análise de velocidade do vento por anemômetro de

ANÁLISE DE VELOCIDADE DO VENTO POR ANEMÔMETRO DE FIO
QUENTE A CORRENTE CONSTANTE.
Bruno R. Da Silveira
Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS
Av. Osvaldo Aranha, 103 - CEP: 90035-190 - Porto Alegre - RS - Brasil
[email protected]
Resumo. Este relatório apresenta a simulação
teórica da implementação de um parque
industrial em uma determinada região. Esse
empreendimento prevê o estudo dos ventos e a
produção de um mapa eólico detalhado. Isto
se faz necessário para o conhecimento prévio
do escoamento dos poluentes atmosféricos
gerados pelas indústrias a serem instaladas.
Os estudos e os instrumentos utilizados nele
serão detalhadamente discutidos a seguir.
planejamento ambiental para os arredores da
localidade.
2
METODOLOGIA
Para a medição de velocidades do
escoamento atmosférico foi utilizado um
anemômetro de fio quente.
Palavras-chave: Mapeamento eólico,
Anemômetro de fio quente.
1
INTRODUÇÃO
A produção de um mapa eólico exige um
grande conhecimento das velocidades do
escoamento em diversas situações. A partir de
um modelo reduzido e de um equipamento
adequado podemos prever o comportamento
dos gases presentes em determinada região.
Utilizando um Anemômetro de fio quente
construímos um perfil de velocidades em três
dimensões em cada ponto de interesse. Os
dados gerados pelo equipamento foram
devidamente adequados e calibrados para
oferecer as informações que se almeja saber.
Com os resultados obtidos, poderemos
viabilizar ou não um projeto de implantação
de indústrias na área de interesse. Alem de
propor melhorias na realização do
empreendimento visando um melhor
Esta foto mostra os três fios do aparelho
(um para cada componente: x,y e z). Cada fio
tem uma temperatura constante antes de ser
imerso no fluido em movimento. Essa
temperatura muda com o contato com o ar,
como os fios são resistivos e as suas
resistências variam com a temperatura o
equipamento gera um sinal convertido em
diferença de potencial ao passa pelo circuito.
2.1 Calibração
Observa-se na figura a representação da
cada um dos fios.
Acima a representação do circuito elétrico
ligado aos fios (conhecido como circuito
elétrico do anemômetro de fio quente a
corrente constante, com a sigal popular em
inglês “CCA”). Sabendo as resistências “R1”,
“R2”, “RL” e a corrente “I” que passa pelo
amperímetro e também escolhendo “R3” (que
é ajustável). Medindo a diferença de potencial
podemos saber a resistência do fio quente
“Rw”.
Porem este resultado não vai ser
conclusivo, é preciso antes calibrar. A
temperatura inicial dos fios deve gerar um
sinal neutro relativo a velocidades nulas. E
alem disso devemos saber como o aumento ou
diminuição da resistência dos fios se relaciona
com o aumento ou diminuição da velocidade
do escoamento.
A calibração de um anemômetro
normalmente consiste de medidas simultâneas
da velocidade U e da saída em voltagem do
anemômetro V e a partir da relação voltagemvelocidade determinam-se as constantes de
calibração. A resposta do instrumento foi
investigada como uma função da velocidade
usando uma bancada previamente disponível,
consistindo de um soprador, anteparos em
malhas para filtragem e regularização do
escoamento, em um tubo de PVC de diâmetro
de 1 m, com aproximadamente 1,5 m de
comprimento seguido de um Venturi (medidor
de vazão, constituído de um estreitamento de
um conduto, com manômetro diferencial
ligado entre a parte original e a estreitada). O
elemento sensor foi alinhado
perpendicularmente à direção do fluxo no
centro da tubulação seguinte ao Venturi.
Foram investigados fluxos de baixa
velocidade, na faixa de 2 a 12 m/s. Para esta
faixa de velocidade o ar pode ser considerado
incompressível e a queda de pressão ÄP (leia
delta P) no Venturi expressa pela equação de
Bernoulli. A diferença de pressão no Venturi
fora lida em um manômetro cuja graduação
apresentava resolução de 1 mm, resultando na
incerteza de 0,80 m/s na velocidade do
escoamento. Foram anotados pares de queda
de pressão no Venturi e Voltagem diferencial
na saída do instrumento. As medidas de
voltagem foram realizadas com incerteza de
3% de fundo de escala do multímetro
utilizado. Os resultados foram interpretados
pela lei king, a qual modela o resfriamento de
um fio aquecido eletricamente, pela seguinte
relação:
(1)
Onde E é a queda de tensão no elemento
sensor (neste estudo, a saída do instrumento),
A e B, coeficientes levantados pelas
observações experimentais e n o expoente o
qual geralmente é atribuído o valor 0,5. Para a
determinação da resposta em freqüência do
anemômetro sob análise, foi utilizada a
montagem experimental da Figura abaixo:
Que relaciona a velocidade do
escoamento com a diferença de potencial lida
pelo aparelho (curva utilizada para calcular as
constantes da lei de King).
Ao ligar o soprador, a ponta de prova do
anemômetro (1) era coberta com um copo.
Quando o sinal proporcional à velocidade,
monitorado pelo osciloscópio, estabilizava, o
copo era retirado rapidamente expondo o
sensor ao fluxo de ar. O sinal gerado pelo
instrumento era armazenado em um gravador
FM, posteriormente reproduzido, digitalizado
e processado em um microcomputador. O
procedimento foi repetido cinco vezes para
cada um dos três pontos de operação do
soprador, totalizando quinze experimentos. E
a calibração gerou a equação:
A partir
experimento:
do
gráfico
gerado
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Após todo o processo de calibração os
resultados obtidos em campo puderam ser
interpretados com segurança. Segue abaixo
uma pequena tabela com os resultados de um
dos pontos:
Velocidade U medida nas três dimensões
(x, y e z, respectivamente de cima pra baixo).
Seguindo na tabela a direita vemos os dados
do sensor regidos pela equação:
(2)
pelo
(3)
Sendo r (m) o raio do sensor, h (W/m².ºC)
é o coeficiente global de transferência de
calor, (Kg/m³) é o peso específico do
substrato e c (J/kg.ºC) é o calor específico do
substrato do sensor.
Fazendo isso para vários pontos e
interpolando os resultados obtém-se o
seguinte gráfico de velocidades relativas:
STREETER,V. L. Mecânica dos Fluidos.
São Paulo: McGraw-Hill, 1982.
http://www.agriambi.com.br/revista/v2n2/229.pdf
http://www.qprocura.com.br/dp/70595/Desenv
olvimento-de-um-circuito-eletronicoexperimental-de-anemometro-de-fioquente.html
Referente ao modelo reduzido esse
gráfico mostra a variação da velocidade media
entre as três dimensões (mais claro menor
velocidade, mais escuro maior velocidade). De
modo que possamos ter uma visão geral da
turbulência gerada pela energia cinética da
atmosfera nesse local. Os locais de maior
energia cinética tendem a gerar mais
turbulência e a dissolver mais facilmente
qualquer poluente no ar. Existem erros na
avaliação de modelos reduzidos em relação
aos protótipos, mas estes são minimizados por
medições em campo e por cálculos de
correlação.
4. CONCLUSÕES
O anemômetro de fio quente a corrente
constante possui alta freqüência de resposta,
mas é difícil de ser utilizado em relação a
outros (como o de temperatura constante). Sua
vantagem é ter o circuito mais simples e
barato. Graças a espessura ínfima do fio gera
muito pouca interferência ao escoamento
tornando-se preciso.
A partir de todos os resultados observam-se
claramente os pontos críticos de turbulência
onde os poluentes dissipados seriam mais
rapidamente misturados ao ar e também quais
os caminhos mais prováveis para
determinados poluentes dependendo de suas
massas especificas. Assim melhorando muito
o planejamento do projeto a fim de minimizar
danos a atmosfera e as localidades satélites.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS