Autor: Jesus de Alencar Morais de Alvarenga (Currículo Lattes)
Resumo
Fenômenos de vibrações induzidas pelo escoamento tem atraído o interesse de inúmeros pesquisadores no campo da interação fluido-estrutura. Em geral, as pesquisas buscam o entendimento dos mecanismos que controlam essas vibrações visando à adoção de medidas mitigatórias dos seus efeitos sobre a integridade das estruturas. Porém, mais recentemente, a busca por fontes alternativas de energia limpas, abriu um novo foco das pesquisas que consiste na exploração dos mecanismos de transferência de energia do escoamento para a estrutura a fim de converter a energia mecânica em energia elétrica. A viabilidade desta situação foi atestada por pesquisadores da Universidade de Michigan com o desenvolvimento de um dispositivo chamado VIVACE, que explora as vibrações induzidas por vórtices para fins de geração de energia elétrica. A obtenção de rendimento ótimo em dispositivos deste tipo depende fundamentalmente do entendimento dos mecanismos presentes na interação entre o fluido e a estrutura. Na busca deste entendimento, esta dissertação apresenta um estudo experimental do escoamento transversal sobre um par de cilindros, arranjados de forma arbitrária, com o cilindro de montante fixo e o cilindro de jusante montado elasticamente. O estudo experimental foi realizado em um pequeno túnel de vento com o objetivo de identificar a faixa de velocidades do escoamento na seção de teste e o arranjo com cilindros que produz a máxima amplitude e espectro de frequência de vibração do cilindro de jusante. Essas variáveis foram obtidas a partir da instalação de um sensor de posição ótico para medição dos deslocamentos do cilindro elasticamente montado. A partir da análise das séries temporais de deslocamentos obtidas para diferentes velocidades do escoamento, foi possível identificar a frequência e a velocidade correspondentes à máxima amplitude de oscilação do cilindro. Nos experimentos realizados o ângulo formado entre os cilindros e o escoamento incidente no cilindro analisado variou entre 0o45o, o espaçamento entre cilindros em 1,50S/D3,35 e o número de Reynolds em 1.400<Re<6.200. Os resultados discutidos e comparados aos obtidos no cilindro analisado instalado isoladamente no túnel de vento indicaram um aumento na amplitude de oscilação em oito dos dezesseis arranjos feitos com dois cilindros. A faixa de oscilação se apresentou maior em seis destes arranjos. Em todas as análises feitas as oscilações ocorreram a 11,41 Hz, praticamente o mesmo valor da frequência natural da estrutura.