Início da Lista de Hidráulica - Conservação da Massa

Oi Pessoal!

Com este post, estamos iniciando a série de soluções de exercícios selecionados da Lista de Hidráulica.

O assunto abordado é a Equação da Continuidade ou Equação da Conservação da Massa. O que vem a ser isso? O velho ditado de que "tudo que entra, tem que sair".

Estou me referindo, por exemplo, a um fluido escoando por uma tubulação. A quantidade de massa de fluido que entra tem que ser a mesma que sai, se não tivermos reações químicas ocorrendo no escoamento.

O primeiro exercício da série diz respeito ao cálculo da velocidade média do escoamento em uma seção circular.

Bom, para o pessoal que não está cursando Hidráulica, mas gosta de Cálculo Integral, é um prato cheio. Uma bela aplicação!

Para acessar a solução, clique no vídeo a seguir.



As outras questões da lista serão postadas no canal:
www.youtube.com.br/mjssena

Simulação Computacional de Bombas Hidráulicas

Você sabia que em torno de 31% de toda a energia elétrica consumida pelas indústrias do mundo é usada para acionar Bombas Hidráulicas? Se você não sabe ainda o que é uma Bomba Hidráulica, fique sabendo que, dentre outras coisas, você só consegue ter água encanada em sua casa por causa delas.
As bombas servem para mover fluidos de um local para o outro, usando energia para "empurrá-lo" para o seu destino.
Grande parte das bombas é usada em velocidade constante de rotação, pois estão conectadas a um motor elétrico que tem rotação constante. Como as demandas pelos fluidos variam (assim como em sua rua existe horas em que é mais normal que as pessoas estejam tomando banho do que em outras), tem-se que controlar de alguma forma o fluxo das mesmas.
Tradicionalmente, usam-se válvulas na tubulação para fazer isso. Em sua casa, estas válvulas são as torneiras. Esta forma consome muita energia. Entretanto, há uma maneira de fazer isso diferentemente, sem usar válvulas! Trata-se do controle de velocidade através do uso de inversores de frequência.
Se ficou complicado, não se preocupe! A Solve Engenharia (www.solveengenharia.com.br) elaborou uma metodologia que torna este processo acessível a qualquer Engenheiro. Para isso, o Diretor da Empresa, Prof. André Mesquita, também professor da UFPA, montou um curso de capacitação sobre o assunto que está fazendo muito sucesso entre empresas das mais variadas indústrias.
Além do mais, o Prof. André projetou quatro bancadas para a simulação de bombas em sistemas de velocidade constante e variável. Elas estão sendo implementadas pelo MDI (www.mdi.pro.br) em cooperação com o IESAM (www.iesam-pa.edu.br).
A figura a seguir mostra uma visão de uma das bancadas. Elas estão ficando fantásticas e serão muito úteis para o aprendizado!

Se você trabalha em alguma empresa que precise fazer o curso, basta entrar em contato com a Solve Engenharia (informações no site).

Força de Sustentação no Porsche 917

Continuando a história a partir do post anterior, quando Brian Redman voltou finalmente aos boxes, tinha um sorriso que ia de orelha a orelha, e disse "agora sim pode-se pilotar este carro". Ele havia baixado o tempo total da volta em 3 segundos. Com mais alguns ajustes, o carro obteve um tempo 2 segundos melhor ainda.
Ou seja, uma pequena mudança aerodinâmica transformou um carro muito difícil de pilotar e lento em um carro muito rápido e fácil de pilotar.
De volta à fábrica da Porsche, foram feitos desenhos em escala real de forma manual, para orientar a equipe de fabricação para desenvolver um novo perfil para o carro, baseado nos testes.
Pode parecer estranho para nós hoje em dia a necessidade de desenhos em tamanho real na Engenharia. Naquela época, entretanto, para obter peças com precisão, esta era a única saída. Lembrem-se, simplesmente não existiam programas CAD ou mesmo microcomputadores.
Neste ponto podemos voltar a explorar a miniatura. A figura abaixo mostra a configuração após os testes, já na pintura da equipe John Wyer.

Como efeito colateral, a modificação levou a um maior arrasto aerodinâmico, mas a força de sustentação negativa mais do que compensava este arrasto. Vou ilustrar isto no desenho abaixo.

A força resultante na figura, causada pela diferença de pressão entre o ar nos dois lados do carro faz com que ele fique colado no chão, faça as curvas com muita estabilidade e passe mais confiança aos pilotos. Esta força é a chamada de Força de Sustentação do parágrafo anterior.
Você pode deduzir esta força analisando a Equação de Bernoulli em seu livro de Física. Quanto maior a velocidade do escoamento, menor a pressão. E vice-versa. As formas da carroceria fazem o escoamento ser mais lento na parte superior. Daí a sustentação.
A partir do mês de outubro, poderemos simular estes fenômenos no túnel de vento desenvolvido pelo IESAM e pela Solve Engenharia.
Existem algumas outras informações interessantes que serão tratadas a contento. Até lá!

O teste aerodinâmico em Osterreichring

Vamos continuar a série de postagens sobre a aerodinâmica do Porsche 917.
Os problemas de estabilidade do Porsche 917 eram realmente muito grandes, apesar do carro ser muito rápido. A primeira vez que ele foi pilotado em Le Mans, em um teste em março de 1969, pelos pilotos Hans Hermann e Rolf Stommelen, apesar deles terem feito os melhores tempos, saíram do carro com os olhos arregalados de medo, tamanha a "dança" do carro em altas velocidades.

Estas primeiras versões do carro eram equipadas com aerofólios traseiros conforme mostrado pela seta em amarelo que fiz figura a seguir.

Para ter mais possibilidades de vencer em Le Mans, a Porsche fez então um contrato com uma equipe inglesa, a John Wyer Racing, vencedora várias vezes em Le Mans, para ser a equipe oficial representando a fábrica. Para que a equipe se aclimatasse ao carro, o engenheiro John Wyer programou um teste para o outono de 1969, no circuito austríaco de Osterreichring.
Durante o teste, os problemas aerodinâmicos continuaram se manifestando. Os pilotos presentes ao teste, Brian Redman, Leo Kinnunen, Kurt Ahrens e Piers Courage, declaravam muito receio do carro. Redman, um dos mais experientes pilotos da Porsche, era o mais incomodado com a situação.
Já tarde durante o dia, um dos engenheiros da Wyer, chamado John Horsman, notou que, enquanto a parte frontal do carro estava muito marcada por restos de insetos e folhas, pois o circuito era inserido em uma densa floresta, os aerofólios traseiros estavam completamente limpos.
O que isto poderia significar? Se pensarmos bem, isto significa que provavelmente esta parte do carro não estava tendo contato suficiente com o ar. Isto significava que a aerodinâmica do carro estava desviando o ar para fora do volume de atuação dos aerofólios. Em outras palavras, eles estavam inoperantes.
Após uma reunião entre os engenheiros da Wyer e da Porsche, uma radical decisão foi tomada. A traseira do carro foi recortada e, com a ajuda de folhas de alumínio levadas para o teste, uma traseira diferente foi improvisada para o carro, a custa de muitos cortes, solda, marteladas e fita adesiva. Esta incrível iniciativa foi imortalizada na foto abaixo.

Brian Redman foi então chamado para dar duas voltas no carro e falar de suas impressões. Redman saiu para o circuito, deu as duas voltas, mas não voltou para os boxes. Fez várias, várias e várias voltas, deixando todos na expectativa e então finalmente retornou.
Bom, já dá para notar que o processo acaba sendo uma lição de método na Engenharia.
A conclusão desta história fica para outro post. Até lá.

Arrasto Aerodinâmico

Para continuar a história da aerodinâmica do Porsche 917, precisamos compreender o conceito de Arrasto Aerodinâmico. Quando quaquer objeto se desloca em um meio fluido, como o ar, por exemplo, o fluido oferece uma resistência ao escoamento, devido entre outros aspectos, à viscosidade do mesmo.
A figura a seguir tem dois desenhos. À esquerda, um carro esporte e, à direita, um caminhão. Ambos, ao se deslocarem, experimentam uma resistência do ar. Isto é representado por uma força oposta ao sentido do deslocamento. A esta força dá-se o nome de Arrasto Aerodinâmico (clique na figura para ampliar).

Quanto maior à área da seção transversal ao deslocamento, maior o arrasto aerodinâmico. O caminhão, por exemplo, tem um arrasto aerodinâmico maior que o do carro esporte.
Em um carro de corridas, quanto menor o arrasto aerodinâmico, melhor, pois o carro poderá alcançar maiores velocidades, por ter menos resistência do ar a vencer com uma dada potência do motor.
A figura a seguir mostra uma das primeiras versões do Porsche 917. O projeto foi feito para que o carro tivesse o menor arrasto aerodinâmico possível. Isto seria particularmente vantajoso nas longas retas do circuito de Le Mans. Esta filosofia de projeto era capitaneada pelo diretor da Porsche na época, Ferdinand Piech.

Entretanto, surpreendentemente, esta filosofia causaria alguns problemas que viriam a comprometer muito o desempenho e a segurança do carro e, em última análise, mudar para sempre o panorama da aerodinâmica dos carros de corrida. Isto será assunto de outros posts. Até lá.