APARATOS EXPERIMENTAIS

5.1.1 TÚNEL DE VENTO

Os ensaios experimentais foram desenvolvidos no túnel de vento de circuito aberto do Laboratório de Energia e Ambiente da Faculdade de Tecnologia da Universidade de Brasília (UnB). A seção de testes possui dimensões de 1,2 m de altura e largura, com 2 metros de comprimento. O ventilador de 12 pás se situa na saída do túnel e é acionado por um motor de indução elétrico modelo WEG W22 de 10 HP. O ar aspirado passa por duas seções transversais de colmeias antes de alcançar a primeira redução de seção, e tem sua velocidade controlada por meio do inversor CFW-09 Vectrue Inverter 10A 3CV. A velocidade média máxima obtida na seção de testes é de 20 m/s . O fator de redução da seção da área de teste é de 3,4:1,2. A intensidade de turbulência é da ordem de 1% e a altura da camada limite no centro da seção de testes é de 8·10⁻³m

Figura 20 – Dimensões do túnel de vento do Laboratório de Energia e Ambiente da Fa-culdade de Tecnologia da UnB. Fonte: (MACIAS, 2016)

Figura 21 – Foto do túnel de vento do Laboratório de Energia e Ambiente da Faculdade de Tecnologia da UnB. Fonte: (MACIAS, 2016)

5.1.2 MODELO DA TURBINA DE EIXO HORIZONTAL

A turbina utilizada 𝐻𝐾 −10 é um modelo em escala de 1/10 Fig.(22) de uma turbina hidrocinética Hydro-K de 10𝑘𝑊 de um arranjo triangular em desenvolvimento pelo Laboratório de Energia e Ambiente - UnB para ser implementado a jusante de barragens de usinas hidroelétricas, fabricada pela Aeroalcool Tecnologia Ltda.

O rotor possui 230 mm de diâmetro, possui 4 pás do perfil NACA 4415. Acoplado à nacele da turbina está instalado um sensor ótico reflexivo TCRT 5000, este capta a rotação do rotor.

Figura 22 – Modelo𝐻𝐾−10 em escala 1/10 da turbina hidrocinética Hydro-K. Unidades em mm

A turbina possui um sistema de freio controlado por um algoritmoPID (Proporcional-Integral-Derivativo) com um sistema de malha fechada para o controle da rotação.

5.1.3 POSICIONADOR DE SONDA

O primeiro posicionador de sonda desenvolvido pelo Laboratório de Energia e Ambiente da Faculdade de tecnologia da UnB é composto por um carro de movimentação transversal horizontal (Eixo 𝑦) Fig.(23) sobre dois trilhos, controlado por um motor de passo com 24 passos por milímetros e com uma incerteza de±0,0416 mm. Já o carro de movimentação transversal vertical (Eixo𝑧) Fig.(23), o qual a sonda está fixada, translada em um único trilho fixo no carro anterior, sendo movimentado por um motor de passo com 400 passos por milímetro e uma incerteza de ±0,0025 mm .

Figura 23 – Esquemático da primeira versão do posicionador de sonda.

Durante os primeiros experimentos realizados foi constatado a necessidade de um posicionador de sonda que possibilite a varredura dos eixos 𝑥, 𝑦 e 𝑧. O primeiro posici-onador somente possibilita a varredura dos eixos 𝑦 e 𝑧, para varrer na direção 𝑥 faz-se necessário interromper o experimento para movimentar manualmente o sistema na direção 𝑥.

Partindo de tal necessidade, foi desenvolvido um segundo posicionador de sonda utilizando perfis extrudados de alumínio como trilhos, Fig. (24). Foram empregados três motores de passo, um para cada eixo de movimentação. Dois trilhos paralelos de 2 metros de comprimento foram fixados no teto da seção de teste do túnel de vento, o trilho transversal se movimenta sobre os 2 trilhos fixos no teto por meio de um sistema de correia dentada acionado por um motor de passo com uma incerteza de±0,2𝑚𝑚, desta forma possibilitando a movimentação da sonda no eixo𝑥. O trilho vertical se movimenta no eixo𝑦ao longo do trilho transversal por meio de um sistema de correia dentada acionada por um motor de passo com uma incerteza de ±0,2𝑚𝑚. Para realizar a movimentação da sonda no eixo vertical 𝑧, a mesma é fixada em um carro que desliza no trilho vertical

por meio de um sistema de correia dentada acionada por um motor de passo com uma incerteza de±0,2𝑚𝑚.

Figura 24 – Esquemático do posicionador de sonda aprimorado no interior da seção de teste do túnel de vento

As dimensões de movimentação e as respectivas incertezas de posicionamento do posicionador de sonda estão apresentadas na tabela (1).

Tabela 1 – Resumo das dimensões e incertezas espaciais do posicionador

Eixo Dimensão [mm] Incerteza [mm]

x 1500 ±0,2

y 800 ±0,2

z 1000 ±0,2

O novo posicionador de sonda apresenta uma rápida movimentação pela seção de teste do túnel de vento, aumentando a produtividade na realização dos experimentos, entretanto o sistema apresentou uma vibração induzida pelo escoamento. De forma a eliminar a vibração induzida pelo escoamento foi adicionado na ponta inferior do trilho vertical uma esfera metálica, possibilitando o contato físico do trilho com o chão da seção de testes. A esfera metálica é pressionada contra o chão por um mola e a mesma tem liberdade de rotacionar, o que resultou na total eliminação das vibrações induzidas pelo escoamento.

5.1.4 SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS

O sistema de aquisição de dados é composto por uma cadeia de equipamentos os quais são apresentados em sequência, como apresentados na Fig. (25). A sonda é fixa ao posicionador pelo suporte da sonda, o qual deve ser longo o suficiente para minimizar as interferências no campo de velocidades pela presença do posicionador. O cabeamento da sonda é composto por fios blindados. O anemômetro de temperatura constante, por meio de seu circuito eletrônico mantém a temperatura no fio constante, além de realizar ajustes de ganho e aplicação de filtros. A placa A/D converte o sinal de analógico para digital, para enfim ser analisado pelo computador. Além do sistema convencional, há dois conjuntos de Arduinos, um para controlar a rotação da turbina pelo controle do freio por um algoritmo PID, outro para controlar o posicionador da sonda.

Figura 25 – Esquemático da cadeia de equipamentos para o sistema de aquisição. Adap-tado (JøRGENSEN, 2002), pg. 6

5.1.4.1 SONDA

A sonda unidimensional DISA 55R 62 foi utilizado. A sonda possui um fio de tungs-tênio de 6𝜇m de diâmetro com um comprimento de 3 mm para medições de velocidade e uma bobina para medições de temperatura.

Figura 26 – Sonda Unidimensional DISA 55R 62

5.1.4.2 ANEMÔMETRO DE TEMPERATURA CONSTANTE

O anemômetro de temperatura constante utilizado foi o Mini CTA 54T30 da DAN-TEC DYNAMICS.

5.1.4.3 PLACA A/D

A placa de conversão de dados analógico-digital utilizada é a NI PCI-4472 da NATIONAL INSTRUMENTS, com 4 canais, frequência de aquisição máxima de 102,4 kHz e mínima de 1,0𝑘𝐻𝑧.