Métodos de medição de velocidades - Tubo de Pitot - Anemómetro de fio quente - LDA Lser Doppler Anemometry - PIV Particle Image Velocimetry Bruno Domingos Isaac Hacamo Sergio Almeida

Tubo de Pitot Mede a velocidade convertendo a energia cinética em energia potencial no ponto de estagnação à entrada do tubo Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Tubo de Pitot Escoamento Incompressível Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Tubo de Pitot Escoamento subsónico compressível Escoamento Supersónico Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Tubo de Pitot   Construção simples Barato Quase não necessita de calibração Induz perdas de carga pequenas Requer pequenas aberturas de acesso  Precisão e resolução espacial pode não ser suficiente para algumas aplicações Tubo tem de estar perfeitament alinhado com o escoamento. Desalinhamento máx. 5º Fonte: eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente Mede a Velocidade através do calor convectado pelo fluido Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente W = H I2Rw = hA(Tw -Ta) I2Rw = Nukf/dA(Tw -Ta) Fio de Platina ou Tungsténio Diâmetro de 4 a 10 m Comprimento de 1mm Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente Principais Características: Resolução Espacial Resolução Temporal Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente Corrente Constante ( CCA ) A corrente que passa no sensor é mantida constante Alta frequência de resposta Difícil de usar Provete pode derreter Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente Corrente Constante ( CTA ) A Temperatura no sensor é mantida constante através da resistência deste. Alta frequência de resposta Fácil de usar Modelo standard Circuito mais complexo Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente Provetes de Fio Características: Reduzida dissipação de calor Distribuição de temperatura mais uniforme Menor interferência no escoamento Frágeis Necessidade de recalibração devido a sujidade Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente Provetes de filme Características: Mais robustos Pior frequência de resposta Não podem ser reparados Protegidos contra acções mecânicas e químicas Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente Estudo da turbulência na parede Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

Anemómetro de Fio Quente  Boa resolução espacial Resolução temporal Alta frequência de resposta  Fragilidade Necessidade de recalibração frequente devido à acumulação de sujidade Custo elevado Fonte:Dantec Corp.; eFUNDA.com Bruno Domingos, Isaac Hacamo, Sérgio Almeida

LASER DOPPLER VELOCIMETRY ANEMOMETRY Técnica não intrusiva Escoamentos turbulentos Escoamentos supersónicos Medições em ambientes hostis (chamas) Elevada precisão Elevada resolução espacial ( devido ao pequeno volume de controle) Necessidade de adicionar particulas Invented by Yeh and Cummins in 1964 Velocity measurements in Fluid Dynamics (gas, liquid) Up to 3 velocity components Non-intrusive measurements (optical technique) Absolute measurement technique (no calibration required) Very high accuracy Very high spatial resolution due to small measurement volume Tracer particles are required Inventada em 1964 por Yeh and Cummins

Efeito de Doppler Clássico The Doppler effect, named after Austrian physicist J. C. Doppler who first described it for sound in 1842, states that waves emitted from a source moving toward an observer are squeezed; i.e. the wave's wavelength is decreased and frequency is increased, as shown in the schematic below. Conversely, waves emitted from a source moving away from an observer are stretched; i.e. the wave's wavelength is increased and frequency is decreased. The waves can be acoustic waves or electro-magnetic radiation.

Príncipio Ideia base: Fazer Medições de velocidade“aproveitando” o efeito de Doppler

Modelo de Frinjas Quando dois feixe de laser se intersectam, formam um padrão de frinjas de alta e baixa intensidade The fringe model assumes as a way of visualisation that the two intersecting beams form a fringe pattern of high and low intensity. When the particle traverses this fringe pattern, the scattered light fluctuates in intensity with a frequency equal to the velocity of the particle divided by the fringe spacing.

Modelo de Frinjas Ao atravessar as frinjas, a luz reflectida pela partícula varia em intensidade com uma frequência que é função da velociade e do espaçamento

Modelo de Frinjas Velocidade=distância/tempo Frinjas Luz reflectida Escoamento com partículas d (Conhecido) Velocidade=distância/tempo t (Medido) Sinal Tempo Laser Célula de bragg Luz reflectida Frinjas Detector Processador

Sinal Condicionantes do sinal ( FONTES DE RUÍDO): Ruídos secundários provenientes de circuitos eléctricos e pré-amplificadores. Dispersões de luz pelo ambiente exterior ( luz ambiente/particulas) Reflecções indesejadas (janelas, lentes, espelhos, etc). Objectivo: Selecção de laser, partículas e configuração óptica por forma a minimizar o ruído.

Aplicações Motores de Combustão Interna Medições de Swirl http://www.eng.warwick.ac.uk/~espbc/Course/ICEngine

Aplicações Motores de Combustão Interna Energia Cinética turbulenta Velocidade http://www.egr.msu.edu/erl

Aplicações Motores de Combustão Interna Medições em modelo de Vávula                                                                                                                                  Comparação de Resultados LDA/CFD http://www.dantecmt.com/lda/system/

PIV Particle Image Velocimetry Fonte Dantec Dynamics

O que é o PIV ? Método experimental que permite obter campos de velocidade (bidimensionais e tridimensionais) instantâneos, através da medição do deslocamento de partículas inseridas no escoamento em estudo. Fonte Dantec Dynamics

Funcionamento esquemático do PIV Laser Camara CCD Partículas Imagem Áreas de Interrogação Correlação Validação Campos de velocidade

O que é necessário para utilizar a técnica PIV Partículas (alumina,partículas leite, glicerina) Sistema de Lentes (Folha de Laser) Sistema de iluminação : Laser pulsado Câmara CCD PIV Processor e Flow Maneger software Sincronismo (Placa de aquisição de dados)

Cuidados a ter na aplicação de PIV Cross-Correlation (CC) vs Auto Correlation(AC) Densidades de Partículas (5 part. para CC 10part. para AC) Tamanho das areas de interrogação(32x32 pixels) Evitar o fenomeno LOSS of Pairs(windows functions, filtros matemáticos, overlapping, offset ) Métodos de Validação

Caracterização de uma chama de combustão Aplicação do PIV Caracterização de uma chama de combustão Instalação Esquema de funcionamento Chama Fonte: Dantec Dynamics

Aplicação do PIV Caracterização de uma chama de combustão ( bico de bussen) Campo de velocidades Módulo da velocidade Fonte: Dantec Dynamics

O PIV do DEM

Instalação no DEM Estudo do Golpe do ariete. Objectivo: Caracterizar o escoamneto após a passagem de uma onda de choque criada por uma válvula de diafragma Fonte Isaac Hacamo

Aplicações do PIV Jacto livre: Técnica desenvolvida no DEM pelo aluno Nuno Rolo

Aplicação do PIV Determinação de Forças de sustenção e resistência em corpos rigídos Fonte : Department of Ecology and Evolutionary Biology University of California, Irvine