Felipe Pamplona Mariano

The study of velocimetry is important for characterizing and comprehending the effects of fluid flow, and the particle image velocimetry (PIV) technique is one of the primary approaches for understanding the velocity vector field in a test section. Commercial PIV systems are expensive, with one of the main cost factors being high-speed camera equipment capable of capturing images at high frames per second (fps), rendering them impractical for many applications. This study proposes an evaluation of utilizing smartphones as accessible image acquisition systems for PIV technique application. An experimental setup inspired by the known angular displacement of synthetic particles is proposed. A stepper motor rotates a plate containing an image of synthetic particles on its surface. The motion of the plate is captured by the smartphone camera, and the images are processed using PIVlab-MatLab^® software. The use of two smartphones is assessed, with acquisition rates of either 240 fps or 960 fps and varying angular velocities. The results were satisfactory for velocities up to 0.7 m/s at an acquisition rate of 240 fps and up to 1.8 m/s at 960 fps, validating the use of smartphones as a cost-effective alternative for applying the PIV technique, both for educational purposes and for research carried out in low-income organizations.

No contexto do projeto de aeronaves, especialmente em competições como a SAE AeroDesign, as simulações CFD são fundamentais para prever o comportamento do escoamento em torno de superfícies aerodinâmicas, contribuindo para o aprimoramento da eficiência das aeronaves. Este estudo analisou a posição relativa entre a asa e o estabilizador horizontal de uma aeronave em três configurações de conjunto asa cauda, avaliando os impactos do deslocamento vertical e horizontal da cauda nos coeficientes de sustentação, arrasto e momento. A metodologia empregada utilizou quatro softwares livres: FreeCAD para a modelagem geométrica dos aerofólios CH10SM e NACA 0012, Salome-Meca® para a geração de malhas não estruturadas, OpenFOAM® para simulações e ParaView para o pós-processamento. A análise dos campos de vorticidade revelou, qualitativamente, a configuração que minimiza a interferência do escoamento da asa sobre a cauda, e a avaliação dos coeficientes aerodinâmicos confirmou, quantitativamente, que a configuração posicionada fora da esteira de vórtices apresentou os melhores resultados. A abordagem com malhas não estruturadas e softwares livres se mostrou eficaz e acessível para simulações aerodinâmicas, com impacto direto no desenvolvimento de aeronaves.

A otimização do desempenho aerodinâmico é essencial para competições como a SAE AeroDesign, e o software XFLR5, portanto, é uma ferramenta livre e gratuita, além de muito versátil, ideal para esse fim. Este artigo se propôs a mostrar como o XFLR5 pode ser usado na análise de aerofólios CH10SM e S1210, detalhando procedimentos para importar, analisar e interpretar resultados. Foram definidos parâmetros como números de Reynolds e Mach, além de faixas de ângulos de ataque. Os resultados mostraram que a eficiência aerodinâmica alcançada pelo CH10SM é 12,5% melhor do que a do S1210 em seu pico, apresentando 20% menos arrasto acima de 10°. O S1210 obteve também um bom desempenho em termos de maior estabilidade longitudinal, tendo um momento médio 15% mais negativo. Esse conjunto de dados pode servir de base para otimização de projetos de AeroDesign ou mesmo em ações pedagógicas para auxiliar estudantes e profissionais a entenderem como diferentes condições de voo afetam os aviões. Assim, a conclusão do artigo mostra o XFLR5 como uma ferramenta de grande utilidade no aprendizado de conceitos aerodinâmicos, como também no desenvolvimento de projetos aeronáuticos para competições educacionais, como a SAE Brasil AeroDesign.

Este estudo aborda a seleção e otimização aerodinâmica de asas trapezoidais para aeronaves de pequeno porte, empregando o software XFLR5 para maximizar a sustentação e minimizar o arrasto. A pesquisa selecionou 20 perfis do banco de dados Airfoil Tools, frequentemente usados em aeronaves de pequeno porte, e implementou uma abordagem analítica para determinar as variáveis aerodinâmicas essenciais ao projeto de aerodesign, incluindo envergadura, corda média e número de Reynolds. O XFLR5 foi crucial na condução de análises bidimensionais e tridimensionais, facilitando a geração de gráficos dos coeficientes de sustentação, arrasto, momento e eficiência, enquanto uma planilha auxiliou na organização e análise dos dados. O estudo revelou que o perfil CH10SM, aplicado em configurações de asas trapezoidais, exibiu uma performance notável, alcançando uma alta sustentação e baixo arrasto, o que contribuiu para uma eficiência aérea aprimorada. Os resultados indicam que o uso de simulações computacionais avançadas, combinadas com análises estatísticas detalhadas, pode levar a melhorias significativas no design aerodinâmico, contribuindo para a evolução da engenharia aeronáutica e o desenvolvimento de aeronaves mais eficientes e seguras.

No presente estudo, investigou-se a interação de escoamentos sobre múltiplos aerofólios utilizando Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Os aerofólios CH10SM para a asa e NACA 0012 para a cauda foram analisados visando dimensionar o estabilizador horizontal de aeronaves de pequeno porte, especificamente VANTs. O procedimento envolveu simulações de escoamentos no OpenFOAM utilizando malhas não estruturadas geradas no Salomé-Meca. O estudo foi dividido em duas fases principais: simulações em várias configurações de conjunto asa cauda e a avaliação da estabilidade longitudinal estática destas configurações. Três arranjos foram investigados, variando as distâncias vertical e horizontal entre os aerofólios, para analisar a contribuição dos momentos em relação a um centro de gravidade arbitrário. As simulações foram conduzidas para ângulos de ataque de 4° e 6°, resultando em curvas de coeficientes de momento obtidas por regressões lineares. Os resultados permitiram identificar uma configuração estável do estabilizador, proporcionando avanços no entendimento dos padrões de escoamento ao redor de superfícies estabilizadoras em projetos aeronáuticos, destacando a utilidade de softwares de código aberto em CFD para tais análises.

In Brazil, the persistent increase in electricity consumption, primarily propelled by economic and technological advancements, can exceed the capacity of generation and distribution, underscoring the imperative for alternative energy sources. Given the compromised state of hydroelectric power and the environmental ramifications of thermoelectric plants, wind energy emerges as a promising and sustainable solution. Research in this domain encompasses turbine efficiency and analysis of local wind potential. Precise determination of this potential is pivotal to ensure project viability and efficacy, directly impacting decisions of electrical generation companies. Tests for assessing wind potential can be conducted in situ or employing techniques such as Fluid Dynamics, crucial for large-scale projects. Experimental investigations, particularly those conducted in wind tunnels, assume a foundational role in research and development in this field. The distribution of wind velocity across the test section stands as a critical parameter, with accurate simulation of the atmospheric boundary layer being indispensable for dependable outcomes. The boundary layer, an area adjacent to the surface influenced by friction between solid and fluid, holds a crucial role in drag and heat transfer. Various techniques have been devised to simulate and control the boundary layer in wind tunnels, representing a burgeoning area of inquiry. The present study advocates for the utilization of the 'boundary layer plate with flap device' to examine how different flap angles and Reynolds numbers impact boundary layer height, employing experimental design with factorial planning for result analysis. Subsequently, the obtained results indicate that flap angle significantly alters the boundary layer height within a given range of Reynolds numbers, thereby enabling the simulation of diverse boundary layer heights within a small wind tunnel, facilitating experiments related to wind flow and atmospheric boundary layer. Consequently, this research contributes to the estimation of wind potential and propels the efficient utilization of wind energy as a clean and renewable source.

Este estudo aborda a concepção de um sistema de geração de partículas para aplicação na técnica de Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV) em túnel de vento. O sistema foi desenvolvido para transportar partículas traçadoras sólidas de um reservatório para o interior do túnel, utilizando o método de leito fluidizado. Baseado no modelo de Raffel et al. (2007), o gerador de partículas projetado passou por adaptações para simplificar a estrutura e aumentar a eficiência. Durante os testes preliminares, verificou-se a necessidade de uma válvula unidirecional para evitar flutuações de pressão e a aplicação de resina epóxi para garantir a vedação entre componentes. Embora o sistema tenha se mostrado funcional, o estudo ainda enfrenta desafios, como a necessidade de integração com o túnel de vento para obter a máxima vazão em massa. Além disso, não foi possível medir experimentalmente a concentração de partículas transportadas, devido à ausência de um equipamento contador de partículas. Apesar das limitações, o trabalho conclui que o sistema desenvolvido atende aos requisitos para experimentos de PIV, demonstrando potencial para aprimoramento em futuras aplicações experimentais.