Câmara de retificação

A câmara de retificação ou câmara de sedimentação é a seção de um túnel de vento onde é melhorada a uniformidade do fluxo e reduzida sua turbulência. Isso é feito por meio de condicionadores de fluxo, fundamentalmente colmeias e telas. O propósito da câmara de retificação é criar um segmento de túnel de vento com uma velocidade baixa e com uma grande área. A baixa velocidade é necessária para reduzir as perdas de energia ocasionadas pelos condicionadores de fluxo, uma vez que elas são proporcionais à velocidade do escoamento ao quadrado. A grande área é necessária para facilitar a instalação da contração no túnel de vento e aumentar a uniformidade de fluxo na seção de teste.

Normalmente, a colmeia é colocada após da saída do difusor, enquanto que as telas são colocadas à jusante da colmeia, exceto quando é necessária a presença de uma tela a montante da colmeia, devido a ângulos de incidência maiores que 10º no escoamento.

Segundo Mehta (1977) a distância entre as telas deve ter um valor aproximado de 500 vezes o diâmetro do arame que compõe a tela. Isto garante que as esteiras geradas no escoamento pela presença dos arames diminuíam antes de alcançar a tela seguinte, que se encontra na jusante. Este pesquisador afirma também que a distância ótima entre a última tela e a entrada da contração é de aproximadamente 0,2 diâmetros4 da seção transversal: se esta distância for muito mais longa, haverá um crescimento excessivo da camada limite; se é muito mais curta, a perturbação criada pela última tela poderá atingir a entrada de contração. Em ambos os casos, isto terá um efeito indesejável na uniformidade do fluxo da seção de teste.

Apresentam-se a seguir as principais características dos condicionadores de fluxo.

4 _{‘O termo "diâmetro" é definido como o diâmetro de um círculo com a}

2.7.2.5.1 Colmeias ou favos

As colmeias são usadas para direcionar o fluxo em sentido paralelo às paredes do túnel, removendo redemoinhos e corrigindo o fluxo originado pelo ventilador e o difusor.

Os favos são recomendados quando os ângulos de incidência do fluxo são inferiores a 10º. Se o fluxo apresenta ângulos maiores, estes podem ser reduzidos por meio de uma tela à montante do favo. Por exemplo, segundo Mehta (1977), uma tela com um Kscr igual a 1,5 reduz

o ângulo de incidência em 70% do seu valor original. As colmeias são definidas pelo tamanho e pela forma das células, como mostrado na figura 28. Geralmente os favos adotam formas hexagonais, por sua facilidade de construção, mas também podem ser usadas formas circulares, quadradas ou triangulares. O comprimento recomendado situa-se entre 7 e 10 vezes o diâmetro da célula, e para pequenos túneis de baixa velocidade Mehta sugere diâmetros de células aproximadamente iguais a 5 mm, resultando em um comprimento máximo do favo de 50 mm, com coeficiente de resistência da ordem de 0,5 vezes a pressão dinâmica.

Figura 28 – Tipos comuns de favos

triangular quadrada hexagonal circular

2.7.2.5.2 Telas

Como foi mencionado na seção 2.7.2.3, as telas são colocadas na câmara de sedimentação, a fim de reduzir a turbulência e melhorar a uniformidade de fluxo. Em pequenos túneis de vento de baixa velocidade, com difusores de grande angular, duas ou três telas com Kscr

próximos de 1,5 são normalmente instaladas. 2.7.2.6 Contração

As contrações têm a finalidade de melhorar ainda mais a qualidade do fluxo desenvolvido para a seção de testes. Sua localização num túnel de vento é à jusante da câmara de retificação e à montante da seção de teste.

Segundo Mehta (1977) quase todos os túneis de vento têm uma contratação por duas razões principais: (i) a contração aumenta a velocidade média do fluxo e isso permite que o favo e as telas sejam colocados nas regiões de baixa velocidade, reduzindo assim as perdas de pressão e o fator de potência do túnel. (ii) Uma vez que a pressão total mantém-se constante através da contração, tanto flutuações como variações na velocidade são reduzidas.

O parâmetro mais importante na determinação destes efeitos é a razão de contração (c), que é definida como a razão entre a área de entrada e a área de saída da contração. A redução das variações da velocidade axial ocasionada pela diminuição da área numa contração foi tratada por Bradshaw (1964), que usou o esquema apresentado na Figura 29. Este autor aplicou a equação de Bernoulli a um fluxo incompressível com uma pequena região de maior velocidade, localizada em algum lugar da seção transversal, com o intuito de representar uma falta de uniformidade no escoamento. Da manipulação algébrica e das considerações de ordem de grandeza que podem ser consultadas em seu trabalho (Bradshaw, 1964), ele obteve a seguinte relação:

2 , ,

c







onde δc,e e δc,i representam o fator de variação da velocidade na saída e

na entrada da contração, respectivamente, e c é a razão da contração. Observe-se que o fator de variação da velocidade de saída é inversamente proporcional ao quadrado da razão de contração; assim a

variação da velocidade axial é muito menor e o perfil tende a ser mais uniforme para uma maior relação de contração. Porém, a escolha de uma razão de contração muito grande pode fazer com que a contração se comporte como uma buzina e produza barulhos excessivos. Assim, Mehta (1977) recomenda, para tuneis de vento de baixa velocidade, valores de c entre 6 e 9. Outro critério para determinar o limite máximo para c é o comprimento máximo aceitável da contração ou a distância máxima aceitável da linha de centro do túnel a partir do chão da sala. Figura 29 – Variação da velocidade axial não uniforme em uma contração

Fonte: Adaptado de Bradshaw (1964)

Segundo Mehta (1977), os efeitos de variações de velocidade e turbulência ocasionadas por uma contração no escoamento representam fenômenos complicados, pois a redução das flutuações da componente axial é maior que as flutuações transversais. Uma contração instalada num túnel de vento pode melhorar a qualidade do fluxo (uniformidade e estabilidade), porém, uma contração concebida de forma incorreta pode afetar negativamente a qualidade do fluxo. Uma contração bem concebida minimiza o crescimento da camada limite.

O projeto de uma contração está limitado por duas restrições opostas. A primeira restrição estabelece que o comprimento da contração deva ser suficiente para não gerar distúrbios na uniformidade do fluxo, na medida em que a área da seção transversal é reduzida. Em

contraposição, a contração deve ser o mais curta possível para minimizar o crescimento da camada limite antes de chegar à câmara de teste. Assim, o projeto da contração requer um balanço entre estas duas restrições. Na realidade não existe um projeto de contração ideal, pois este depende das condições da seção de teste. Inumeráveis trabalhos disponíveis na literatura fornecem orientações úteis (em vez de técnicas de design infalíveis) para projetar contrações.

Projetar uma contração consiste basicamente em encontrar a relação da contração, o comprimento e a forma da parede. Existem vários trabalhos que tratam de métodos para a concepção de contrações, como por exemplo, Downie, Jordinson, e Barnes (1984), Bell e Mehta (1988), Su, (1991) e Gibbings, (1993). Alguns destes trabalhos utilizam abordagens analíticas que assumem fluxos viscosos, sendo que algumas correções são aplicadas para levar em conta os efeitos das camadas limite. Su (1991) e Downie, Jordinson, e Barnes (1984) propõem, com base em uma família de curvas, algumas geometrias para projetar uma contração bem sucedida e determinar (experimental ou computaciolmente) o fluxo sobre elas. Já Su (1991) trabalha com geometrias polinomiais e Downie, Jordinson, e Barnes (1984) com geometrias elípticas. Outro método, chamado de design "a olho" é descrito por Mehta (1977) sendo baseado em dados experimentais de contrações de sucesso. Este pesquisador comenta que a suavidade na forma do contorno é muito mais importante do que a precisão dimensional do perfil.

Todos estes métodos proporcionam diretrizes sobre a escolha de parâmetros de projeto de contrações, mas não fornecem um único método para o projeto da contração a partir das condições iniciais. Assim, é necessário avaliar diversas geometrias e otimizar as contrações de acordo com os requisitos específicos do projeto.