Túnel de vento

Túnel da Ferrari

Um túnel de vento é uma instalação que tem por objetivo simular, para estudos, o efeito do movimento de ar sobre ou ao redor de objetos sólidos. Consiste num duto de diâmetro apropriado (túnel) onde o ar entra (subsônico, supersônico ou hipersônico), flui pelo objeto testado, monitorado por uma bancada analítica do lado de fora, e sai empurrado por um enorme ventilador.
Túneis de vento são muito utilizados em laboratórios de modelos físicos para a determinação de parâmetros nos projetos de aviões, automóveis, cápsulas espaciais, edifícios, pontes, antenas e outras estruturas de construções civis.
É importante que o ar passe com velocidade controlada e atinja o objeto testado para as devidas análises – com ventos de proa sem turbulências, para não gerar vibrações indesejadas, porém há testes com turbulências propositadas. A dinâmica do escoamento do ar pela sua superfície é quem vai determinar a capacitação ou não do objeto.
Os conceitos usados nos túneis de vento, são descritos por Leonardo Da Vinci no século XV: um corpo em movimento em um fluido estático produz as mesmas forças que um corpo estático em um fluido em movimento.
O túnel de vento tem sido usado na Fórmula 1 desde a década de 1970, ainda que de uma forma bem diferente. A construção de túneis de vento privados e maiores, dentro das fábricas das equipes, só começou em 1990, devido à concorrência e também porque os equipamentos usados em universidades, como a Imperial College de Londres, eram limitados a uma escala de 40%. E, quanto mais próximo da escala de 1:1, mais direta, obviamente, é a transição dos dados da simulação para a pista. A maioria das equipes possui instalações próprias. Outras fazem parcerias com fornecedores do serviço espalhados pela Europa. Mas todas, sem exceção, usam. A última que tentou driblar essa necessidade foi a Virgin, em sua estreia no Mundial, em 2010, com o desenvolvimento do VR-01 totalmente em CFD, que fracassou.
O túnel de vento é composto por ventiladores equipados com geradores que mantêm o ar no mesmo nível de temperatura o tempo todo, fundamental para se ter resultados com o mínimo possível de variáveis, e o solo tem uma espécie de esteira que movimenta os pneus na mesma velocidade que o ar que está sendo “jogado” no carro para fazer a simulação. Para se ter uma ideia, a pressão exercida por todo conjunto inferior é tão forte nos carros de F1 que essa esteira precisa estar extremamente firme, pois pode ser sugada pelo assoalho do carro.
Eles são equipados ainda com diversas formas de medir as forças que agem no carro, desde sensores colocados em buracos mínimos, de 0.5mm de diâmetro, até laseres que mostram a variação de altura do carro, passando pelo flow-viz, parafina de baixa viscosidade também sendo utilizada na pista durante testes de treinos livres, para determinar fluxos de ar e formação de vórtices.
Os modelos chegaram a ser feitos de fibra de carbono nos anos 2000, mas em sua maioria, passaram a ser impressos em 3D, usando o modelo de CAD (ferramenta de computador para design), ainda que alguns componentes estruturais sejam feitos em alumínio, como a asa traseira, partes da dianteira e a suspensão. Por contrato, a Pirelli, fornecedora de pneus, além de fazer os pneus em tamanho real, precisa fornecer os com escala de 60% que não são apenas um molde, mas também se deformam como um pneu normal.
Os túneis de vento são fundamentais para a construção dos carros, mas a fluidodinâmica computacional, a simulação numérica de escoamento de fluidos, ganhou muito espaço na última década, até pelas restrições do regulamento em relação ao uso dos túneis de vento. Essas restrições vieram junto daquelas que proibiram os testes privados dos times, no pacote do fim da primeira década dos 2000 que visou adequar a F1 à nova realidade financeira – sem tantas montadoras, sem dinheiro do cigarro e pós-crise mundial de 2008. Trata-se de um apêndice do regulamento técnico de sete páginas, com limitações de turnos (são três), escala do modelo (60%, determinada para diminuir a vantagem dos times grandes, que tem orçamento – como a Honda teve, para construir o que viria a ser aquele Brawn campeão de 2009, para usar um túnel de vento de escala (1:1), velocidade do ar (50m/s), a necessidade de os túneis de vento serem homologados pela FIA, de cada competidor nominar apenas um túnel de vento para ser usado por 12 meses e indicar o local onde serão feitos os testes, para que estes sejam controlados e monitorados.
A ferramenta é importante e está sendo cada vez mais aprimorada, mas o cenário atual ainda exige que novas partes aerodinâmicas passem pelo túnel de vento antes de serem fabricadas em escala total e irem para os testes de pista. Nele são realizados testes aerodinâmica de peças isoladas, como um difusor ou um duto de resfriamento dos freios, ou do carro inteiro. A busca é por uma maior pressão, que faz o carro “grudar” na pista, e ao mesmo tempo o melhor aproveitamento do fluxo de ar, para que todo o corpo do monoposto seja eficiente ao mesmo tempo que atenda necessidades observadas pelos projetistas, como refrigeração dos diversos sistemas.
O túnel basicamente possui um grande ventilador que chega até a 3 megawatts de potência. Normalmente o prédio em que o equipamento está situado é todo construído em torno das fundações de onde fica o ventilador, por conta da grande força que ele faz, que causa muitas vibrações. Molas são colocadas embaixo dos blocos de concreto, funcionando para absorver as vibrações e o balanço da instalação. Este ventilador sopra com força o ar, mas, pelo movimento normal de suas pás em círculos, também causa alguma turbulência em sentido circular, o que pode causar problemas na hora dos testes. Por isso, o ar também passa por outros ventiladores menores de contra rotação, com a atribuição de diminuir esse efeito. O caminho ainda passa por um enorme radiador que esfria o ar. Isso é necessário porque com a velocidade em que o ar é movimentado, o atrito com as paredes do duto, além de toda a vibração do motor do ventilador causa um calor e aumento de temperatura no sistema que também pode interferir nos dados. O ar também passa por uma série de dispositivos como grades para direcionamento do ar; obstáculos em formato de colmeia para diminuir a turbulência e telas para evitar que sujeiras ou insetos passem. Antes de chegar ao modelo, o grande duto que leva o ar ainda tem uma diminuição de seu diâmetro para aumentar a velocidade do fluxo.
Dentro da área de trabalho, onde fica a peça que está sendo testada, existe todo um cuidado no desenho da câmara para que a simulação seja a mais próxima possível do que o carro vai enfrentar na pista, além de um chão que lembra uma esteira rolante, como se estivesse existindo um movimento para frente. Uma tecnologia específica com ar em alta pressão passando por um material com micro poro é utilizada para evitar que a esteira grude embaixo do carro ou que o calor de seu movimento interfira nos dados.
No funcionamento, diversos sensores são colocados por todo o modelo para medir a pressão do ar nas peças testadas. Além disso, lasers ajudam os engenheiros a ter uma noção visual da velocidade e da turbulência do ar em pontos específicos. O grande segredo para se conseguir ter sucesso nas informações que serão obtidas pelo seu túnel de vento é o acerto no projeto físico do equipamento, sua execução e, principalmente, a calibragem perfeita de todos esses itens da operação. Apenas ter o túnel de vento não significa uma revolução. Após a construção ou troca de qualquer parte do equipamento por motivos de manutenção, por exemplo, pode levar ainda meses até todos estes detalhes serem ajustados para que os dados realmente possam ajudar aos engenheiros. E, muitas vezes, problemas até mesmo no projeto do túnel pode retardar sua utilização em mais de uma temporada. Entre 2011 e 2012, a Ferrari perdeu muito tempo, sendo obrigada a alugar túneis de vento de outras empresas porque a sua instalação passou por uma reforma e, depois, quando começou a ser utilizada, identificou-se uma constante diferença entre os dados vindos do túnel de vento e os de pista.
Um dos pontos que vão mudar para o desenvolvimento do carro de 2021 – na verdade, um dos poucos que estão decididos – é que as equipes só poderão ocupar o túnel de vento por 60 horas semanais, nas quais podem fazer 68 testes individuais (sendo que o início do teste é contado a partir do momento em que a velocidade do vento excede 15m/s). E esse tempo de uso de túnel de vento é subtraído do total de horas de CFD, em uma fórmula complicada. Compilação dos sites: https://pt.wikipedia.org/wiki/
http://projetomotor.com.br/https://juliannecerasoli.com.br/