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  10.12.10

Ensaios navais renovados


Túnel de cavitação do IPT completa 47 anos e retoma atividades com estrutura remodelada


O túnel de cavitação do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) completa no próximo domingo, 12 de dezembro, 47 anos de existência e acaba de reiniciar as operações de prestação de serviços após a reformulação da instrumentação destinada a ensaios de hélices em escala reduzida. Os novos equipamentos de medição foram adquiridos dentro do projeto de Redes Temáticas da Petrobras para revitalização dos laboratórios do Centro de Engenharia Naval e Ocêanica (CNaval), que foi finalizado em novembro de 2009.

O túnel consiste em um circuito fechado de água, fabricado em aço, montado de forma a permitir a instalação de um modelo de propulsor em sua seção de teste. A água em circulação dentro do túnel torna possível medir os parâmetros de operação do hélice (empuxo e torque) não só na chamada condição estática, mas em todas as faixas de operação.
Ensaio de propulsor em condições de cavitação: implosão de bolhas nas pás do hélice é responsável por vibrações e erosão do material
 
Em determinadas condições de rotação e pressão interna, é possível ocorrer o fenômeno da cavitação, ou seja, a água muda para o estado gasoso onde a pressão local é mais baixa que a pressão de vaporização da água. Formam-se bolhas que produzem vibrações, diminuem a eficiência do propulsor e podem causar a erosão do material.

A estrutura principal do túnel é a mesma desde 1963, com comprimento de 8 metros e 6 metros de altura; a lista de equipamentos para os testes, no entanto, inclui agora células de carga, manômetros, uma nova bomba de vácuo para controle das condições internas e, principalmente, o sistema de velocimetria por imagem de partículas (PIV, de particle image velocimetry). Trata-se de uma técnica que lança mão de emissões de feixes de laser para a medição de campos de velocidade em escoamentos, de forma não-intrusiva.

Para recriar as condições exigidas no túnel para os ensaios, o pesquisador Marco Antonio P. Carmignotto, do Laboratório de Tecnologia Naval do IPT, explica que é necessária a reprodução da chamada “esteira nominal”, isto é, o escoamento na área da popa da embarcação onde o propulsor é instalado. A esteira é caracterizada com o sistema de medição de mapas de velocidades em escoamento, o PIV, e ajustada até que se reproduzam as condições reais de operação.

BENCHMARKING - Entre o período de quase um ano entre a reinauguração das novas instalações do CNaval e a execução do primeiro ensaio no túnel de cavitação, os pesquisadores dedicaram-se a testes de caracterização da estrutura e dos equipamentos de medição. Foram comparadas novas e antigas técnicas em um processo de benchmarking para validação de parâmetros e certificação dos próprios métodos do Instituto, antes da retomada dos serviços no único laboratório da América Latina.

“Pelo fato de o PIV ser uma técnica nova de medição, fizemos estudos de comparação com práticas consolidadas, como o tubo de Pitot”, explica Adriano Axel P. Pereira, do Laboratório de Hidrodinâmica do IPT. “Existem diferenças na comparação entre diferentes tecnologias: enquanto o tubo de Pitot fornece valores médios e localizados, o PIV informa as velocidades de todo o campo de escoamento. No entanto, foi importante comparar semelhanças e diferenças para propiciar um domínio maior em hidrodinâmica, garantindo qualidade dos resultados para ensaios com as mais diversas velocidades e rotações nos hélices”.

Em paralelo aos investimentos em nova instrumentação, os propulsores ensaiados no túnel de cavitação passaram a ser fabricados no próprio IPT com o auxílio da máquina de prototipagem rápida recentemente adquirida dentro do Projeto Multiusuários (Finep e Petrobras). Moldes são agora construídos no novo equipamento para a confecção de hélices de metal, um requisito necessário em razão das condições mais rigorosas do túnel de cavitação – isso acelerou o tempo de construção das peças e tornou viável o estudo de uma gama maior de geometrias dos modelos.

HISTÓRICO – Em solenidade que contou com a presença do então governador do Estado de São Paulo, Adhemar Pereira de Barros, o túnel de ensaios de cavitação foi inaugurado oficialmente em 12 de dezembro de 1963. A construção esteve a cargo do próprio IPT e da Marinha de Guerra do Brasil, e contou na época com a colaboração da Comissão Nacional de Energia Nuclear, Cia. Comércio de Navegação, Cia. Nacional de Navegação Costeira, EMAQ Engenharia e Máquinas, Ishikawajima do Brasil Estaleiros, Lloyd Brasileiro, Petrobras e Verolme – Estaleiros Reunidos do Brasil.

 
  • Quarenta e sete anos de história
 


Segundo relatório do IPT sobre as atividades desenvolvidas em 1963, a construção do túnel “completou a linha de equipamentos necessários para o desenvolvimento do curso de Engenharia Naval da Escola Politécnica, bem como uma mais eficiente colaboração e assistência técnica à indústria naval do Estado de São Paulo e de todo o país.”