Aerogeradores, ou turbinas eólicas, são máquinas instaladas em grandes parques eólicos que convertem a energia cinética do vento em energia elétrica. A definição da separação e da interação entre máquinas é um fator fundamental de análise durante a fase de projeto, pois os chamados efeitos de esteira podem inviabilizar o desenvolvimento de um parque eólico. Em geral, a esteira de um aerogerador está caracterizada por um significativo déficit de velocidade e uma intensificação dos níveis de turbulência, o que ocasiona a diminuição da eficiência aerodinâmica e a redução da vida útil das máquinas localizadas a sotavento. Embora existam diferentes pesquisas destinadas à compreensão e previsão dos efeitos de esteira, o problema permanece como uma questão desafiadora que exige a adoção de ferramentas de alta precisão para sua identificação. Este trabalho apresenta uma metodologia experimental em túnel de vento, para a caracterização e avaliação do campo de escoamento na esteira aerodinâmica de um modelo reduzido, sob diferentes condições de escoamento incidente. Especificamente, investiga-se a influência da turbulência atmosférica para quatro perfis de escoamento: i) uniforme-suave; ii) uniforme-turbulento; iii) lei potencial com expoente α = 0,11; iv) lei potencial com expoente α = 0,23. Todos os casos foram conduzidos sob condições de estratificação neutra, e foi utilizado anemômetro de fio-quente para efetivar as medições dos perfis de velocidade média e intensidade da turbulência, em diferentes posições da esteira. Os resultados mostraram diferenças substanciais no comportamento dos perfis de esteira, em função dos níveis de turbulência incidente. Particularmente, observou-se que o incremento da turbulência atmosférica reduz o déficit de velocidade e promove uma maior mistura turbulenta, o que acelera a dissipação dos efeitos de esteira. Assim, a metodologia experimental em túnel de vento evidencia-se como uma importante ferramenta de análise que possibilita amplo espectro para a investigação, precisão e confiabilidade de projetos eólicos. / Wind turbines are machines installed in large wind farms to convert the wind's kinetic energy into electrical power. For an optimal wind farm siting, it is necessary to take into account the interaction between wind turbine wakes. In general, wake effects are associated with velocity deficit and enhanced turbulence intensity. This may reduce the aerodynamic efficiency and lifetime of downwind turbines, making the project unfeasible. Several experimental and numerical studies have been conducted to unravel the behavior of wind turbine wakes under different inflow conditions. However, current wind farm siting tools are incapable of accurately predicting and assessing its effects. This document presents an experimental methodology in the wind tunnel to survey the influence of the atmospheric turbulence on the wake flow field of a wind turbine model. Specifically, four different flow conditions were investigated: i) uniform-laminar; ii) uniform-turbulent; iii) power law exponent α = 0.11; iv) power law exponent α = 0.23. All cases were developed under neutrally stratified conditions. Hot-wire anemometry was used to obtain high-resolution measurements of the mean velocity and turbulence intensity profiles at different downwind positions. Results show that different turbulence intensity levels of the incoming flow lead to substantial differences in the spatial distribution of the wakes. Particularly, higher ambient turbulence promotes a faster wake recovery and lower velocity deficit. In conclusion, the use of wind tunnel experiments is a trustworthy alternative that brings precision and reliability to wind projects.

Estruturas treliçadas de linhas de transmissão submetidas à ação do vento têm sido utilizadas de forma rotineira em aplicações da engenharia estrutural há mais de um século. Entretanto, o conhecimento dos efeitos do vento sobre este tipo de estrutura é, ainda hoje, imperfeito e as prescrições das normas a respeito destes efeitos são, em muitos casos, mutuamente inconsistentes e em desacordo com os dados experimentais. Partindo deste contexto, no caso particular de estruturas para linhas de transmissão, podemos acrescentar que as normas existentes não são, em princípio, aplicáveis à maior parte das geometrias utilizadas nos projetos das torres. Além disso, maiores níveis de segurança e confiabilidade são atingidos quando a consideração criteriosa dos efeitos do vento é feita a partir da etapa de concepção sendo, geralmente, este o processo de menor custo e de maior eficiência. Sabe-se também que o modelo físico adotado para consideração dos carregamentos difere do real, seja pela forma de atuação ou pela complexidade para estimativa da interação entre fluido-estrutura. Nesse sentido, através do presente trabalho procurou-se: desenvolver e aperfeiçoar instrumentos e técnicas de medição de coeficientes de arrasto; verificar a aplicabilidade dos critérios de estimativa do carregamento devido ao vento sobre trechos de estruturas treliçadas; propor coeficientes de arrasto compatíveis com geometrias tradicionalmente utilizadas em torres de linhas de transmissão determinados a partir da aplicação de dois critérios de área de referência, a saber, área calculada e área projetada; além de comparar os resultados experimentais com outras referências como normas técnicas de projeto. Este trabalho de pesquisa contempla o estudo de duas torres de suspensão autoportantes em túnel de vento. Para a realização dos ensaios, através de modelos reduzidos, cada torre foi dividida em módulos. Os módulos foram ensaiados para diferentes ângulos de incidência do vento e também para diferentes níveis de velocidade do vento. As forças de arrasto sobre os modelos foram determinadas através de uma balança de forças unidirecional instalada na base da câmara de ensaios. / Transmission lines lattice structures submitted to wind action have been widely used in structural engineering applications for more than a century. However, the knowledge of the wind effect on this type of structure is yet imperfect, being the codes recommendations, in several cases, inconsistent and in disagreement with the experimental data. From this point of view, in the particular case of transmission lines structures, we can add that the existing codes are not, in principle, applicable to a large amount of geometries used in the towers design. Furthermore, largest safety and reliability levels are reached when careful consideration of the wind effects is made from the conception stage, being this process, in general, the less costly and the most efficient. It is also known that the physical model adopted for the consideration of the loads differs from the real, either for the way in which the load is really applied or the complexity for an accurate estimate of the fluid-structure interaction. In this sense, the present work had the aim of: developing and improving instrumentation and measurement techniques for drag coefficients; verifying the applicability of the criteria for estimating wind loads on modules of lattice structures; proposing drag coefficients applicable to geometries traditionally adopted in transmission lines towers, obtained from the application of the two reference areas criteria, calculated area and projected area; as well as comparing experimental results with other references such as design codes. The research contemplates wind tunnel studies of two self-supported suspension towers. For the accomplishment of the tests, through scaled models, each tower was divided in modules. The modules had been tested for different angles of incidence of the wind and also for different wind speeds. The drag forces on the models were measured through a unidirectional force balance installed in the base of the models.

Simultâneas ocorrências da ação combinada de chuva e vento em diferentes tipos de estruturas têm sido observadas ao redor do mundo nos últimos 20 anos. Este mecanismo tem despertado curiosidade aos engenheiros e pesquisadores devido às suas conseqüências nefastas para as edificações. Nestes últimos vinte anos passou-se a procurar uma maneira de simular, o mais fielmente possível, este tipo de ação combinada de chuva e vento. Isto ocorreu devido ao fato de que a busca por soluções dos problemas relacionados à ação combinada de vento e chuva basearem-se em métodos empíricos (tipo tentativa e erro). Este tipo de problema, que aos olhos mais descuidados pode parecer pequeno, pode provocar desde pequenos problemas de infiltração de água em edificações até o comprometimento da vida útil de uma estrutura devido o ataque da água, agente corrosivo. O melhor conhecimento do fenômeno através de ensaios experimentais permitirá a engenheiros a identificação deste tipo de problema já na fase de projeto e conseqüentemente a medida paliativa ao mesmo. Para estudo deste fenômeno foi utilizado um modelo ginásio existente na cidade do Rio de Janeiro, que apresentava problema de penetração de chuva devido à ação combinada de chuva e vento. Foram utilizados dois modelos em escala reduzida do ginásio supracitado. O primeiro modelo, construído em escala 1/150 foi instrumentado com sensores de fio-quente para identificar as características do escoamento sobre a estrutura, e um segundo modelo na escala 1/64, instrumentado com um papel especial sensível a água, onde foram realizados os ensaios combinando a ação de chuva e vento. Os ensaios utilizando o modelo em escala 1/150 foram realizados para ângulos de incidência do vento variando de 15o em 15o. Visando o estudo do comportamento da interação chuva e vento, foram realizados três grupos de ensaios. Num primeiro grupo de ensaios, o modelo foi apenas exposto à chuva e os locais onde existia percolação de água identificados. Após o modelo foi novamente ensaiado, desta vez com a ação combinada de chuva e vento, para duas configurações de dispositivos protetores. A partir da análise dos resultados, pode-se concluir que a simulação experimental do processo de interação vento-chuva é possível, e que mais ensaios são necessários para o entendimento do processo. / Simultaneous occurrences of the combined action of rain and wind in different types of structures have been observed around of the world in the last 20 years. This mechanism has been causing curiosity to engineers and researchers due to their jeopardizing consequences to constructions. In these last twenty years people has been seeking for a way to simulate, the most faithfully possible, this type of combined action of rain and wind. This happened due to the fact that the search for solutions to the problems related to the combined action of wind and rain were based on empirical methods (trial and error type). This kind of problem, that may seem small to the most careless eyes, may cause since small water infiltration problems in buildings, up to the own safety of the structure due to the action of water, a corrosive agent. The better knowledge of the phenomenon through experimental tests will allow engineers the problem identification already in the design phase and consequently a palliative solution to it. For the study of this phenomenon, a model of an existent gymnasium in city of Rio de Janeiro was used. Two reduced scale models of the gymnasium were used. The first model, built in a 1/150 scale was instrumented with hot-wire probes to identify the flow characteristics, and the second model, in the scale 1/64, was instrumented with a special water sensitive paper, where the tests were accomplished combining the rain and wind action. The tests for the model in scale 1/150 were performed for wind incidences intervals of 15o. With the aim of study the behavior of the wind-rain interaction, three groups of tests were performed. After that, the model was again tested for two configurations of protective devices. From the analysis of the results, it is possible to conclude that the experimental simulation of the wind-rain interaction process is possible, and that more tests are necessary to understand the process.

Com a crescente necessidade de projetos cada vez mais econômicos, bem como a valorização dos terrenos nos grandes centros urbanos, que leva a conseqüente necessidade de aumentar o aproveitamento destes, e com o desenvolvimento das técnicas construtivas e dos processos de análise estrutural, as edificações tornaram-se mais altas, leves, flexíveis, menos amortecidas, e, portanto, mais susceptíveis a problemas de vibrações, inclusive as induzidas pela ação do vento. Nessa situação, o amortecimento natural da edificação pode tornar-se insuficiente para reduzir os movimentos causados pela ação do vento, o que pode gerar desconforto aos usuários, quebra de vidros e até mesmo danos à estrutura. Para se atingir a redução destes deslocamentos, em alguns casos, requer-se um suplemento adicional de amortecimento, para evitar tais movimentações excessivas. Tal suplemento de amortecimento é alcançado pela instalação de um sistema de dissipação de energia na edificação. Os atenuadores dinâmicos sintonizados constituem-se em um destes sistemas de dissipação de energia, sendo utilizados para aumentar o amortecimento geral do sistema estrutural. Foram realizados testes com um modelo do edifício alto padrão “CAARC Standard Tall Building”, primeiramente sem nenhum atenuador e após com dois tipos de atenuadores com características diferentes instalados no modelo. No trabalho são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios, realizados no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Os atenuadores dinâmicos sintonizados (amortecedores de massa) mostraram-se eficazes na redução das vibrações transversais por desprendimento de vórtices, validando o túnel de vento como ferramenta de projeto para a prevenção e controle de fenômenos associados às vibrações induzidas pelo vento. / With the increasing need of more economic buildings, as well as the great valorization of the terrains in the center of big cities, which leads to a consequent need to improve the utilization of this terrains, and with the development of the construction techniques and of the structural analysis process, the buildings have become higher, lighter, more flexible and less damped, and, therefore, more susceptible to problems of vibrations, such as those induced by wind action. On this new situation, the natural damping of the building could become insufficient to reduce the motion caused by wind action, which can lead to discomfort to the users, break of glasses and even damage to the structure. In order to obtain a reduction on this displacements, in some cases, an additional supply of damping is needed, to avoid this excessive movements. This supply of damping is obtained by the installation of an energy dissipation system on the building. The tuned mass dampers constitute on one of this systems of energy dissipation, being used to improve the overall damping of the structural system. Tests with a model of the “CAARC Standard Tall Building” were conduced, first with no damper attached to it, and then with two different types of tuned mass dampers installed on the model in each time. The results obtained with these tests, conduced on the Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, at the Universidade Federal do Rio Grande do Sul are presented and discussed. In the tests, the tuned mass dampers have shown good efficiency in the reduction of the transversal vibration caused by vortex shedding, which validates the wind tunnel as a design tool for the control and prevention of the phenomena of wind-induced vibrations.

Este trabalho apresenta a avaliação experimental em túnel aerodinâmico de características de dois aerogeradores de pequeno porte com cinco pás. Para isso, utilizando-se prototipagem 3D, construíram-se dois modelos em escala reduzida, os quais foram avaliados primeiramente utilizando-se Pás Ótimas de Betz e depois Pás Ótimas de Betz Modificadas. Antes de se avaliar o equipamento determinou-se a distribuição de velocidades na seção transversal do túnel com o auxílio de um tubo de Pitot. Com o perfil de velocidades do túnel conhecido, determina-se o torque estático do protótipo com o uso de um torquímetro digital acoplado ao eixo do equipamento, que registrou todas as leituras para as faixas de velocidade de 1 m/s até 9,88 m/s. Também com o torquímetro avalia-se a influência da posição angular das pás no torque medido. Para tanto, elas são projetadas móveis no hub, o que possibilitou variar sua angulação em relação ao escoamento, mudando assim o ângulo de ataque e, por conseguinte o torque produzido. Empregou-se um foto tacômetro para medir a rotação do modelo em giro livre. Com os dados obtidos, determina-se a curva de torque estático e a curva de RPM em função da velocidade incidente. Através da determinação experimental do perfil de velocidade incidente e do perfil de velocidade na esteira aerodinâmica de cada turbina é avaliada a variação da quantidade de movimento do escoamento e determinada a potência extraída pelos rotores em rotação livre. Este estudo visa contribuir com o projeto de um aerogerador real, prevendo as características aerodinâmicas que o equipamento apresentará se construído com o presente layout. Com os dados analisados se faz uma previsão para as curvas de potência dos protótipos. Os resultados experimentais de torque e potência demonstram boa aproximação com os resultados obtidos por avaliação analítica pelo método do elemento de pá. A prototipagem 3D administrada se mostrou eficaz traduzindo realismo e excelente custo-benefício. A turbina construída com Pás Ótimas de Betz apresentou torque estático 17,8% superior à construída com as Pás Modificadas e extraiu 22% a mais de potência do escoamento de ar. / This paper presents the experimental evaluation in wind tunnel of two small wind turbines features five blades. Therefore, using 3D prototyping, two models were built on a reduced scale, which were first evaluated using Optimal Blade Betz and Optimal Blade Betz Modified. Prior to evaluating the distribution machine at speeds determined in the tunnel cross-section with the aid of a Pitot tube. With the known tunnel velocity profile, determines the static torque of the prototype with the use of a digital torquimeter coupled to the machine axis, which recorded all the readings for the speed range of 1 m/s to 9,88 m/s. Also with the torquimeter evaluates the influence of the angular position of the blades in the measured torque. Therefore, it is mobile designed in the hub, allowing vary their angle in the outflow, thereby changing the angle of attack and therefore the torque produced. Employed a photo tachometer for measuring the rotation of the model in free spin. With the data, determines the static torque curve and RPM curve as a function of incident speed. Through experimental determination of the incident velocity profile and the velocity profile in the aerodynamic wake of each turbine is evaluated the variation of the amount of movement of the flow and determined the power extracted by the rotor in free rotation. This study aims to contribute to the design of a real wind turbine informing the aerodynamic characteristics of the equipment shall be constructed with this layout. With the data analyzed to make a prediction for the prototype power curves. The experimental results demonstrate torque and power good approximation to the results obtained by evaluation by analytical element of the paddle method. The turbine constructed with Optimal Betz Blades presented static torque 17,8% higher than constructed with the Modified Blades and extracted 22% more power air outflow.

As pontes são importantes elementos no desenvolvimento da infraestrutura de uma nação, possibilitando conexões de pessoas e bens. A ação do vento em pontes é um dos fatores determinantes no seu projeto. O efeito da ação do vento em tabuleiros de pontes pode, no limite, levar uma estrutura ao colapso. São inúmeras as formas das seções transversais que os tabuleiros podem apresentar; para cada uma delas os coeficientes de pressão são diferentes. Na Norma Brasileira de pontes (NBR 7187, 2003), a carga de vento é indicada no item 7.2.3 como uma ação variável que deve ser calculada de acordo com a Norma Brasileira de vento (NBR 6123, 1988). Entretanto, nesta não há considerações em relação à ação do vento em tabuleiros de pontes. Ou seja, em nossas normas há uma lacuna que precisa ser preenchida. Faltam informações, as quais são imprescindíveis para a elaboração de projetos e resolução de problemas existentes. Atualmente, a realização de ensaios em túnel de vento é a melhor forma de estimar a resposta de pontes sob a ação do vento. Esta pesquisa visa a aprimorar a fase de projeto de pontes através da sugestão, para complementação da Norma Brasileira de ventos NBR6123/88, de um item específico referente a coeficientes aerodinâmicos de distintas seções transversais de tabuleiros de pontes. Foram realizados ensaios em túnel de vento no Laboratório de Aerodinâmica das Construções da UFRGS (Porto Alegre, BR) de cinco seções transversais de tabuleiros de pontes. Os dados obtidos foram comparados com os de seções ensaiadas previamente. Os resultados são apresentados em termos de coeficientes de arrasto, sustentação e torção. Conclui-se que a geração dos novos resultados, bem como a disponibilização de dados específicos para diferentes formas de tabuleiros de pontes, contribuirá para a execução de projetos de estruturas de pontes mais otimizados. / Bridges are important elements on the development of a nation, allowing connections between people and goods. The wind action on bridges is one of the determine factors in bridge design. The wind action effect on bridge decks could take a bridge to its collapse. A bridge deck can have numerous shapes: for each one of them the aerodynamic coefficients are unique. In the Brazilian bridge code(NBR 7187, 2003), item 7.2.3, the wind load is presented as a variable action that must be evaluated accordingly to the Brazilian wind code(NBR 6123, 1988). Nevertheless, in the latter there isn’t any consideration regarding to the wind action on bridge decks. Hence, in our codes there is a gap that needs to be filled. There is some information missing, which is essential to the development of bridges design and to solve existing problems. Nowadays, producing experiments on wind tunnels is the best way to estimate the response of bridges submitted to wind actions. This research aims the improvement of bridge design with a suggestion of an introduction of a new item into the Brazilian wind code, specifically related to aerodynamic coefficients for distinct cross sections of bridge decks. Five different cross sections were tested on the wind tunnel at the Laboratório de Aerodinâmica das Construções of UFRGS (Porto Alegre, RS). The data acquired was compared to data obtained from previous experiments of different cross sections. The results are presented as drag, lift and torsion coefficients. In conclusion, the increase of data as well as the availability of data from different shapes of bridge decks will contribute to improved bridge design.

As forças devidas ao vento variam espacial e temporalmente e consequentemente provocam esforços de torção em edifícios. A magnitude desses esforços depende basicamente da forma do edifício, de sua altura e estrutura, da influência da vizinhança e da direção do vento. As normas técnicas geralmente negligenciam a importância da torção. A versão atual da norma brasileira de forças devidas ao vento (NBR 6123) não possui uma abordagem aplicável para modos de vibração torcionais. Verificando a falta de recomendações da norma brasileira a respeito dos efeitos dinâmicos da torção em edifícios, este trabalho apresenta uma metodologia para a estimativa do momento torçor devido ao vento, a qual contempla tanto a parcela média quanto a parcela flutuante da solicitação. Para sua calibração utilizaram-se dados de 19 edifícios altos ensaiados no túnel de vento do Laboratório de Aerodinâmica das Construções com o método High Frequency Pressure Integration (HFPI), bem como dados da literatura técnica. A análise dos resultados mostrou que as excentricidades das forças de arrasto para cálculo do momento torçor apresentadas na NBR 6123 são adequadas na estimativa dos efeitos estáticos para edificações com efeitos de vizinhança mas tendem a subestimar a solicitação nos casos sem efeito de vizinhança. Assim, propuseram-se novos valores de excentricidades baseadas na análise da base de dados. Finalmente, apresentou-se uma metodologia para estimativa dos momentos torçores estáticos equivalentes, a qual foi comparada com os valores fornecidos pelo HFPI e constatou-se que a proposta fornece valores adequados. / Wind loads change spatially and temporally consequently they induce torsional moments on buildings. These moments are affected by building shape and structure, by interfering effects of nearby buildings and wind direction. The importance of torsional loads is usually neglected by most codes. Indeed, dynamic torsional response is not presented on current Brazilian Wind Loads Code (NBR 6123). Therefore, a procedure to determine torsional dynamic response of buildings subjected to turbulent wind action is proposed. Experimental data of 19 buildings are used to improve the reliability of proposed procedure. These experimental tests were performed in boundary layer wind tunnel of Aerodynamic Laboratory using the High Frequency Pressure Integration (HFPI) technique. About torsional loads, results have shown that drag forces eccentricities present on the NBR 6123 are reliable when neighboring effects are considered, but they underestimate torsion when neighboring effects are not considered. New eccentricities values are proposed. Finally, a procedure to estimate the torsional static equivalent moment is presented and it agrees well with HFPI results. The average relative error between the results determined by the proposed formulae and the experimental data obtained by the HFPI shows the reliability and applicability of the proposed formulation to the design of isolated and nonisolated buildings.

O presente trabalho busca através do uso de túnel de vento e de análises computacionais via CFD (Computacional Fluid Dynamics) avaliar o comportamento aerodinâmico que determinadas modificações nas arestas vivas de uma edificação retangular propiciam. No que tange a avaliação em túnel de vento, confeccionou-se modelos rígidos com diversas tomadas de pressão distribuídas nas fachadas dos modelos com o propósito de determinar a distribuição das isolinhas médias de pressão e os coeficientes aerodinâmicos. As simulações computacionais foram feitas a partir do uso do método de Taylor-Galerkin de 2 passos em sua forma explícita. Os modelos numéricos foram discretizados segundo o Método dos Elementos Finitos (MEF) utilizando a técnica de integração reduzida e controle de modos espúrios. A turbulência foi tratada utilizando o modelo de turbulência LES (Large Eddy Simulation), um simulador sintético de turbulência e a viscosidade turbulenta segundo a forma dinâmica. Ao final, concluiu-se que as modificações nas arestas vivas de um edifício alto, inicialmente retangular, são capazes de propiciar reduções significativas nas cargas de arrasto e laterais às quais a edificação estaria sujeita sem as modificações propostas. As isolinhas de pressão determinadas mostraram que há uma grande diferença na distribuição de pressões, sendo as modificações nas arestas capazes de diminuir os coeficientes de pressão experimentados pela estrutura. E que o uso integrado de ferramentas experimentais e numéricas pode propiciar um maior conhecimento e confiabilidade nos resultados obtidos na investigação da resposta aerodinâmica de uma estrutura. Além disso, através da comparação entre resultados experimentais e numéricos, viu-se que ambos apresentaram resultados próximos, demonstrando assim, a evolução dos métodos numéricos em avaliações de problemas de interesse da Engenharia do Vento. / The present work aims to evaluate the aerodynamics behavior that certain types of corner modifications in a rectangular building produce by using wind tunnel and computational analysis by CFD. Regarding the wind tunnel tests, rigid models were built using several pressure taps on their facades in order to determine the average pressure isolines distribution and the aerodynamic coefficients of the reduced models. Computational simulations were made using the two-step Taylor-Galerkin method in its explicit form. The numerical models were discretized according to the Finite Element Method (FEM) using the reduced integration technique and hourglassing control. The turbulence was treated using the Large Eddy Simulation (LES) methodology, a synthetic turbulence simulator and the turbulent viscosity according to the dynamic approach. At the end, it was concluded that the corner modifications in a tall building, initially rectangular, are able to produce significant reductions in drag and lift loads to which the building would be subject without the proposed modifications. The determined pressure isolines showed there is a great difference in the pressure distribution, being the corner modifications able to reduce the pressure coefficients experienced by the structure. And that the integrated use of numerical and experimental tools can provide greater knowledge and reliability in the results obtained in the investigation of the aerodynamic response of a structure. In addition, through the comparison between experimental and numerical results, it was observed that both presented close results, thus demonstrating the evolution of numerical methods in evaluations of problems of Wind Engineering interest.

Aerogeradores, ou turbinas eólicas, são máquinas instaladas em grandes parques eólicos que convertem a energia cinética do vento em energia elétrica. A definição da separação e da interação entre máquinas é um fator fundamental de análise durante a fase de projeto, pois os chamados efeitos de esteira podem inviabilizar o desenvolvimento de um parque eólico. Em geral, a esteira de um aerogerador está caracterizada por um significativo déficit de velocidade e uma intensificação dos níveis de turbulência, o que ocasiona a diminuição da eficiência aerodinâmica e a redução da vida útil das máquinas localizadas a sotavento. Embora existam diferentes pesquisas destinadas à compreensão e previsão dos efeitos de esteira, o problema permanece como uma questão desafiadora que exige a adoção de ferramentas de alta precisão para sua identificação. Este trabalho apresenta uma metodologia experimental em túnel de vento, para a caracterização e avaliação do campo de escoamento na esteira aerodinâmica de um modelo reduzido, sob diferentes condições de escoamento incidente. Especificamente, investiga-se a influência da turbulência atmosférica para quatro perfis de escoamento: i) uniforme-suave; ii) uniforme-turbulento; iii) lei potencial com expoente α = 0,11; iv) lei potencial com expoente α = 0,23. Todos os casos foram conduzidos sob condições de estratificação neutra, e foi utilizado anemômetro de fio-quente para efetivar as medições dos perfis de velocidade média e intensidade da turbulência, em diferentes posições da esteira. Os resultados mostraram diferenças substanciais no comportamento dos perfis de esteira, em função dos níveis de turbulência incidente. Particularmente, observou-se que o incremento da turbulência atmosférica reduz o déficit de velocidade e promove uma maior mistura turbulenta, o que acelera a dissipação dos efeitos de esteira. Assim, a metodologia experimental em túnel de vento evidencia-se como uma importante ferramenta de análise que possibilita amplo espectro para a investigação, precisão e confiabilidade de projetos eólicos. / Wind turbines are machines installed in large wind farms to convert the wind's kinetic energy into electrical power. For an optimal wind farm siting, it is necessary to take into account the interaction between wind turbine wakes. In general, wake effects are associated with velocity deficit and enhanced turbulence intensity. This may reduce the aerodynamic efficiency and lifetime of downwind turbines, making the project unfeasible. Several experimental and numerical studies have been conducted to unravel the behavior of wind turbine wakes under different inflow conditions. However, current wind farm siting tools are incapable of accurately predicting and assessing its effects. This document presents an experimental methodology in the wind tunnel to survey the influence of the atmospheric turbulence on the wake flow field of a wind turbine model. Specifically, four different flow conditions were investigated: i) uniform-laminar; ii) uniform-turbulent; iii) power law exponent α = 0.11; iv) power law exponent α = 0.23. All cases were developed under neutrally stratified conditions. Hot-wire anemometry was used to obtain high-resolution measurements of the mean velocity and turbulence intensity profiles at different downwind positions. Results show that different turbulence intensity levels of the incoming flow lead to substantial differences in the spatial distribution of the wakes. Particularly, higher ambient turbulence promotes a faster wake recovery and lower velocity deficit. In conclusion, the use of wind tunnel experiments is a trustworthy alternative that brings precision and reliability to wind projects.

O padrão de adensamento urbano impacta no conforto do pedestre no que diz respeito, sobretudo, à possibilidade de alterar as condições de vento ao nível do solo gerando zonas de desconforto. As cidades convivem com constantes mudanças em sua configuração tanto pelo adensamento quanto pela verticalização de suas estruturas, esta condição modifica a ventilação natural urbana, alterando as condições de vento no entorno de edifícios, o que afeta o escoamento de ar ao nível do solo, atingindo o conforto do pedestre. Então, o objetivo desta pesquisa é analisar o conforto do pedestre em relação ao vento em analogia a padrões de adensamento urbanos, considerando ensaios experimentais em túnel de vento a partir da aplicação em área urbana da cidade de João Pessoa-PB. A área investigada é parte dos bairros Altiplano Cabo Branco e Cabo Branco, localidade que, nos últimos anos, tem passado por grandes mudanças em sua configuração, respaldadas por alterações do instrumento urbanístico. Motivando o estudo de padrão de ocupação e seu reflexo no conforto do pedestre frente ao vento, pelo meio da avaliação de duas configurações de vizinhança ensaiadas em túnel de vento. As proposições referem-se a padrão de adensamento antigo, anterior ao ano de 2005 e adensamento recente, referente a situação atual, ano de 2012, as duas situações propostas reproduzem circunstâncias reais Os experimentos foram realizados com modelos, M1 e M2, em escala reduzida, referente a 1/400; no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, mesa M-II; pela simulação de vento do tipo turbulento, compatível com as condições do local estudado. Consideraram-se as configurações de ensaio utilizadas nesse túnel de vento para simular perfis de velocidade média, que correspondem às categorias de terreno definidos na NBR 6.123/1988, vento mar, categoria I, e vento terra, entre a categoria III e IV. Iniciou-se com os ensaios de escoamento de camada limite, que envolve a aquisição de dados de velocidades instantâneas do vento, obtidos com anemômetros de fio quente, a partir de malha de medição definida, sendo, sete linhas, oito posições e dez alturas, para dois rumos de vento, sendo 900 e 1500, definindo o comportamento do vento para a área E, prosseguiram-se com os ensaios de conforto do pedestre, através de medições de velocidades ao nível do solo para trinta e seis posições, pontos distribuídos por passeios e calçadas, por meio de sondas de pedestres, sondas tipo Irwin, realizando tomadas para vinte e quatro ângulos de incidência de vento, marcados a cada 150. Para aferir as condições de vento para o pedestre, utilizaram-se critérios de conforto baseados na Escala Beaufort, que relacionam a atividade, o local e o nível de conforto relativo, pondera ainda acerca de critérios de aceitação para períodos de retorno, um ano, um mês e uma semana. Os resultados obtidos para as configurações de vizinhança referentes ao escoamento para a área e ao conforto do pedestre, foram confrontados, atentando-se que o adensamento urbano modifica consideravelmente o campo de vento de áreas urbanas, atingindo o conforto do pedestre, impossibilitando-o, para algumas posições estudadas, de realizar atividades corriqueiras com conforto. Então, assentam-se fundamentos que orientam a ocupação do solo com vistas à garantia de realização pelo pedestre, com nível de conforto relativo “aceitável”, das atividades inerentes aos usos propostos para o ambiente urbano, colaborando com o planejamento, o controle e a intervenção em áreas urbanizadas, favorecendo, também, o crescimento saudável das cidades. / The pattern of urban densification impacts on pedestrian comfort, specially, in relation with the possibility of changing the wind conditions at ground level, generating discomfort zones. Cities live with constant changes in its configuration due to the densification and to the verticalization of its structures. This condition modifies the urban natural ventilation, changing, the wind conditions in the building surroundings, which affects the air outflow at ground level, impacting on pedestrian comfort. The objective of this work is to analyze the relation between the pedestrian comfort and the wind, similarly to the patterns of urban densification, considering experimental tests in wind tunnel, since application in the urban area of João Pessoa-PB city. The investigated area is part of the neighborhoods of Altiplano Cabo Branco and Cabo Branco, João Pessoa-PB, region that, in the last years, has been passing through considerable changings in its configuration, supported by alterations in the urban instrument. Motivating the study of the occupation patterns and its reflection in the pedestrian comfort facing the wind through the analysis of two neighborhood configurations, simulated in the wind tunnel, through experiments. The propositions refer to an old densification before the year of 2005 and to a recent densification, referring to a current situation, both proposed situations reproduce real circumstances The experiments were realized with models, M1 and M2, in reduced scale, regarding 1/400; in the Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann from Universidade Federal do Rio Grande do Sul, table M-II; by the simulation of the turbulent wind, compatible with the conditions of the studied place. The configurations of assay used in this wind tunnel to simulate average velocity profiles were considered, which correspond to the ground defined in NBR 6.123/1988, sea wind, category I, and land wind, between the category III and IV. Beginning with experiments of the boundary layer’s outflow that are related to the acquisition of the wind’s instantaneous velocities’ data obtained with hot wire anemometers, from the defined measurements mesh, being seven lines, eight positions and ten heights, to two wind courses, being 900 and 1500, defining the behavior of the wind to the area. And, continued with the assays of pedestrian comfort, through measurements of the velocities at ground level for thirty six positions, points distributed for sidewalks, through pedestrian sensors, sensors of the Irwin type, realizing measurements for twenty four incidence angles, marked every 150 In order to verify the wind conditions for the pedestrians, comfort criterions based in the Escala Beaufort were utilized, which make a relation of the activity, the place and the relative comfort level, it still ponders about the acceptance criterions for return periods, one year, one month and one week. The results obtained for the configurations of the neighborhoods referents to the area’s outflow and to the pedestrian comfort were confronted, paying special attention to the fact that the urban densification modifies substantially the wind field of the urban areas, affecting the pedestrian comfort, impossibilitating it, for some studied positions, for realizing everyday activities with comfort. Then, fundamentals that guide the pattern of ground occupation were consolidated, aiming the guaranty of realization by pedestrian, with an “acceptable” relative comfort level, for the activities inherent to the uses proposed to the urban ambient, collaborating with the planning, the control and the intervention in urbanized areas, still assisting the healthy growth of the cities.