magnus effect study
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Universidade de Évora
Licenciatura em Engenharia de Energias Renováveis
Energia Eólica
2012/2013
Estudo do escoamento e desempenho
aerodinâmico de pás de geradores do
tipo Magnus
Docente:
Prof. Paulo Canhoto
Discentes:
Frederico Felizardo nº29093
Ricardo Andrade nº29592
Estudo do escoamento e desempenho aerodinâmico de pás
de geradores do tipo Magnus
1
Índice
1. Introdução: ................................................................................................................... 2
2. Geradores do tipo Magnus: .................................................................................... 3
2.1 História: ................................................................................................................... 3
2.2 Efeito de Magnus: ................................................................................................. 4
2.3 Tipos de turbinas Magnus: ................................................................................ 8
2.3.1 Convencional: .................................................................................................. 8
2.3.2 Espiral: ............................................................................................................. 8
2.3.3 Savonius: ........................................................................................................... 9
2.4 Vantagens e Desvantagens: .............................................................................. 10
2.5 Aplicações: ............................................................................................................. 11
3. Atividade Experimental: ...................................................................................... 14
3.1 Objetivos: ............................................................................................................... 14
3.2 Material utilizado: ........................................................................................... 14
3.3 Equações de Calibração: .................................................................................. 19
3.4 Equações Utilizadas: ......................................................................................... 19
3.5 Descrição da atividade laboratorial: ...................................................... 20
3.6 Dificuldades: ........................................................................................................ 25
4. Conclusões da atividade laboratorial: ........................................................ 27
5. Considerações finais: ........................................................................................... 29
6. Bibliografia: ............................................................................................................ 30
Estudo do escoamento e desempenho aerodinâmico de pás
de geradores do tipo Magnus
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1. Introdução:
Nos dias que correm a energia eólica tem cada vez uma maior
utilização para produção de energia elétrica, quer em lugares
descentralizados quer em grandes parques eólicos ligados à rede
elétrica.
Este tipo de energia renovável tem origem no aquecimento da
atmosfera pelo sol, que coloca em movimento massas de ar. A
direção do vento é influenciada pela rotação da terra, pela
cobertura da superfície terrestre e pelos planos de água, ou
seja, afetando a velocidade, direção e variabilidade do vento
num determinado lugar.
A energia eólica caracteriza-se por aproveitar a energia
cinética presente no vento para produzir energia mecânica,
consequentemente uma rotação das pás, sendo posteriormente
transformada em energia elétrica através por um gerador
elétrico.
Tendo em vista o aumento das nossas necessidades
energéticas, a procura de novas soluções que consigam melhorar
os valores de eficiência na conversão de energia e atenuar todo
o tipo de problemas ambientais e económicos atuais é uma
prioridade nos dias de hoje. É assim que aparece a Turbina de
Magnus, esta caracteriza-se por utilizar o Efeito de Magnus para
produzir energia elétrica.
Desse modo, o nosso trabalho irá ser constituído por duas
partes, uma teórica e uma prática. Na parte teórica vamos falar
do Efeito de Magnus, onde se aplica, os diferentes tipos de
turbinas que existem, bem como as suas vantagens e desvantagens.
Na parte experimental iremos analisar um protótipo existente de
uma Pá de Magnus que vai ser colocada num túnel de vento.
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de geradores do tipo Magnus
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2. Geradores do tipo Magnus:
2.1 História:
Heinrich Gustav Magnus, físico alemão, nascido a 2 de Maio
de 1802 em Berlim, verificou a ocorrência de desvios nas
trajetórias balísticas em relação à direção teoricamente
esperada. Este físico concluiu assim, que isto se devia a um
fenómeno, que consistia basicamente no facto de haver uma
interação do meio em movimento (ar, no caso da
Energia Eólica) com o cilindro que gira
segundo um eixo perpendicular à direção do
movimento anterior. Posto isto, o efeito
ficou batizado com o nome de “Efeito de
Magnus”, tendo havido posteriormente à sua
descoberta diversas aplicações utilizando o
mesmo.
Figura 1: Físico alemão, Heinrich Gustav Magnus
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2.2 Efeito de Magnus:
“Em diferentes pontos de uma corrente uniforme, se um
fluido se movimenta com velocidades diferentes, nos pontos de
maior velocidade observa-se uma menor pressão e vice-versa”
(Albert Einstein, “Como Vejo o Mundo”).
A explicação acima demonstra a Equação de Bernoulli, que
se aplica no princípio do funcionamento dos aerogeradores do
tipo Magnus, ou seja, quando temos um cilindro em rotação face a
um escoamento de um fluido (ar), irá haver uma parte do cilindro
em que o sentido do escoamento do fluido coincide com a sua
rotação, implicando uma diminuição de pressão e aumento de
velocidade. Por outro lado, na parte contrária do cilindro irá
haver um sentido oposto entre a rotação do cilindro e o
escoamento do fluido, fazendo com que a velocidade nesse local
seja menor, havendo logicamente ai também uma maior pressão.
Imaginemos um escoamento de ar com direção Este-Oeste e
velocidade V, o qual entra em contacto com um cilindro em
rotação no sentido dos ponteiros do relógio.
Figura 2 - Equação de Bernoulli
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Figura 3 - Ilustração do Efeito de Magnus
Como explicado anteriormente e como se pode verificar na
figura, no ponto A, ponto no qual o sentido do escoamento do ar
é oposto ao de rotação, existe um abrandamento da velocidade do
fluido face à maior pressão nesse local, pelo que as linhas de
escoamento perto desse ponto tendem a seguir um caminho
retilíneo e claramente espaçadas entre elas após a interação com
o cilindro.
Já no ponto B, verifica-se um aparecimento de uma força
(Força de Sustentação), que resulta do facto de o sentido do
escoamento do ar ser idêntico ao de rotação do cilindro. Este
fenómeno acontece porque, com uma maior velocidade de escoamento
(evidenciado pelas linhas mais juntas da figura, que tendem a
acompanhar o movimento rotacional do cilindro), acompanhado de
uma menor pressão irá fazer com que o cilindro se movimente ao
longo da direção Norte-Sul, havendo deste modo a atuação da tal
força criada com estas condições.
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Figura 4 - Linhas de corrente de um escoamento Este-Oeste ao longo de uma esfera em rotação no sentido dos ponteiros do relógio
Posto isto, a força aqui criada denominada Força de
Sustentação, pode ser calculada através da seguinte equação:
Sendo:
𝐹𝐿: Força de Sustentação [N];
𝐶𝐿: Coeficiente de Sustentação;
𝜌: densidade do fluido de escoamento [Kg/𝑚3];
A: área da secção transversal do cilindro em relação ao
escoamento [𝑚2];
𝑣: velocidade do fluído de escoamento [m/s].
𝑭𝑳 = 𝑪𝑳 ×𝟏
𝟐× 𝝆 × 𝑨 × 𝒗𝟐
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Existe também uma força envolvente neste fenómeno, que
consiste na força de resistência ao movimento do cilindro
através do ar. Esta força é denominada de Força de Arrasto e
pode ser determinada a partir da seguinte equação:
Sendo:
𝐹𝐴: Força de Arrasto [N];
𝐶𝐴: Coeficiente de arrasto;
𝜌: densidade do fluido de escoamento [Kg/𝑚3];
A: área da secção transversal do cilindro em relação ao
escoamento [𝑚2];
𝑣: velocidade do fluído de escoamento [m/s].
𝑭𝑨 = 𝑪𝑨 ×𝟏
𝟐× 𝝆 × 𝑨 × 𝒗𝟐
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2.3 Tipos de turbinas Magnus:
2.3.1 Convencional:
Aerogerador com 3 cilindros, nos quais existe um “prato” em
cada extremo dos mesmos, com diâmetro superior ao dos cilindros.
Esta “prato”, consiste num cilindro com uma espessura muito
menor e com diâmetro superior do que os cilindros rotativos
principais e tem a principal função de manter o fluxo de ar
uniforme ao longo dos últimos.
Este tipo de turbina consegue
alcançar eficiências de 30-35%.
Figura 5: Turbina do tipo convencional
2.3.2 Espiral:
Este tipo de aerogerador contem espirais que envolvem os
cilindros, fazendo com que haja uma maior força de sustentação
face ao convencional. Tem a capacidade de produzir energia a
partir de ventos com velocidade na ordem dos 3m/s, evidenciando
deste modo o facto de requerer uma velocidade de arranque mais
baixa que as dos aerogeradores convencionais. No que toca à
eficiência, este tipo de turbina consegue atingir até 50%.
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Figura 6 - Turbina do tipo Savonius
Figura 7 - Perfil do Cilindro da Turbina Savounius
Figura 7 - Perfil do Cilindro da pá da Turbina tipo Espiral Figura 6 - Turbina tipo Espiral
2.3.3 Savonius:
Por último, esta categoria retrata um mecanismo em que os
cilindros do aerogerador usam a Força de Arrasto através da
velocidade do vento, fazendo com que estes rodem sobre o seu
próprio eixo, não havendo gasto de energia adicional. Isto faz
com que o aerogerador esteja dependente da velocidade do vento
para rodar, podendo haver flutuações da frequência antes da
produção de energia. Porém, tem a vantagem de não necessitar de
motores elétricos associados aos cilindros.
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2.4 Vantagens e Desvantagens:
As Turbinas de Magnus surgem como evolução das Turbinas
Convencionais e dessa forma podemos dizer que as vantagens a
elas aplicadas caracterizam-se como o “update” das desvantagens
das turbinas atuais.
Quer nas turbinas do tipo convencional quer nas do tipo
espiral as vantagens associadas a este tipo são semelhantes,
dessa forma uma grande vantagem é que conseguem iniciar a
produção de energia com velocidades de vento relativamente
baixas, estando a sua velocidade de arranque compreendida entre
1 a 2 m/s e a sua velocidade máxima em 40 m/s. A velocidade de
rotação é cerca de um sexto da velocidade das turbinas normais,
esta baixa rotação implica que haja logicamente uma menor chance
de colisão de aves nas pás. O ruído emitido por este tipo de
turbinas é relativamente baixo, tornando-se uma mais-valia
permitindo uma integração deste tipo de Energia Eólica em zonas
urbanas.
Relativamente às turbinas do tipo de Savonius, estas não
necessitam de nenhuma ajuda na movimentação dos cilindros, são
caracterizadas pela sua construção simples e de baixo custo
devido à inexistência de motores elétricos e sistemas de
transmissão. As pás devido à sua forma têm um peso reduzido
facilitando o seu transporte e montagem.
De uma forma geral podemos referir que as principais
desvantagens presentes nas Turbinas de Magnus são o facto de ser
necessário energia para que exista a rotação dos cilindros em
alguns dos casos, bem como a necessidade de uma estrutura
resistente devido aos esforços a que estão sujeitas.
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2.5 Aplicações:
O Efeito de Magnus também pode ser utilizado para outro
tipo de aproveitamento da energia do vento. Sabemos que este
efeito deve-se ao aparecimento de uma força que atua sobre um
corpo em rotação numa corrente de ar em movimento, o qual atua
na perpendicular à direção de passagem do ar.
Um exemplo dessas aplicações é o navio de Flettner,
projetado para utilizar este tipo de efeito. O chamado Buckau
foi o primeiro navio a ser construído, no ano de 1920, que
utilizava este tipo de princípio. Era constituído por dois
cilindros com cerca de 15 metros de altura e 3 metros de
diâmetro auxiliados por motores elétricos, sendo considerado o
primeiro navio construído a trabalhar a partir de rotores.
Figura 8: Esboço do navio de Flettner Figura 9: Navio de Flettner
Um outro tipo de navio Flettner é o E-Ship1, propriedade da
empresa alemã Enercon GmbH, fabricante de turbinas eólicas,
destinando-se ao transporte das mesmas. Este é constituído por
quatro rotores, com 27 metros de altura e 4 metros de diâmetro,
instalados no convés principal que giram. Esses movimentos
associados ao efeito do vento lateral originam uma força
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auxiliando na impulsão do navio. O navio possui caldeiras, que
alimentam uma turbina a vapor que, por sua vez aciona os quatro
rotores. Estes estão ligados às hélices do navio que
posteriormente provocam o movimento destas, havendo deste modo
movimento do navio.
Figura 10: Navio de Flettner E-Ship1
Este tipo de sistema permite uma economia de combustível da
ordem de 30 a 40% e uma velocidade de 16 nós.
Figura 11: E-Ship1 transportando sistemas eólicos
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Um outro tipo de sistema em que o
Efeito de Magnus se aplica, apesar de
não estar diretamente relacionado com
a produção de energia, é de manter um
dispositivo estabilizado e posicionado
dentro de uma localização restrita.
Este mecanismo está aplicado no
projeto Magenn. Trata-se de um
dispositivo patenteado de alta
altitude, pelo que são colocados a
altitudes relativamente mais elevadas
em relação às turbinas convencionais,
permitindo assim uma captação de ventos com maiores velocidades.
É mais leve do que o ar ao ser constituído por um balão de hélio
e os geradores giram em torno de um eixo horizontal, sendo esta
rotação imposta através de aberturas existentes no mesmo.
As eficiências deste sistema são cerca de 50% e apresentam
custos de produção bastante reduzidos tendo em conta que não
necessitam de torres de sustentação.
Figura 13: Sistema Magenn
Figura 12: Projeto Magenn
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3. Atividade Experimental:
3.1 Objetivos:
Efetuar medidas de força de sustentação e de arrasto a um
protótipo de uma Turbina de Magnus (cilindro).
3.2 Material utilizado:
Protótipo (Cilindro);
Túnel de vento;
Carro de suporte ao cilindro;
Sensor de Pressão;
Sensor de Força 952/B;
Tubo de Pitot;
Dois multímetros;
Duas fontes de tensão;
Aparelho de conversão de força para tensão (caixa azul);
Aparelho medidor de rpm;
Fios de condução;
Crocodilos;
Craveira.
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Tabela 1 - Tabela dos dados com respetiva nomenclatura
Tabela 2 - Tabela dos valores iniciais
Dados e suas abreviações
TiC = Tensão Inicial no Cilindro TiCA = Tensão Inicial na Caixa Azul Rpm i = Rotações por minuto iniciais ViP = Valor inicial de Pressão ViMP = Valor inicial no Multímetro de Pressão TfCA = Tensão Final na "Caixa Azul" Rpm f = Rotações por minuto finais VfP = Valor final de Pressão VfMP = Valor final no Multímetro relativo à Pressão
Valores Iniciais TiC (V) TiCA (V) Rpm i ViP ViMP(V) 12,5 0,62 1500 -8 4,985 13,1 0,53 1500 -8 4,991 14,0 0,604 1550 -8 4,985
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Tabela 3 - Valores para uma tensão no Cilindro de 12,5 V
Tabela 4 - Valores para uma tensão no Cilindro de 13,1 V
Tabela 5 - Valores para uma tensão no Cilindro de 14,0 V
Tensão no Cilindro de 12,5 V TfCA (V) Rpm f VfP VfMP (V) 0,629 1500 -4 5,185 0,645 1500 0 5,358 0,658 1500 4 5,564 0,678 1500 13 5,929 0,692 1500 20 6,138
Tensão no Cilindro de 13,1 V TfCA (V) Rpm f VfP VfMP (V) 0,552 1500 -5 5,147 0,595 1500 -1 5,269 0,614 1500 4 5,520 0,620 1500 12 5,830 0,640 1500 21 6,140
Tensão no Cilindro de 14,0 V TfCA (V) Rpm f VfP VfMP (V) 0,610 1550 -2 5,267 0,617 1550 5 5,504 0,632 1550 12 5,818 0,665 1550 16 6,018 0,685 1550 19 6,160
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Tabela 5 - Dados obtidos a partir das calibrações/equações
* : dados retirados do gráfico, devido aos erros associados às suas
medições.
Diâmetro do Cilindro: 𝐷𝐿 = 0,0376 m;
Comprimento do Cilindro: 𝐶𝐿 = 0,13 m;
Área da secção transversal do cilindro face ao escoamento:
𝐷𝐿 × 𝐶𝐿 = 0,0376 × 0,13 = 0,004888 m
Tensão no
Cilindro (V)
Velocidade do vento (m/s)
Velocidade de Rotação do Cilindro (rad/s)
Pressão (Pa)
Força de Sustentação
(N)
⍵R/v Coeficiente de
Sustentação
12,5
2,621095397
157,0796327
4,13926 0,00898371 1.12667 0.44402 3,709484983 8,290568 0,02495475 0.679609 0.6158 4,686653426 13,23374 0,03793122 0.36011 0.58639 6,041665017 21,99228 0,05789502 0.48879 0.53857 6,69519528 27,00745 0,07186968 0.44108 0.54442
13,1
2,314454669
157,0796327
3,227412 0,02196018 1.27594 1.39204 3,196191717 6,154924 0,06488235 0.92394 2.15662 4,495810867 12,17792 0,08384796 0.65686 1.4086 5,706032332 19,61668 0,0898371 0.51754 0.93691 6,701141291 27,05544 0,1098009 0.44069 0.83027
14,0*
3,183706444
162,3156204
6,106932 0,00598914 0.95848 0.20064 4,424373083 11,7940 0,01297647 0.68971 0.22509 5,663998265 19,32873 0,02794932 0.53876 0.29583 6,328218827 24,12793 0,06088959 0.48221 0.51629 6,760313774 27,53536 0,08085339 0.45139 0.60073
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18
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Forç
a d
e Su
sten
taçã
o (
N)
Velocidade do Vento (m/s)
Força de Sustentação em função da velocidade do vento para as diferentes tensões
12,5 V
13,1 V
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Co
efic
ien
te d
e Su
sten
taçã
o
Razão entre a velocidade angular do cilindro e a do escoamento do ar
Coeficiente de Sustentação em função de ⍵R/v
12,5 V
13,1 V
Gráfico 1: Força de Sustentação em função da velocidade do vento para as diferentes tensões
Gráfico 2: Coeficiente de Sustentação em função de ⍵R/v
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3.3 Equações de Calibração:
3.4 Equações Utilizadas:
𝑦 = 0,998190𝑥
𝑦 = 23,996𝑥 − 120,28
Equação 1 - Calibração do Sensor de Pressão Equação 2 - Calibração do Sensor de Força 952/B
𝑣𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜 = √2𝑃
𝜌
∆𝑃 =1
2 𝜌𝑣2
𝑣𝑟𝑜𝑡𝑎çã𝑜 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 = 𝑟𝑝𝑚 ×2𝜋
60
𝑃𝑑𝑖𝑓 = 𝑃𝑒𝑠𝑡 + 𝑃𝑑𝑖𝑛 − 𝑃𝑒𝑠𝑡
𝑃𝑑𝑖𝑓 = 𝑃𝑑𝑖𝑛
Equação 3 - Determinação da pressão face ao escoamento de ar no túnel
Equações 4 e 5 - Determinação da velocidade do vento através da pressão calculada com a Equação 3
Equação 6 - Determinação da velocidade angular do cilindro
𝐹𝐿 = 𝐶𝐿 ×1
2× 𝜌 × 𝐴 × 𝑣2
Equação 7 e 8 - Determinação do Coeficiente de Sustentação
𝐶𝐿 =𝐹𝐿
12
× 𝜌 × 𝐴 × 𝑣2
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de geradores do tipo Magnus
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3.5 Descrição da atividade laboratorial:
A nossa componente experimental começou pela montagem de um
circuito o qual tinha a função de, para diferentes tensões
aplicadas no cilindro e velocidades do vento, determinar a força
de sustentação de acordo com tais as condições acima impostas
por nós.
Inicialmente colocou-se o cilindro dentro do túnel de vento
que estava ligado a uma fonte de tensão. Esta ligação cilindro-
fonte de tensão foi feita de modo a que a rotação tivesse o
sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, levando a que
posteriormente ocorresse a esperada Força de Sustentação, que
neste caso teria logicamente o sentido Norte-Sul causado pelo
sentido do escoamento.
Figura15: Cilindro colocado na sua posição de teste dentro túnel de vento
Figura 14: Conjunto experimental
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de geradores do tipo Magnus
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Optámos por efetuar uma recolha de dados para três tipos de
tensões aplicadas no cilindro (12,5 V; 13,1 V; 14,0 V) e para
seis diferentes velocidades do vento, estando estas
compreendidas entre 2,30 m/s e 6,70 m/s aproximadamente.
Utilizámos estes valores de tensão um pouco elevados, porque
para tensões baixas o cilindro apresentava oscilações mais
elevadas, enquanto nas que fornecemos estas eram visualmente
muito menores.
Criou-se uma tensão de 15 V no Conversor de Força, de modo
a que houvesse uma diferença de potencial entre o pino azul e
castanho do conector DIN de alimentação do mesmo.
Figura 16: Leitura da diferença de potencial
Para medir as Rotações por minuto, usámos um aparelho
medidor de Rpm que emitia flashes e continha um regulador do
número dos mesmos por intervalo de tempo. O cilindro tinha numa
das suas faces duas “fatias” uma pintada a preto e outra a
branco e com o cilindro a rodar e ao apontar o medidor para a
face pintada, conseguíamos fazer com que essas partes pintadas
parassem visualmente. Essa paragem mostrava o valor real da
rotação do cilindro em Rpm.
Estudo do escoamento e desempenho aerodinâmico de pás
de geradores do tipo Magnus
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Figura 17: Medidor de Rpm
No decorrer da experiência fomos verificando que o cilindro
iniciava a sua rotação para valores entre 4-5 V aplicados no
mesmo e que face ao aumento da tensão aplicada notávamos também
um aumento nos valores de tensão recolhidos pelo multímetro
ligado ao Sensor de Força.
Com os valores visualizados nesse multímetro iriamos
posteriormente converte-los para valores de força, a partir da
equação de calibração do Sensor de Força 952/B, fornecida pelo
Professor.
Figura 18: Carrinho de suporte, Sensor de Força e Cilindro Figura 19: Fontes de Tensão, Multímetro e Conversor de Força
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de geradores do tipo Magnus
23
Face a certas variações desses valores, provenientes das
oscilações do suporte do cilindro e do mesmo, optámos por anotar
o maior valor que aparecia num intervalo de tempo de 30
segundos, conseguindo desta maneira aproximadamente o valor
máximo da força de sustentação para cada velocidade do vento
imposta.
Falando agora nos valores de Pressão, para conseguirmos
recolher dados da mesma para as diversas velocidades do vento,
introduzimos um Tubo de Pitot no Túnel de Vento perto da
abertura onde se iniciava o escoamento do ar, que se encontrava
ligado a um sensor de Pressão que por sua vez estava ligado a um
multímetro. A função do multímetro era a de registar a diferença
de potencial criada no Sensor de Pressão, fazendo com que
posteriormente fosse possível converter esses valores recolhidos
para valores reais de Pressão relativas às diferentes
velocidades do vento. Esta conversão foi feita a partir de uma
curva de calibração do Sensor de Pressão fornecida pelo
Professor.
Figuras 19 e 20: Multímetro, Sensor de Pressão e Tubo de Pitot
Estudo do escoamento e desempenho aerodinâmico de pás
de geradores do tipo Magnus
24
A partir aos valores de Pressão obtidos a partir da equação
de calibração do Sensor de Pressão, conseguimos de seguida
determinar os diferentes valores de velocidade do vento. Sendo
assim, criámos um gráfico para cada tensão fornecida ao
cilindro, que relaciona a Força de Sustentação com a velocidade
do vento.
Estudo do escoamento e desempenho aerodinâmico de pás
de geradores do tipo Magnus
25
Figuras 21, 22 e 23: Soldagem das resistências do aparelho conversor
3.6 Dificuldades:
Podemos referir que tivemos certas dificuldades na
realização da atividade laboratorial, principalmente o facto de
termos necessitado de três dias para a recolha dos dados. Isto
deveu-se primeiramente ao facto de o aparelho conversor de força
em tensão ter apresentado as suas duas resistências danificadas,
fazendo com que fosse necessário o seu conserto de modo a ter um
bom funcionamento. Procedemos assim à abertura do aparelho,
substituição das resistências estragadas e soldadura de novas na
placa do mesmo.
Posto isto, após a preparação de todo o equipamento a usar
na experiência, no segundo dia procedemos à recolha dos dados,
mas devido às oscilações do cilindro obtivemos dados que não
eram fiáveis, os quais apresentavam grandes variações e pouca
conformidade com os teoricamente esperados.
Para diminuir as oscilações do cilindro introduzimos
anilhas na parte de cima do suporte, para que os apoios em ferro
ficassem perpendiculares ao eixo do cilindro, de modo a que este
estivesse o mais alinhado possível.
Estudo do escoamento e desempenho aerodinâmico de pás
de geradores do tipo Magnus
26
No mesmo dia voltámos a fazer uma nova recolha de dados,
mas o túnel de vento deixou de funcionar devido a uma má
ligação, pelo que tivemos de adiar novamente a experiência.
Finalmente no terceiro e último dia, estava tudo a postos
para uma nova tentativa de recolha dos dados e com sucesso
conseguimos os que estavam de acordo com o que era teoricamente
esperado.
Figura 24: Ajuste do suporte do Cilindro:
Estudo do escoamento e desempenho aerodinâmico de pás
de geradores do tipo Magnus
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4. Conclusões da atividade laboratorial:
Em primeiro lugar, podemos afirmar que os objetivos
experimentais foram alcançados, tendo havido por nossa parte uma
boa recolha de dados e tratamento dos mesmos e fundamentalmente
um grande auxílio do Professor.
No que toca ao gráfico que mostra a Força de Sustentação em
relação à velocidade do vento, é correto dizer que nos dois
ensaios, com o aumento da velocidade do vento existe uma maior
Força de Sustentação exercida pelo cilindro.
Falando do gráfico que relaciona o Coeficiente de
Sustentação com a razão entre a velocidade angular do cilindro e
a velocidade de escoamento do ar, podemos evidenciar que o valor
ótimo da razão entre a velocidade angular do cilindro e a
velocidade de escoamento do ar (gráfico laranja referente a 13,1
V aplicados no cilindro) é de aproximadamente 0,92 e que o valor
máximo do Coeficiente de Sustentação correspondente é de
aproximadamente 2,15.
No caso da linha descrita pela tensão de 12,5 V, podemos
referir que não houve uma grande variação dos valores obtidos de
𝐶𝐿, pelo que é importante dizer que nesta tensão o
aproveitamento da energia do vento é menor do que numa tensão
imposta de 13,1 V.
Tínhamos feito 3 ensaios para diferentes tensões aplicadas
no cilindro, porém, face aos valores obtidos (a vermelho na
tabela para a tensão de 14,0 V), decidimos retirar a sua
representação gráfica, visto que era visível algum tipo de erro
a ela associada.
Estudo do escoamento e desempenho aerodinâmico de pás
de geradores do tipo Magnus
28
O possível erro acima referido, pode ter resultado do facto
de a elevada tensão (14,0 V) aplicada no cilindro provocar uma
alta rotação no mesmo, fazendo com que ocorresse o efeito de
turbulência após a interação do escoamento com o cilindro. Este
efeito consiste em vórtices criados depois do cilindro, fazendo
com que haja deste modo uma interferência na rotação do mesmo,
levando posteriormente a dados pouco ou nada conclusivos, bem
como incorretos.
É de referir que no decorrer da experiência, podem ter
ocorrido erros de medições, os quais surgem do fator humano na
recolha e seleção dos dados a utilizar.
Estudo do escoamento e desempenho aerodinâmico de pás
de geradores do tipo Magnus
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5. Considerações finais:
Primeiramente podemos referir que foi bastante interessante
estudar toda a dimensão associada ao Efeito de Magnus, bem como
a nossa interação física com o equipamento experimental.
Com toda a informação que conseguimos recolher, é possível
dizer que o tipo de mecanismo presente nas turbinas que usam o
Efeito de Magnus poderá vir a revolucionar o mundo das turbinas
eólicas, tendo a capacidade de substituir as atuais.
Diversas vantagens fazem com que este tipo de turbinas sejam
preferencialmente utilizadas em relação às convencionais, pelo
que a possibilidade de instalação em meios urbanos vem ser uma
mais-valia para as mesmas.
O facto de produzir pouco ruído, de apresentar uma melhor
segurança e de ter uma baixa velocidade de arranque, permite que
este tipo de turbinas tenham um grande destaque no campo da
eólica, havendo necessidade de ter uma atenção especial neste
mecanismo de conversão de energia. Isto porque, com o
desenvolvimento da tecnologia poderemos conseguir que estas
turbinas sirvam de padrão no aproveitamento eólico e ao mesmo
tempo que haja um extensão deste tipo de energia limpa
acompanhado também por um combate à utilização dos combustíveis
fósseis.
Por último, podemos dizer que após a realização deste
trabalho, ficámos com grandes espectativas em relação a estas
turbinas, pelo facto do grande potencial energético a elas
associado.
Estudo do escoamento e desempenho aerodinâmico de pás
de geradores do tipo Magnus
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6. Bibliografia:
https://www.youtube.com/watch?v=zH_wEUBWp9k;
http://energiaeolica2e.blogspot.pt/2012/01/buckau-o-primeiro-
navio-movido-rotor.html;
http://pt.wikipedia.org/wiki/Rotor_de_Flettner;
http://proceedings.ewea.org/ewec2007/allfiles2/202_Ewec2007fullp
aper.pdf;
http://www.mechanicalengineeringblog.com/tag/magenn-power-air-
rotor-system/;
http://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_Magnus;
http://www.mecaro.jp/eng/;
http://imagem.casadasciencias.org/online/36826646/28_efeito-
magnus-teoria.htm;
https://pt.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Gustav_Magnus.