo de 10° em 10° no cilindro. Assim foi possível apresentar os valores de coeficiente de pressão (Cp) para ângulos de 0° a 175° e para as freqüências de 30, 40 e 50Hz (representadas em gráficos). O mesmo também foi feito para apresentar os valores relacionados à força de arrasto associada às pressões (Dp), os quais valem 0.028, 0.047 e 0.072 m/s para as freqüências de 30, 40 e 50Hz respectivamente. Em outros gráficos também foram relacionadas a pressão em relação a cada ângulo e freqüência e o número de Reynolds em relação aos ângulos e coeficiente de arrasto(Cd). Além disso, foi observado o ângulo de descolamento para cada freqüência (30, 40 e 50 Hz), obtendo os valores de 51, 49 e 47º respectivamente. Com base nos cálculos e gráficos apresentados também resolvemos algumas questões teóricas propostas.
.2 Objetivo
Neste trabalho temos como objetivo realizar a medição de velocidade de ar através do Tubo de Pitot e da aplicação da equação de Bernoulli. Obteremos também a distribuição de pressões no corpo cilíndrico e o coeficiente de pressões (Cp) em função da posição, indicada pelo ângulo θ. Em seguida, iremos também determinar a força de arrasto associada às pressões (Dp) e o coeficiente de arrasto (CD) resultante da interação ar-cilindro. Por último iremos observar o comportamento do escoamento na região próxima ao cilindro, suas características (laminar, turbulento), analisando o fenômeno de separação.
.3 Fundamentos Teóricos
Para que possamos efetuar os cálculos que temos como objetivo nesse relatório são utilizados alguns dados da teoria.
Sendo:
Sendo:
Sendo:
Sendo:
Metodologia Experimental
Inicialmente é necessário posicionar o tubo de pitot na região entre os bocais, para calcular a pressão no tubo, tal procedimento é feito para freqüência de 30Hz, 40Hz e 50Hz. Em seguida, posicionou-se o cilindro na região central e ajustou-se o transferidor na escala zero. Depois ligamos no interruptor o inversor estático de freqüência e o ventilador. Então utilizamos as freqüências de 30, 40 e 50 Hz as diferenças de pressões para os ângulos que iniciavam em 5 graus até 175 graus indo de dez em dez, além do ângulo de 0 graus.
.5 Descrição do Aparato Experimental
**- Manômetro múltiplo inclinado
.6 Apresentação de Dados Experimentais
A seguir são apresentados os dados experimentais. Observe que as colunas da Tabela 1 à direita estão multiplicadas por seno(30) já que o manômetro estava inclinado sob um ângulo de 30 graus com a horizontal. Dados utilizados para os cálculos:
Ângulo (graus)
30Hz 40Hz 50Hz 30Hz 40Hz 50Hz
Altura dos manômetros descontada a altura manométrica da pressão atmosférica (mm óleo)
Altura do manômetro * sen(30) descontada a altura manométrica da pressão atmosférica (mm óleo) 0,0±0,5 17,0±0,5 29,0±0,5 43,0±0,5 8,50±0,25 14,50±0,25 21,50±0, 5,0±0,5 17,0±0,5 28,0±0,5 43,0±0,5 8,50±0,25 14,00±0,25 21,50±0, 15,0±0,5 16,0±0,5 27,0±0,5 39,0±0,5 8,00±0,25 13,50±0,25 19,50±0, 25,0±0,5 13,0±0,5 21,0±0,5 29,0±0,5 6,50±0,25 10,50±0,25 14,50±0, 35,0±0,5 8,0±0,5 12,0±0,5 14,0±0,5 4,00±0,25 6,00±0,25 7,00±0, 45,0±0,5 3,0±0,5 4,0±0,5 2,0±0,5 1,50±0,25 2,00±0,25 1,00±0, 55,0±0,5 -2,0±0,5 -5,0±0,5 -10,0±0,5 -1,00±0,25 -2,50±0,25 -5,00±0, 65,0±0,5 -4,0±0,5 -9,0±0,5 -17,0±0,5 -2,00±0,25 -4,50±0,25 -8,50±0, 75,0±0,5 -3,0±0,5 -7,0±0,5 -14,0±0,5 -1,50±0,25 -3,50±0,25 -7,00±0, 85,0±0,5 -3,0±0,5 -5,0±0,5 -11,0±0,5 -1,50±0,25 -2,50±0,25 -5,50±0, 95,0±0,5 -3,0±0,5 -5,0±0,5 -11,0±0,5 -1,50±0,25 -2,50±0,25 -5,50±0, 105,0±0,5 -3,0±0,5 -6,0±0,5 -11,0±0,5 -1,50±0,25 -3,00±0,25 -5,50±0, 115,0±0,5 -3,0±0,5 -6,0±0,5 -11,0±0,5 -1,50±0,25 -3,00±0,25 -5,50±0, 125,0±0,5 -3,0±0,5 -6,0±0,5 -11,0±0,5 -1,50±0,25 -3,00±0,25 -5,50±0, 135,0±0,5 -3,0±0,5 -6,0±0,5 -11,0±0,5 -1,50±0,25 -3,00±0,25 -5,50±0, 145,0±0,5 -3,0±0,5 -6,0±0,5 -13,0±0,5 -1,50±0,25 -3,00±0,25 -6,50±0, 155,0±0,5 -3,0±0,5 -6,0±0,5 -13,0±0,5 -1,50±0,25 -3,00±0,25 -6,50±0, 165,0±0,5 -3,0±0,5 -6,0±0,5 -13,0±0,5 -1,50±0,25 -3,00±0,25 -6,50±0, 175,0±0,5 -3,0±0,5 -6,0±0,5 -12,0±0,5 -1,50±0,25 -3,00±0,25 -6,00±0,
Freqüência (Hz)
PITOT mm de óleo
mm de óleo
50 65-30 35,0±0,5 17,50±0, 40 67-45 22,0±0,5 11,00±0, 30 69-56 13,0±0,5 6,50±0,
40 Hz 0, 50 Hz 0,
Figura – Coeficiente de Arrasto
Re 30 Hz^^169348 40 Hz 220303 50 Hz 277871
Foi possível observar a posição angular onde ocorre a separação da camada limite observando os gráficos do coeficiente de pressão (C (^) p ) pelo ângulo, isso porque sabemos que o ponto de separação será aquele em que o gráfico se torna constante. Assim, pelos gráficos, percebemos que a separação da camada limite ocorre em aproximadamente 51°, 49° e 47°, respectivamente para as freqüências de 30, 40 e 50Hz. Sabendo-se que o escoamento será considerado laminar caso o número de Reynolds seja menor do que 5.10 5 , já que esse é o valor de transição, percebemos que os gráficos encontrados estão de acordo com o esperado pois se assemelham bastante ao do escoamento laminar.
Conclusões e Comentários Finais
Neste relatório pudemos observar na prática alguns resultados que conhecíamos da teoria. Pudemos conhecer melhor a força de arrasto e de pressão e os coeficientes a elas relacionados. Também aprendemos como funciona o tubo de pitot, utilizado para o cálculo da velocidade. Observamos o escoamento ao redor de um cilindro em túnel de vento, bem como o comportamento na camada limite e o ponto de descolamento. A maior parte dos resultados se apresentou coerente com a teoria, no entanto eventuais erros podem ter ocorrido devido a erros de medida e imprecisão na aparelhagem. Assim mesmo deve-se destacar a importância didática dessa experiência para o aprendizado de conceitos estudados na teoria.
.9 Referências Bibliográficas
