Universidade Federal de Minas Gerais Escola de Engenharia

Aerodinâmica Experimental Engenharia Aeroespacial

Aula Prática 01

Eficiência do Difusor

Prof. Guilherme de Souza Papini

Alunos: Arthur Izumi

Guido Marioza

Paulo Ramos

Renato Mendes

Rogério Guahy

Belo Horizonte

Agosto de 20141.0. Introdução

A atividade experimental 01, realizada no dia 12 de agosto, teve como objetivo introduzir a técnica de medição da eficiência do difusor utilizando-se a recuperação da pressão estática como parâmetro de eficiência.

2.0. TeoriaO propósito do difusor é reduzir a velocidade do escoamento enquanto aumenta a pressão estática. Um difusor converte pressão dinâmica em estática. O principal difusor em um túnel está localizado imediatamente a jusante da seção de teste e a sua capacidade para executar eficientemente a conversão é importante para minimizar a potência requerida para se atingir a velocidade de ensaio especificada. Para manter o comprimento físico num mínimo, as paredes do difusor devem divergir com o maior ângulo admissível. O risco neste processo é o de ocorrer separação da camada limite nas paredes do difusor, cujo efeito é caracterizado por uma severa queda de pressão no processo de conversão. Este mesmo problema é encontrado no projeto de motores a jato, onde um difusor é requerido entre o compressor e a câmara de combustão, e por ser curto, torna-se determinante na concepção do motor quanto ao tamanho e peso. Um difusor curto e bem angulado pode ser utilizado se um separador ou divisor é instalado no seu interior, cada um tendo um ângulo de divergência menor. A recuperação da pressão estática, ou o aumento da pressão estática entre a entrada e a saída do difusor, é um parâmetro de desempenho comumente utilizado. A recuperação de pressão estática ideal é uma função apenas da razão das áreas da saída pela entrada. Este é o padrão de comparação para se determinar a eficiência do difusor.

3.0. Infraestrutura

Tabela 1- Material utilizado

Equipamentos Túnel de vento de circuito de fechado de baixa velocidade;

Medidores Banco de manômetros e/ou scanvalves;

Sensores Tubo de Pitot instalado na seção de maior velocidade do difusor

4.0. Procedimento experimental

No presente ensaio, executaram-se as seguintes sequências de operação, com o túnel em funcionamento:

(i) Gravação da pressão total (Pt7) e pressão estática (Ps6) na seção de maior velocidade do difusor, para cada operação do túnel;

(ii) Gravação das pressões estáticas médias (04 tomadas por seção transversal, interligadas) para as cinco localizações, conforme desenho esquemático (Figura 1); e

(iii) Verificação da instabilidade nas leituras de pressão estática, a fim de identificar algum sinal de afluência.

Observa-se que a tomada de pressão estática do tubo de Pitot deverá permanecer alinhada às tomadas de pressão estática instaladas na parede da seção transversal 1.

Figura 1 – Desenho esquemático das seções 1 a 5 do túnel fechado da UFMG

4.1. Lista de Equações

Tabela 2- Material utilizadoParâmetr

o Descrição Modelo

Cpr Coeficiente de recuperação de pressãoPSentrada−PSsaida

qentrada

Cpr,idealCoeficiente de recuperação de pressão ideal

1−( A entradaA saida )2

ηp Eficiência do difusorC pr

Cpr , ideal

Aoct Área da seção reta octogonal Calculado graficamente

Aret Área da seção reta retangular blAquad Área da seção reta quadrada l2

5.0. Dados Coletados

Tabela 3 – Condições ambientesCondições Ambientes

Umidade Relativa 33%Temperatura 23,9 °CPressão Barométrica 935 hPa

Tabela 4 – Pressões estática e totalSeções P. Estática P. Total

0 -17 -3071 -15 -3072 -76 -3063 -131 -2824 -160 -3015 -186 -256

Tabela 5 – Geometria das seções verificadasSeçõe

sGeometri

a L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L80 octogonal 0,74 0,32 0,55 0,32 0,74 0,32 0,55 0,321 octogonal 0,89 0,23 0,70 0,23 0,89 0,23 0,70 0,232 retangular 1,28 1,13 1,28 1,13 X X X X3 retangular 1,38 1,27 1,38 1,27 X X X X4 retangular 1,49 1,43 1,49 1,43 X X X X5 quadrada 1,59 1,59 1,59 1,59 X X X X

L1 L1

Figura 2 – Seções 0 e 1 Figura 3 – Seções 2, 3 e 4 Figura 4 – Seção 5

6.0. Resultados

L2

L3

L4

L5L6

L7

L8 L1

L2

L3

L4 L2

L3

L4

Tabela 6 – Pressões dinâmicas calculadasSeções P. Estática P. Total P. Dinâmica

0 -17 -307 -2901 -15 -307 -2922 -76 -306 -2303 -131 -282 -1514 -160 -301 -1415 -186 -256 -70

Tabela 7– Áreas calculadasSeçõe

s Áreas (m²) H/W 0 1,106 8,4/101 1,093 8,4/102 1,446 8,8/103 1,753 9,2/104 2,131 9,6/105 2,528 10/10

0 1 2 3 4 5

1.106 1.093

1.4461.753

2.131

2.528

Seção X Área

Seção

Área

Gráfico 1 – Seção X Área

Tabela 8 – Coeficientes de recuperação e eficiências calculados

Trechos Cpr

Cpr_ideal Cpr/Cpr_i

1-2 -0,209 0,428 48,77%2-3 -0,239 0,320 74,82%3-4 -0,192 0,323 59,40%4-5 -0,184 0,289 63,71%1-5 -0,586 0,813 72,03%

1-2 2-3 3-4 4-5 1-5

48.77%

74.82%

59.40%63.71%

72.03%

Trecho X Eficiência do Difusor

Trecho

ηp

Gráfico 2 – Trecho X Eficiência do Difusor (ηp)

7.0. Conclusões

Observamos que somente o trecho 2-3 apresentou uma eficiência do difusor satisfatória (>70 %), embora a eficiência de todo difusor (trecho total 1-5) esteja apresentando um valor considerado bom.Tal fato denotaria, caso possível, uma revisão no projeto do túnel, de modo a modificar algumas de suas seções retas. Nota-se que foi tomada apenas uma tomada por seção e não foram utilizadas as Scanvalves. Pode-se verificar os resultados realizando esses procedimentos em uma análise posterior.

8.0. Bibliografia

ANDERSON Jr., John D. Fundamentals of Aerodynamics, 5th Edition, McGraw-Hill, Boston, 2005. 71 p.

FOX, Robert W. Introdução a Mecânica dos Fluidos, 7ªed, LTC, Rio de Janeiro, 2011. 397 p.

PAPINI, Guilherme de Souza. Notas de aula – Concepção e Construção de Túnel de Vento, UFMG, 2014.