Túneis de Vento e Túneis de Água
Cristiane Silvano Wensing
1.Túneis de vento
Túneis de vento
são aparatos hoje amplamente utilizados em testes aerodinâmicos de diversos
produtos, para constatação de forças de arraste e distorção de campo
aerodinâmico (TIPLER & MOSCA, 2009), que possam ser gerados por seu formato
ou eventual alteração, por meio do estudo da interação de fluídos como o ar com
as superfícies. Há dois tipos de túneis de vento. Um é o túnel de
circuito aberto, com uma entrada aberta diretamente para atmosfera. O outro é o
túnel de vento de circuito fechado, também chamado de “retorno-fechado”, com
corrente mais uniforme.
 |
Túnel de vento da NASA.
1.1 História
A
partir do século XIX foi dado o ponto de partida para a criação dos primeiros
túneis de vento junto às primeiras investigações aeronáuticas. Para demonstrar
que não é necessário que o corpo esteja em movimento para ensaiar sua
capacidade aerodinâmica foi desenvolvido o primeiro túnel de vento, onde o
objetivo era analisar que mesmo estando o corpo parado e o ar em movimento é
possível realizar medições de as forças aerodinâmicas nele aplicado.
Com
início da Segunda Guerra Mundial foram construídos os tuneis de vento de
maiores dimensões para a realização ensaios em aeronave militares. Os testes
com tuneis de vento no período da Guerra Fria se tornaram de grande importância
devida questões estratégicas auxiliando assim no projeto de mísseis e aviões
supersônicos. No decorrer do tempo o túnel tomou papel importante para testes,
sendo aplicados em automóveis e construções civis. Antes que os testes com túneis de vento
pudessem ser projetados, o engenheiro inglês e matemático Benjamim Robins (1707
– 1751) inventou um braço girando para medir a força de arrasto onde realizou
as primeiras experiências na aviação.
O
primeiro túnel de vento que se tem notícia, acionado por uma máquina a vapor,
foi construído na Inglaterra em 1871, para a “Aeronautical Society of Great
Britain”, por um dos fundadores dessa associação, Frank H. Wenham (GORECKI,
1988). Desde esta época até os dias atuais, muitos aspectos evoluíram, o que
influenciou diretamente na qualidade do escoamento e das medidas, preocupação
sempre presente nos estudos e desenvolvimentos de produtos e técnicas (JUNIOR,
2009).
1.2 Aplicações
Os túneis de vento nada mais são do que
estruturas que propiciam a simulação do comportamento do ar em relação a
diversos tipos de objetos, como aviões, carros e até mesmo na construção civil.
A instalação permite observar o movimento do ar ao redor dos itens inseridos
dentro dele, o que não é possível realizar facilmente em uma situação normal,
por exemplo, quando uma aeronave está em pleno voo.
Além dessas aplicações, que têm um foco mais
voltado para estudo e testes, esses túneis também são utilizados como um meio
de entretenimento por algumas empresas. Exemplos disso são as estruturas que
permitem simular situações de queda livre e aplanação no ar.
No meio comercial, esse tipo de construção é
utilizado para testar o comportamento de automóveis, simulando-os em alta
velocidade. Exatamente por conta disso, esses túneis também são empregados em
larga escala por várias escuderias da Fórmula 1, permitindo a criação de carros
mais estáveis e mais rápidos apenas por meio de alterações na aerodinâmica.
1.2.1 Setores automobilísticos e simuladores de situações extremas
No setor
automobilístico, a Ford é uma das empresas que utilizam mais fortemente esse
tipo de estrutura para realizar testes em seus carros antes do lançamento. A
sede da companhia localizada em Dearbourn, Estados Unidos, possui uma estrutura
completa no quesito de túneis do vento.
Simulação sendo realizada em um dos túneis
de vento da Ford (Fonte da imagem: Reprodução/Ford)
Essas estruturas permitem simular o
comportamento do automóvel em situações extremas, como tempestades, neve e
deserto. O túnel de número 8, como chamado pela empresa, apresenta uma hélice
de sete metros de diâmetro, composta por 44 pás que produzem ventos de até 240
km/h.
As consequências impactadas no carro pelas
tempestades simuladas são medidas por meio de uma balança com precisão para
detectar desde o peso de uma moeda até cargas de 4 toneladas. Além disso,
também são utilizados lasers para identificar o trajeto percorrido pelo ar ao
redor do automóvel submetido aos testes.
1.2.2 Túneis de vento na Fórmula 1
Investimentos pesados em diversas tecnologias
é uma premissa básica para qualquer companhia que queira ter uma participação
de sucesso em corridas da Fórmula 1. Mais do que se preocupar com a potência do
motor, é preciso analisar o comportamento dos veículos nas pistas, trabalhando
diretamente com a aerodinâmica dos carros.
Isso porque de nada adiantaria desenvolver
motores extremamente potentes se o veículo não possuir uma estrutura estável ou
um formato que seja capaz de amenizar a resistência do ar, por exemplo. Por
conta dessas razões, os túneis de vento são amplamente utilizados nessa área.
1.2.3 Aplicações feitas pela NASA
Como a instituição-modelo em relação a
tecnologias relacionadas a aeronaves e suas variações, a NASA também possui
estruturas específicas para testar os seus projetos utilizando túneis de vento,
que simulam a geração de ventos a velocidades absurdas .
As instalações utilizadas pela NASA permitem
que os engenheiros controlem as condições que afetam diretamente a aeronave.
Essas estruturas puxam o ar externo jogando-o para dentro da área de testes e,
então, empurram o vento para fora novamente, fazendo com que seja gerada uma
recirculação de ar dentro do túnel.
2. Túneis de água
Um túnel
de água é uma instalação experimental usada para testar o comportamento hidrodinâmico de corpos submersos em água corrente. É muito
semelhante a um túnel de vento de
recirculação, mas com água como fluido de trabalho, e fenômenos relacionados
são estudados, tais como a medição das forças sobre modelos em escala de submarinos ou sustentação ou arrasto em hidrofólios.
A água e o vento têm efeitos similares sobre as
estruturas e os materiais, mas, com a água, pode-se maximizar o efeito
dinâmico, porque a água é mais densa do que o ar.
2.1 Estudos Hidro
e Aerodinâmicos
Engenheiros da Universidade de Miami, nos Estados
Unidos, estão iniciando os estudos de viabilidade para a construção de um túnel
de água para estudos avançados de dinâmica de fluidos.
O projeto visa criar uma alternativa para os
conhecidos túneis de vento, criando o maior túnel de água do mundo, chamado
WTAPC (Water Tunnel of the Americas at the Panama Canal)."Um túnel
de água é a progressão natural de um túnel de vento de pesquisas," diz
Antonio Nanni, gerente do projeto. O gigantesco laboratório poderá trazer
benefícios para várias indústrias, incluindo a aeroespacial, naval e da
construção civil, além da indústria automobilística.
"As instalações permitirão aos pesquisadores
testar modelos de estruturas que se quer construir, incluindo veículos,
edifícios e turbinas," explica Nanni. "O túnel também permitirá aos
cientistas determinar as forças de condições climáticas extremas em edifícios e
estruturas, replicando as condições de vida real em uma escala maior do que é
atualmente possível."
2.1.1 O
túnel de água
O túnel de água terá uma seção de teste de 4 x 4 metros (m) de largura
por 20 m de comprimento, e deverá gerar uma velocidade da água de até 20 m/s. Uma
condição essencial para o desenvolvimento das pesquisas é que esse fluxo seja
mantido por, pelo menos, 60 segundos. Nenhum túnel de água no mundo hoje supera
qualquer um desses quesitos.
Os túneis de água já existentes são circuitos
fechados que usam motores elétricos e bombas para forçar a água através de um
duto. O novo túnel deverá ser mais "verde", aproveitando a queda
natural da água captada na barragem Meddem, do Canal do Panamá, que fluirá periodicamente
através do túnel, dispensando o bombeamento e o gasto de energia."Estamos
usando a força da natureza para operar um centro de pesquisas, sem impactar a
demanda de energia," diz Nanni. "O projeto tem fortes fundamentos
técnicos e de sustentabilidade, e a relevância científica e econômica de tal
laboratório para o Panamá e toda a região não tem precedentes."
Além do túnel de água propriamente dito, o
laboratório exigirá um sistema de supercomputação, capaz de processar todos os
dados gerados a cada experimento.
3. Referências
Túnel de vento. Disponível em: http://www.enciclopediaf1.com.br/por_dentro_da_f1/tunel-de-vento.
Acesso em: 26/10/16
TÚNEL DE VENTO E ENSINO DE FÍSICA
– CONSTRUÇÃO DE PROTÓTIPO DIDÁTICO PARA OBSERVAÇÃO DE ESCOAMENTO DE FLUÍDOS EM
SUPERFÍCIES AERODINÂMICAS. Disponível em: http://www.sbpcnet.org.br/livro/64ra/resumos/resumos/2551.htm.
Acesso em 25/10/16
Pra que servem os túneis de
vento? Disponível em: http://www.tecmundo.com.br/simuladores/33494-para-que-servem-os-tuneis-de-vento-.htm. Acesso
em: 26/10/16
Inovação. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=tunel-de-agua-aerodinamica#.WBIydyQ-KZQ
Acesso em: 26/10/16
Nenhum comentário:
Postar um comentário