Desenvolvimento do perfil de velocidades do escoamento de ar em túnel de vento sob efeito de um disco de aço aquecido por elementos Peltier no piso

Abstract

O presente trabalho teve por objetivo explorar os fenômenos envolvidos da interação entre o escoamento de ar e um gradiente térmico a montante da posição onde foram feitas a medições do experimento. Este tipo de interação faz parte das principais causas de turbulência em uma determinada massa de ar em movimento [Jervel, 2008], o que impacta na eficiência de aerogeradores, ações estáticas e dinâmicas do vento em estruturas entre outros. Para fazer está análise do escoamento de ar, foi utilizado o túnel de vento Prof. Joaquim Blessmann na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, pré- configurando ele para se obter um escoamento de ar com baixa turbulência causada por obstáculos, deixando assim em destaque a turbulência causada pela componente térmica. Para causar este fluxo térmico na área do experimento, foi construído um dispositivo composto por uma placa de aço circular, com elementos Peltier acoplados nesta, que quando energizados, aqueciam a face voltada para o interior do túnel de vento. Para esta análise foi utilizado anemometria de fio quente, medindo a velocidade do escoamento e uma sonda de temperatura termoresistor PT100, ambos na mesma altura em relação ao piso do túnel de vento. Estes sensores foram posicionados e deslocados por um pórtico controlado remotamente para facilitar a operação dos ensaios. Devido a turbulência ser não linear, optou-se pelos quatro momentos estatísticos (média, variância, assimetria e curtose), obtidos para 16 posições verticais entre 5 mm e 300 mm acima da placa de aço e ao longo de quatro posições da direção do escoamento de ar. As mudanças nos momentos estatísticos devido à presença de efeitos térmicos ao longo do escoamento foram comparadas e indicaram a formação de um regime de escoamento quase permanente no final da placa de aço.

The present work aimed to explore the phenomena involved in the interaction between the air flow and a thermal gradient upstream of the position where the measurements of the experiment were made. This type of interaction is part of the main causes of turbulence in a given moving air mass [Jervel, 2008], which impacts the efficiency of wind turbines, static and dynamic wind actions in structures, among others. To make this analysis of the air flow, the wind tunnel Prof. Joaquim Blessmann at the Federal University of Rio Grande do Sul, preconfiguring him to obtain an air flow with low turbulence caused by obstacles, thus highlighting the turbulence caused by the thermal component. To cause this thermal flow in the area of the experiment, a device was built consisting of a circular steel plate, with Peltier elements attached to it, which when energized, heated the face facing the interior of the wind tunnel. For this analysis, hot wire anemometry was used, measuring the flow speed and a PT100 thermoresistor temperature probe, both at the same height in relation to the wind tunnel floor. These sensors were positioned and moved by a remotely controlled gantry to facilitate the operation of the tests. Due to the non-linear turbulence, we opted for the four statistical moments (mean, variance, asymmetry and kurtosis), obtained for 16 vertical positions between 5 mm and 300 mm above the steel plate and along four positions of the flow direction. of air. The changes in the statistical moments due to the presence of thermal effects along the flow were compared and indicated the formation of a nearly permanent flow regime at the end of the steel plate.