Fotors do Túnel

A Aerodinâmica

Conforme um objeto se move pela atmosfera ele desloca o ar que o cerca. O objeto também fica sujeito à gravidade e ao arrasto. O arrasto é gerado quando um objeto sólido se move através de um meio fluido como a água ou o ar. O arrasto aumenta com a velocidade – quanto mais velozmente o objeto se move, mais arrasto ele sofre.

Medimos o movimento de um objeto usando os fatores descritos nas Leis de Newton (em inglês). Estão incluídas massa, velocidade, peso, força externa e aceleração.

O arrasto tem efeito direto sobre a aceleração. A aceleração (a) de um objeto é seu peso (P) menos o arrasto (Fa) dividido por sua massa (m). É bom lembrar que o peso é a massa de um objeto multiplicada pela força de gravidade que atua sobre ele. Seu peso mudaria na Lua porque a gravidade lá é mais baixa, mas sua massa permaneceria a mesma. Para simplificar:

a = (P - Fa) / m

Conforme um objeto acelera, sua velocidade e o arrasto aumentam, até que o arrasto seja igual ao peso – situação em que não há mais aceleração. Digamos que o objeto nessa equação seja um carro. Isso significa que conforme o carro se move cada vez mais rápido, mais e mais ar se opõe a ele, limitando sua aceleração e sua velocidade.

Como isso se aplica ao projeto de um carro? Bem, é útil para descobrir um número importante – o coeficiente de arrasto. Esse é um dos fatores primários a determinar quão facilmente um objeto se move cortando o ar. O coeficiente de arrasto (Cx) é igual ao arrasto (Fa) dividido pelo produto da velocidade (V) ao quadrado multiplicada pela área (A) multiplicada por metade da densidade do ar (p). Para facilitar a leitura:

Cx = Fa / (A * 0,5 * p * V^2)

Túnel de Vento

Túnel de vento é uma instalação que tem por objetivo simular para estudos o efeito do movimento de ar sobre ou ao redor de objetos sólidos.

Túneis de vento são muito utilizados em laboratórios de modelos físicos para a determinação de parâmetros nos projetos de aviões, automóveis, cápsulas espaciais, edifícios, pontes, antenas e outras estruturas de construções civis.

A construção de modelos físicos, em escalas reduzidas, embora tentada anteriormente por Arquimedes, Leonardo Da Vinci e outros estudiosos só foi possível após a descoberta da Teoria da Semelhança Mecânica por Isaac Newton e do Teorema de Bridgman.

Nos modelos aerodinâmicos a semelhança mecânica aplicada é a de Mach, nos modelos hidrodinâmicos de escoamentos em condutos forçados utiliza-se a chamada Semelhança de Reynolds e nos condutos livres (canais, usinas hidrelétricas, vertedores) utiliza-se a chamada Semelhança Mecânica de Froude.

No Brasil, túneis de vento subsônicos pequenos e médios podem ser encontrados em algumas instituições de ensino e pesquisa. Em São Paulo, no IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas) existe o maior túnel de vento subsônico de toda a América Latina, que permite aos meteorologistas, por exemplo, simular catástrofes como o Furacão Catarina e, observar como uma construção reage no quesito da aerodinâmica.

Além destes, túneis de ventos supersônicos, para estudos aeroespaciais, podem ser encontrados no ITA, em São José dos Campos, e na UFABC, em Santo André.
Estes são modelos de túneis horizontais:

Outro modelo de túnel do vento são os Túneis de vento vertical. Estes equipamentos podem utilizar o princípio de propulsão ou de sucção. o vento dentro dele pode atingir velocidades superiores a 250km/h fazendo com que qualquer pessoa possa flutuar dentro dele.

São utilizados para simular a queda livre e servem para treinamento de paraquedistas em diversas situações ou posições. Nos Túneis de Sucção o Ar que circula pelo seu interior pode ou não ser reaproveitado, os que reaproveitam o ar são conhecidos como recirculados e são mais econômicos.

Já existem vários túneis verticais instalados pelo mundo. Onde um dos mais conhecidos fica em Orlando, sendo um dos primeiros. Na área de Paraquedismo do Arizona onde esta o Time de paraquedismo Arizona AirSpeed (Atuais Campeões do Mundo na modalidade FQL 4) também esta instalado um Túnel do vento Com a disponibilidade deste equipamento, tornou-se mais produtivo fazer treinamentos combinados entre horas de túnel e saltos, pois no túnel se utiliza todo o tempo que se esta exposto ao vento e durante os saltos o tempo de queda livre utilizado é menor, pois os paraquedistas precisão se separar para poderem comandar seus paraquedas.

O nosso Motor Stirling

Como funciona o Ciclo Stirling

O ciclo Stirling O princípio fundamental de um motor Stirling é que uma quantidade fixa de gás é encerrada no interior do motor. O ciclo Stirling envolve uma série de eventos que alteram a pressão do gás no interior do motor, fazendo com que ele funcione.
Há diversas propriedades dos gases que são essenciais para o funcionamento dos motores Stirling:

• se você tiver uma quantidade fixa de gás em um volume fixo de espaço e a temperatura desse gás aumentar, a pressão também irá aumentar;
• se você tiver uma quantidade fixa de gás e comprimi-lo (diminuir o volume de seu espaço), a temperatura desse gás irá aumentar.

Vamos analisar cada parte do ciclo Stirling enquanto conhecemos um motor Stirling simplificado. O motor simplificado usa dois cilindros. Um cilindro é aquecido por uma fonte de calor externa (como uma fogueira) e o outro é resfriada por uma fonte externa de resfriamento (como gelo). As câmaras de gás dos dois cilindros são conectadas e os pistões são conectados um ao outro mecanicamente por uma articulação que determina como eles se movimentarão entre si.

Há quatro partes no ciclo Stirling. Os dois pistões na animação acima passam por todas as partes do ciclo:

1. calor é adicionado ao gás no interior do cilindro aquecido (à esquerda), causando a elevação da pressão. Isso força o pistão a se mover para baixo. Essa é a parte do ciclo Stirling que realiza trabalho;
2. o pistão esquerdo se move para cima enquanto o pistão direito se move para baixo. Isso empurra o gás aquecido para o cilindro resfriado, o que resfria rapidamente o gás para a temperatura igual a da fonte de resfriamento, baixando também sua pressão. Isso facilita comprimir o gás na próxima parte do ciclo;
3. o pistão no cilindro resfriado (direito) começa a comprimir o gás. O calor gerado por essa compressão é removido pela fonte de resfriamento;
4. o pistão direito se move para cima enquanto o pistão esquerdo se move para baixo. Isso força o gás para o interior do cilindro aquecido, onde se aquece rapidamente, aumentando a pressão, ponto no qual o ciclo se repete.

O motor Stirling somente gera potência durante a primeira parte do ciclo. Há duas maneiras principais de aumentar a geração de potência.

• Aumentar a geração de potência no estágio 1 - na parte 1 do ciclo, a pressão do gás aquecido empurrando o pistão realiza trabalho. Aumentar a temperatura durante essa parte do ciclo aumentará a geração de potência do motor. Uma maneira de aumentar a pressão é por meio do aumento da temperatura do gás. Quando dermos uma olhada em um motor Stirling mais adiante, veremos como um dispositivo chamado regenerador pode melhorar a geração de potência do motor ao armazenar calor temporariamente.
• Diminuir o consumo de potência no estágio 3 - na parte 3 do ciclo, os pistões realizam trabalho sobre o gás, consumindo uma parte da potência produzida na parte 1. Baixar a pressão durante esta parte do ciclo pode diminuir a potência consumida durante esse estágio do ciclo, aumentando efetivamente a geração de potência do motor. Um modo de diminuir a pressão é resfriar o gás para uma temperatura mais baixa.

Esta seção descreveu o motor Stirling ideal. Os motores reais trabalham variando o ciclo levemente por causa das limitações de seu projeto. Nas próximas seções, vamos conhecer alguns tipos diferentes de motores Stirling. O motor tipo deslocador é provavelmente o mais fácil de se entender, assim, começaremos com ele.

História do Motor Stirling

O motor Stirling é um motor térmico muito diferente do motor de combustão interna do seu carro. Inventado por Robert Stirling em 1816, o motor Stirling é mais eficiente do que um motor diesel ou a gasolina. Mas hoje, os motores Stirling são usados somente em alguns casos específicos, como em submarinos ou geradores de energia auxiliares para iates, onde o funcionamento silencioso é importante. Apesar do motor Stirling não ter tido grande sucesso comercial, alguns inventores de grande talento estão trabalhando nele.
Um motor Stirling usa o ciclo Stirling, diferente dos ciclos usados nos motores de combustão interna.
Os gases usados no interior de um motor Stirling e nunca saem do motor. Não existem válvulas de escape que liberem gases a alta pressão, como em um motor a gasolina ou diesel e não ocorrem explosões em seu interior. Devido a isso, os motores Stirling são muito silenciosos.
O ciclo Stirling usa uma fonte de calor, que pode ser gasolina, energia solar ou até o calor produzido por plantas em decomposição. Não ocorre nenhuma combustão no interior dos cilindros do motor. Há muitas maneiras de se construir um motor Stirling. Neste artigo, vamos aprender sobre o ciclo Stirling e ver como funcionam duas configurações diferentes deste motor.