Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michel Valenca Gabriel.pdf: 465513 bytes, checksum: 942d92f812d9d94a2f9910b710ac55f2 (MD5) Previous issue date: 2004-01-30 / In this work we present a study on the sensitivity of anemometers based on thermoresistive sensors heated to a constant temperature. The configurations that makes the thermoresistive sensor heated to a constant temperature are composed of a Wheatstone bridge using a feedback operational amplifier. The substitution measurement method is used, where an electrical quantity, the operational amplifier output voltage, varies in accordance to the variation of the quantity of interest, in such a way that the electrical quantity compensates the effect of the former in the sensor. In our case, the quantity to be measured is the speed of the wind and the quantity of substitution is operational amplifier output voltage. Studies were carried out considering two types of sensors, the metallic PTC and the thermistor NTC. An analysis of the measurement circuits was carried out for each sensor type, taking into account the constants and variables that influence the measurement process. For these circuits, simulation results are presented which make possible to evaluate the measurement system behavior. An analysis of the sensitivity of the measurement circuits output voltage with respect to the wind speed is also carried out. This analysis made possible the development of a procedure for determining the operation point for the NTC-based circuit that yields the maximum sensitivity. From the analysis of the measurement configurations sensitivity, it was observed that the NTC-based configuration presents higher sensitivity compared to the PTC-based configuration, for relatively low operating temperatures, above the ambient temperature. The equivalent sensitivity for the PTC-based configuration occurs only for temperatures much higher than that for achieving the maximum sensitivity for the NTC. This characteristic can be used for implementing anemometers that operates at a temperature much closer to the ambient temperature. / Neste trabalho apresentamos um estudo sobre a sensibilidade de anemômetros baseados em sensores termo-resistivos aquecidos a temperatura constante. A configuração que faz com que o sensor termo-resistivo seja aquecido a uma temperatura constante é composta de uma ponte de Wheatstone realimentada usando um amplificador operacional [1]. O método de medição utilizado é o de substituição, em que uma grandeza elétrica, a tensão de saída do amplificador operacional, varia de acordo com a variação da grandeza de interesse, de forma a compensar seu efeito no sensor. Neste caso, a grandeza a ser medida é a velocidade do vento e a grandeza de substituição é a tensão de saída do amplificador operacional. Foram feitos estudos considerandos dois tipos de sensores, o PTC metálico e o termistor NTC. Faz-se uma análise dos circuitos de medição para cada tipo de sensor, levando em conta as constantes e as variáveis que interferem no processo de medição. Para tais circuitos são apresentados resultados de simulações em computador que nos possibilitaram avaliar o comportamento do sistema de medição. Para os circuitos de medição, faz-se uma análise da sensibilidade da tensão de saída do amplificador operacional com relação à velocidade do vento. Essa análise possibilitou desenvolvimento de um método para cálculo do ponto de maior sensibilidade e ponto de operação do circuito baseado no NTC. Observou-se que a configuração com NTC apresenta uma maior sensibilidade do que a configuração com PTC para temperaturas de operação do sensor relativamente baixas, mas acima da temperatura ambiente. A sensibilidade equivalente da configuração com o PTC ocorre para temperaturas bem acima do ponto de máxima sensibilidade do NTC. Essa característica pode ser aproveitada para implementações de anemômetros aquecidos que operam com temperaturas mais próximas da temperatura ambiente.

No presente trabalho, são apresentados os campos de velocidade na esteira próxima de cunhas. Em uma primeira série de experimentos, utiliza-se um único modelo de cunha e verifica-se o efeito da variação do número de Reynolds (Re) entre 0,6x103 e 3,0x103. Na segunda série de experimentos, o número de Reynolds é fixado e o ângulo de separação (semi-ápice) da cunha é variado 15, 30e 45. Na terceira série, para o mesmo Re foram ensaiados dois modelos de cunha com dimensões diferentes da base (semi-ápice de 45) para obter a influência da razão de bloqueio (9,8% e 19,7%). Um aspecto importante deste trabalho foi o desenvolvimento da metodologia experimental para a obtenção de resultados confiáveis, usando um anemômetro laser. Além disto, foi possível realizar medidas em valores baixos de número de Reynolds, em uma faixa onde resultados experimentais não são disponíveis. A freqüência de liberação de vórtices foi determinada experimentalmente (cálculo do número de Strouhal) com o auxilio do LDA. A partir dos campos de velocidade média (u e v) e flutuante (uRMS e vRMS) é possível determinar a posição do núcleo do vórtice médio e a posição onde ocorrem os máximos de uRMS e vRMS. Estas posições, permitem a ampliação da discussão sobre a posição do final da região de formação. Com os campos de velocidade foi determinada a velocidade no ponto de separação e, indiretamente, o coeficiente de pressão na base.

No ano de 2003 foi instalado no Laboratório de Engenharia Aeronáutica Prof. Feng do Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA um túnel de vento de circuito aberto, neste túnel existe uma peculiaridade, parte dele (bocal de entrada), está localizado no interior do prédio do laboratório. De tal forma que, antes do fluxo de ar ser admitido pelo bocal de entrada do túnel de vento, ele escoa pela porta do laboratório, interagindo com as paredes laterais e teto do prédio. Desta interação ocorre a formação de grandes estruturas vorticais, que são admitidas pelo túnel, resultando valores de nível de turbulência mais elevados que a expectativa inicial na seção de testes do mesmo. Com o intuito de realizar uma avaliação das conseqüências do escoamento mencionado anteriormente, foram realizadas medidas de nível de turbulência e velocidade média na região do bocal de entrada do túnel de vento, além da região interna da câmara de tranquilização (início do circuito aerodinâmico). Para reduzir o nível de turbulência na seção de testes do túnel de vento foi criado um modelo em escala 1:10 em acrílico do conjunto laboratório-túnel de vento, onde estudou-se alternativas para melhoria da qualidade do escoamento na seção de testes do túnel de vento em questão. Velocidade média e nível de turbulência também foram medidos neste modelo. Tanto para as medidas no túnel de vento quanto para as medidas no modelo em escala foi utilizada anemometria de fio quente com auxílio de um sistema de aquisição de dados. Várias configurações foram testadas no modelo em escala, com diferentes inserções de dispositivos que pudessem melhorar a qualidade do fluxo do escoamento nesta região, entre eles pode-se citar: coletores laterais e superior na porta do laboratório, inserção de divisórias de acrílico no interior do laboratório e inserção de tela. Foi desenvolvida toda uma metodologia experimental para as medidas de nível de turbulência e velocidade média no modelo em escala, especialmente devido às dificuldades para obtenção de resultados confiáveis para um regime de escoamento com baixas velocidades, situação que ocorre no modelo em escala.

Os desafios atuais no segmento de aviação civil compreendem desde a crescente competição entre as empresas aéreas até a rápida reação à volatilidade dos preços de combustível. Nesse cenário, predizer a ocorrência de falhas dos sistemas aeronáuticos e otimizar a manutenção programada das aeronaves podem representar um potencial ganho competitivo. Este trabalho apresenta um estudo de caso de emprego do prognóstico de falhas em um anemômetro de fio quente. O desenvolvimento está baseado em dados históricos da frota, em uma compreensão detalhada da operação do sistema de ventilação e no efeito produzido pela degradação do sinal do sensor. A metodologia utilizada no decorrer do estudo consiste da aquisição e tratamento dos dados, da extração das características que descrevem o comportamento de deterioração do sensor e da utilização de uma técnica de prognóstico. Um método não-paramétrico também é usado para estimar as incertezas associadas ao prognóstico. As conclusões expostas apontam para uma solução relativamente simples para predizer falhas no anemômetro com antecedência suficiente para evitar manutenções não-planejadas e, portanto, reduzir custos operacionais.

As modificações de projetos de aeronaves existentes para a instalação de novos sistemas e armamentos de forma a afetar a configuração externa da aeronave é prática comum na aviação de defesa. Modificações que impactam significativamente a aerodinâmica ou as condições de vôo influenciam os coeficientes de pressão ao longo das superfícies da aeronave. Essas mudanças no escoamento podem causar perturbações nas medidas dos sensores anemométricos exigindo que recalibrações anemométricas sejam realizadas para que os requisitos de certificação continuem a ser atendidos. Atualmente, a recalibração dos sensores é feita com ensaios em vôo. O objetivo do presente trabalho é propor alternativas que possam minimizar ou até mesmo substituir ensaios em vôo para recalibração dos sensores anemométricos e demonstração do cumprimento dos requisitos. O uso de ferramentas de dinâmica dos fluídos computacional (Computational Fluid Dynamics, CFD, em inglês). torna-se cada dia mais comum e aceito como fonte confiável de dados. Algumas análises para avaliar o melhor posicionamento dos sensores anemométricos, por exemplo, já são realizadas com o uso de ferramentas deste tipo. A análise de impacto de manutenções estruturais próximas a sensores também já é realizada com o uso de CFD. No desenvolvimento do trabalho, analisou-se o impacto da instalação de sistemas militares em uma plataforma civil utilizada em vôos regionais. Estudando os dados disponíveis da certificação do sistema anemométrico da plataforma básica foi possível relacionar aspectos que não sofreram alterações e com o uso da ferramenta de dinâmica dos fluidos computacional CFD++ calculou-se a variação do escoamento no entorno dos sensores anemométricos. Uma metodologia alternativa para certificação do sistema anemométrico, em especial para operação em espaço aéreo com Separação Vertical Mínima Reduzida (do inglês Reduced Vertical Separation Minimum, RVSM) é proposta. Metodologia esta baseada na reutilização de boa parte dos dados referentes à variação produtiva e erros decorrentes desta variação e na utilização de cálculos de CFD para avaliação da magnitude dos efeitos provenientes destas modificações. Como resultado, mostra-se possível a redução do número de ensaios em vôo necessários para a certificação da aeronave derivada, sem influenciar na qualidade e confiabilidade dos dados utilizados para embasar a calibração deste novo modelo de aeronave.

O trabalho mostra os conceitos teóricos aplicados no desenvolvimento de um sistema de dados do ar e a relevância deste sistema para que diversas funções da aeronave sejam executadas. Fornece também um embasamento teórico do processo de Safety Assessment que é aplicado na indústria aeronáutica de forma a garantir a segurança de vôo e a certificação da aeronave pelas autoridades. Com base em dados de campo relatados pelos operadores das aeronaves regionais, é realizada uma análise das causas das remoções de componentes do ADS e dos principais problemas encontrados na frota. A partir destes dados é realizada uma estimativa de MTBUR (Mean Time Between Unscheduled Removals) dos componentes e a análise do comportamento deste parâmetro ao longo da vida da aeronave. É feita uma análise das soluções desenvolvidas pelo fornecedor da aeronave e dos componentes, com o objetivo de permitir que desenvolvimentos futuros possam prevenir a ocorrência das falhas já estudadas e desta forma apresentar um maior nível de confiabilidade e segurança.

Esta pesquisa teve como objetivo desenvolver um anemômetro de fio quente para operar à corrente constante usando-se como elemento sensível, um termoresistor de platina, como braço da ponte de Wheatstone, para medir o fluxo de um fluido escoando em um tubo. Um protótipo do equipamento foi montado interligando as partes analógicas e digitais. Um circuito eletrônico microcontrolado foi construído para aquisição dinâmica de sinais, caracterizando a parte analógica. O sistema possui um condicionador analógico para o canal de entrada, possibilitando a leitura do sinal proveniente do transdutor anemométrico, controle de corrente do termoresistor de platina, controle da temperatura do elemento resistivo e ajuste de tensão para compatibilidade com a parte digital. A parte digital do sistema baseia-se no microcontrolador CY8C29466 com tecnologia PSoC - Programmable System on Chip da Cypress. Apresenta interface com o usuário através de teclado e mostrador de cristal liquido. A taxa de aquisição é de 10 amostras/s e o armazenamento dos dados é feito em memória EEPROM interna ao microcontrolador. Para a calibração do anemômetro de sinais foi adotado o procedimento de calibração dinâmica, tendo como referência um Becker graduado, uma balança de precisão de 0.1g e um cronômetro digital. Foi determinado o comportamento do condicionador através de ensaios dinâmicos, sendo apresentados gráficos de resultados de vazões em função dos valores de tensão provenientes da ponte de Wheatstone. Os dados resultantes de ensaios dinâmicos e simulações foram adquiridos por um osciloscópio digital, multímetro digital, software de simulação PROTEUS 7.1 e pelo sistema de aquisição desenvolvido. São mostrados gráficos comparativos dos sinais obtidos e simulados com ambos os equipamentos.

O trabalho consiste em ajustar ("matching") dois perfis verticais de vento distintos, sendo um da torre anemométrica com 6 níveis (6,0; 10,0; 16,3; 28,5; 43,0 e 70,0m) obtidos por medidas diretas de anemômetros e outro da radiossondagem com determinação do vento feita pela técnica do GPS até 500m, em camadas verticais de 50m. O resultado foi a obtenção de um único perfil usando a metodologia de interpolação com "splines" cúbicas, detecção do desvio médio ("bias") entre os perfis e o ajuste ("matching") dos perfis, evitando bruscas variações do perfil médio. Foi realizado um estudo de caso real com a determinação de trajetória de foguetes lançados no Centro de Lançamento de Alcântara chegando a um resultado de que o ponto de impacto atinge o campo de dispersão com erros menores de 10% em relação ao seu raio usando os ajustes de perfil.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Will Ribamar Mendes Almeida.pdf: 650603 bytes, checksum: 3c389113f5c609a86b502fc0489341f4 (MD5) Previous issue date: 2004-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Anemometers are instruments, simply, for measuring the velocity of fluids and, in some cases, its direction. Particularly, the measurement of the air velocity extends to applications like: windmills, wind tunnels, electricity generation from Aeolian energy and meteorology. Among the most used methods for the wind velocity determination, the method based on the transit time of ultrasonic waves is stressed for being more suitable to the measurement of the velocity of gases, and which is based on the time required for an ultrasonic wave emitted from a transmitter to reach a receptor. Among the techniques for implementing the transit time the Difference of Time (DT) and Difference of Phase (DP) are emphasized, and both are addressed ins this work. A comparative study, with experimental verification, between the two techniques (DT and DP) is presented in this work, using techniques for compensating the effects of temperature variation on the sound velocity. It was taken into consideration the implementation of the measurement circuits and the propagation of uncertainties with respect to the variables that interfere in the measurement process. From the analyses carried out, the most suitable method for measuring the wind velocity was chosen, and a prototype was developed based on this method. The most suitable method is the Difference of Phase, because the observed uncertainty, in both simulations and experiments, was much smaller than for the DT method. / Anemômetros são instrumentos que, de maneira simplificada, têm a finalidade de medir velocidade de fluidos e, em alguns casos, a sua direção. Em particular a medição da velocidade do ar estende-se a aplicações como: moinhos de vento, túneis de vento, geração de energia elétrica a partir da energia eólica e meteorologia. Dentre os métodos mais comuns de determinação da velocidade de vento destacam-se os que se baseiam no Tempo de Trânsito de ondas ultra-sônicas, por serem mais adequadas para medição de velocidade de gases, e que se baseiam no tempo levado para uma onda ultra-sônica emitida por um transmissor atingir um receptor. Dentre as técnicas usadas para implementar o método do Tempo de Trânsito destacamse a Diferença de Tempo (DT) e a Diferença de Fase (DF), ambas abordadas neste trabalho.. Um estudo comparativo, com verificação experimental, entre as duas técnicas (DT e DF) é apresentado neste trabalho, usando técnicas para compensar os efeitos da variação da temperatura na velocidade do som. Foi levado em consideração na comparação à implementação dos circuitos de medição e a propagação de incertezas com relação as variáveis que interferem no processo de medição. A partir das análises realizadas escolheu-se o método mais apropriado para estimação da velocidade do vento, tendo sido desenvolvido um protótipo baseado nesse método. O método mais apropriado foi o da diferença de fase, pois foi observado, tanto por simulação quanto por experimentação, que a incerteza na estimação da velocidade do vento foi bem maior para o método DT.