Curso de Aerodinâmica - Teoria e Prática

INTRODUÇÃO

A Aeroalcool Tecnologia mais uma vez inova. Além de oferecer equipamentos didáticos e de pesquisa avançada, começa a oferecer cursos regulares.

O CURSO DE AERODINÂMICA – TEORIA E PRÁTICA surgiu como resposta a várias demandas de mercado, sendo básico para estudantes e profissionais que desejam ingressar nos segmentos de aerodinâmica de aeronaves, sistemas eólicos e operacionalização de túneis de vento. É um curso voltado à capacitação básica de estudantes, hobbistas e profissionais, exigindo a disponibilização de equipamentos específicos.  

Com carga horária total de 320 horas, este curso é modularizado e abrange as áreas básica, computacional, experimental e aplicada.

1.  PRÉ-REQUISITOS

Para tirar maior proveito do curso, espera-se que os alunos tenham cursado as seguintes disciplinas em curso superior: Cálculo (diferencial, integral, multivariável, série de Fourier, conforme: Leithold e Guidorizzi), Física (mecânica, ondulatória, eletricidade, conforme Halliday), Equações diferenciais, conhecimentos básicos de programação (qualquer linguagem, conforme Farrer).

O curso é composto por aulas expositivas e práticas. As aulas expositivas deverão ocorrer em local indicado pela AeroAlcool e todas as experimentações deverão ser realizadas considerando-se a disponibilização dos seguintes equipamentos: Canal Aerodinâmico AA-TVSH1 e/ou o Túnel de Vento AA-TVFG; Balança aerodinâmica de 3 componentes AA-TVAB; Sensor de posicionamento angular dos modelos presente na balança AA-TVAB; Pitot com indicador de pressão/velocidade fornecido com o Canal Aerodinâmico AA-TVSH1; Sensores de temperatura e umidade presente no Canal Aerodinâmico AA-TVSH1; Possibilidade de variar velocidade de escoamento conforme módulo de controle AA-TVCT do Canal Aerodinâmico AA-TVSH1; Asa 2D em carbono AA-TVMA3, Asa 3D em carbono AA-TVMA3; Sistema de medição de pressão AA-TVCR1; Gerador de fumaça AA-TVEG; e Sistema de aquisição de dados AA-DAS.

Além dos equipamentos laboratoriais, os estudantes devem dispor de notebooks para a instalação supervisionada dos seguintes softwares livres no SO UBUNTU ou MINT: Octave, XFLR5, qBlade, XFoil, OpenFoam, OpenOffice Calc, FreeCAD, snappyHexMesh e Paraview.

 

2.  EMENTA E CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS

O curso está dividido em cinco módulos: I. Aerodinâmica básica; II. Aerodinâmica Computacional; III. Aerodinâmica Experimental; IV. Modelagem empresarial de empreendimentos eólicos; e V. Tutoria e aulas de esclarecimentos. As cargas previstas para cada módulo na metodologia didática presencial são: 75, 60, 75, 60 e 50 horas, com os seguintes conteúdos programáticos:

2.1.1 - Aerodinâmica Básica.

a. Conceitos fundamentais de mecânica dos fluidos (volumes de controle, pressões, velocidades, número de Reynolds), coeficientes admensionais (coeficiente de arrasto (Cd), coeficiente de sustentação (Cl), coeficiente de momento de arfagem (Cm) e coeficiente de pressão (Cp);
b. Escoamento potencial: fonte, sumidouro, dipolo. Escoamento potencial em torno de um cilindro; Teoria do aerofólio fino; Camada limite: conceitos básicos (separação, transição, bolha de separação); Formulação integral; métodos aproximados (semi-empíricos) para solução de camada limite com gradiente de pressão; aplicação dos métodos semi-empíricos; modelos numéricos no programa Octave para a simulação de camadas limites com métodos integrais a partir da distribuição de pressão em aerofólios.
c. Aerodinâmica 3D: lei de Biot-Savart; teoria da asa finita, carregamento ao longo da envergadura, down-wash;
d. Teoria do elemento de pá (hélices) e Momento (Blade Element – Momentum Theory/BEM).
e. Aplicações com programas computacionais livres: modelagem tridimensional da pá eólica no programa FREECAD, incluindo os scripts para a geração de geometria com aerofólios das famílias NACA 4-dígitos, NACA 5-dígitos e NREL.
f. Aerodinâmica 2D: análise de perfis aerodinâmicos. Descrição e aplicação dos aerofólios da família NREL, incluindo atividades práticas no programa XFOIL para avaliar a performance da família; e, introdução à teoria de aerofólios laminares destacando os efeitos benéficos da faixa de operação na bacia laminar e as restrições à aplicação em geradores eólicos.
g. Aerodinâmica aplicada a geradores eólicos. Descrição do comportamento de aerofólios das famílias NACA e NREL, nos regimes de estol e pós-estol, destacando métodos de optimização de pás eólicas baseados na seleção de aerofólios; análise qualitativa e quantitativa dos efeitos da rugosidade superficial das pás eólicas causada por acumulação de detritos; e, aspectos de camada limite.
h. Para a modelagens aerodinâmicas serão empregados softwares livres: Octave, XFLR5, qBlade e XFOIL.

 

2.1.2 - Aerodinâmica computacional.

a. Introdução a CFD, conceitos fundamentais e vocabulário básico;
b. Modelagem inicial de gerador eólico, com a criação da geometria de um gerador eólico empregando-se o programa FREECAD para simulação de CFD na plataforma OpenFOAM. A geometria será compatível com os geradores de malha do OpenFOAM.
c. Geração de malhas computacionais, malhas estruturadas e não estruturadas, tridimensionais, com a ferramenta snappyHexMesh do programa OpenFOAM para um gerador eólico.
d. Metodologias de resolução das equações, solução explícita e implícita, métodos diretos e indiretos. Aborda a introdução aos tipos de equações diferenciais parciais com exemplos no programa Octave. Inclui exemplos 2D resolvidos com equações elípticas, parabólicas e hiperbólicas, em nível de preparação para atuações com as equações típicas de mecânica dos fluidos. Contem uma introdução aos métodos numéricos de Diferenças Finitas e Volumes Finitos com exemplos práticos no programa Octave.
e. Estabilidade, relaxação e viscosidade artificial;
f. Simplificações, discretização das equações, condições de contorno e resolução das equações, contendo: estudos de convergência de malha para a obtenção de resultados independentes da discretização adotada; e, determinação do passo de tempo ótimo para simulação de CFD através da condição CFL (Courant–Friedrichs–Lewy).
g. Pós-processamento de dados com visualização de escoamento no programa ParaView.
h. Modelagem CFD de máquinas rotativas (hélices);
i. Modelagem de torre e nacele de geradores eólicos;
j. Modelagem de gerador eólico completo (torre, nacele e rotor com 3 pás).
k. As modelagens devem ocorrer no programa OpenFoam e tomando-se por base os domínios espaciais (geometrias, velocidades de fluxos etc) do Canal Aerodinâmico AA-TVSH1 e do Túnel de Vento AA-TVF. Face às várias possibilidades de sistemas operacionais, serão apresentadas descrições de como executar as modelagens em: SO Linux-Ubuntu ou MINT; máquina virtual do Windows; e, diretamente no Windows.

 

2.1.3 - Aerodinâmica experimental.

a. Introdução a túneis de vento (diferentes tipos, instrumentação básica, balanças aerodinâmicas e questões relacionadas), apresentando: características e avaliações de projeto; características influências das técnicas construtivas; avaliação da qualidade do fluxo e calibração de túneis de vento; e, descrição e avaliação dos diferentes acessórios empregados no Canal Aerodinâmico AA-TVSH1 e do Túnel de Vento AA-TVF.
b. Conceito de similaridade aerodinâmica;
c. Correções de condição de contorno (blockage corrections);
d. Ensaios quantitativos. Escoamento sob modelos de: torre de gerador eólico, nacele, asa 2D, asa 3D, asa de pressão, placa e gerador eólico completo. Em todos esses ensaios deverão ser medidas forças e pressões, comparando-se os resultados com os previstos pela modelagem desenvolvida no módulo básico;
e. Ensaios qualitativos. Visualização de escoamento através de fumaça, tufts e surface oil flow;
f. Simulação de camada limite atmosférica experimentalmente;
g. Calibração de anemômetros, contendo: avaliação do diferentes anemômetros; avaliações e debelações de panes; técnicas de calibração e normas aplicáveis; emprego de ao menos 2 anemômetros distintos de fio quente, um fornecido por FURNAS e outro fornecido pelo licitante (distinto do anemômetro de Furnas).
h. Para a modelagens serão empregados softwares livres Octave e OpenOffice_Calc.
i. Planejamento de Experimentos (estimativas de sinais em sistemas reais a partir de planejamento e ensaios em modelos reduzidos em laboratório: AA-TVSH1 e AA-TVF):

i.1. Estudos sobre Terrenos: planejamento de ensaio partindo de figura com curvas de nível, determinando o modelo reduzido correspondente, executando-se os ensaios e estimando-se os sinais reais de velocidade de vento sobre camadas do terreno a partir das respectivas medições no modelo reduzido.
i.2. Estudos em Elementos: medição dos parâmetros aerodinâmicos em sólidos, asas, aerofólios, placas e pás eólicas, para a determinação de coeficientes aerodinâmicos (sustentação, arrasto e momento), pressões, esforços mecânicos e dimensões de esteiras (largura, altura e comprimento).
i.3. Estudos em Sistemas Eólicos: a partir de projeto de sistema real (vento, pás, nacele e torre), planejar e executar experimentos para a obtenção de sinais nos sistemas reais a partir de medições no modelo reduzido, como p.ex: coeficientes (sustentação, arrasto e momento) de elementos e conjuntos (pá, pás, pás + nacele); pressões; momento/direção de tombamento em base de torre; velocidades e acelerações de rotores eólicos etc.

 

2.1.4 - Modelagem empresarial de empreendimentos eólicos.

a. Avaliação de site: características gerais dos ventos; camada limite atmosférica; análise estatística dos ventos; estimativas de produção de energia; medição e instrumentação de potencial eólico; e, aplicações;
b. Avaliação de redes de alta tensão disponíveis para interligação, bem como avaliação de custos para interligação;
c. Avaliação de aspectos logísticos e de licenciamento ambiental;
d. Projeto de geradores eólicos: critérios para definição de aerogeradores (capacidade energética, curva de potência etc); modelagem aerodinâmica das pás; projeto de pás; estimativas de eficiência de pás; normas técnicas de projeto e certificação; e, programas computacionais para projeto de turbinas eólicas;
e. Aspectos elétricos de turbinas eólicas: geradores de velocidade constante ou variável e integração dos geradores ao grid;
f. Aspectos econômicos de sistemas eólicos: introdução; custos de capital, custos de operação e manutenção e métodos de análise econômica;
g. Avaliação de riscos e formas de mitigação.

3.  OBSERVAÇÕES

3.1. As aulas contemplam exposições, tutorias e práticas laboratoriais. As aulas expositivas consistem em apresentação de conceitos oralmente pelo instrutor ou através de material multimídia. As aulas de tutoria envolvem verificações, utilização de softwares, esclarecimentos, considerando que os alunos devem trabalhar em equipamentos próprios. As aulas práticas são realizadas em ambiente de laboratório, com os alunos realizando os experimentos supervisionados.
3.2. O material didático, fornecido por aluno com ao menos 1 semana de antecedência ao início de cada módulo, poderá referenciar partes relevantes de livros ou normas técnicas (p. ex. ESDU 76028, IEC 61400). Será fornecido nas formas de apostilas e mídias, em formato digital (pdf e mp4, p.ex.), podendo conter textos pdf, apresentações pptx, códigos computacionais (para Octave e programas comerciais de análise) e códigos txt de entrada de dados. As teorias, procedimentos e roteiros serão descritos passo a passo, principalmente para os programas (FreeCAD, snappyHexMesh, OpenFoam e Paraview).
3.3. As aulas preferencialmente serão ministradas em quinzenas, com até 4 dias consecutivos por semana, nos horários mais oportunos para os alunos, totalizando até 20 horas por semana. As datas das aulas podem ser alteradas durante a realização dos cursos, desde que acordado com antecedência. A priori, cada dia letivo será composto pelos seguintes horários:  das 08:30 às 09:45, 10:00 às 11:30, 14:00 às 15:15 e 15:30-16:30, num total de 5h por dia.
3.4. Desde que acordado com antecedência entre a Aeroalcool e os participantes do curso, poderão ser alterados: as metodologias didáticas, datas, horários, salas de aulas teóricas e locais de aulas práticas.
3.5. Serão disponibilizadas 50h para esclarecimentos de dúvidas, as quais podem ocorrer por vídeo-conferências, envios de arquivos, e-mails e outro meio, com agendamento e negociações prévios. O esclarecimento de dúvidas ocorrerá com base no material didático da Aeroalcool bem como nas aulas expositivas, reservando o direito da Aeroalcool em restringir as respostas quando estas requererem complementações além do escopo proposto pra o curso.
3.6. A Aeroalcool emitirá DECLARAÇÃO DE CONCLUSÃO e/ou CERTIFICADO para os alunos que concluírem o curso com o aval do instrutor bem como com um mínimo de 80% de frequência nas aulas presenciais.
3.7. Para a edição em Goiânia, o curso ocorrerá na: ACIEG, situada à Rua 14, nº 50 - Setor Oeste, CEP 74120-070, Goiânia – Goiás. Demais localidades serão informadas posteriormente.
3.8. A previsão para início do curso é na segunda quinzena de setembro de 2018. A data efetiva será passada após o fechamento da turma, com previsão para final de agosto de 2018, logo após sendo divulgada a data.
3.9. O valor por aluno é de R$ 19.872,00, equivalente a R$ 62,10/hora-aula, para um número de participantes entre 8 e 14 alunos. Para turmas com menos de 8 alunos os valores podem estar sujeito a alterações. Neste valor estão inclusos todos os custos, como remuneração dos professores, alimentação, estadia, locomoções, materiais didáticos, aluguel de salas e NF de serviços.
3.10. Em função das viagens dos professores, admite-se uma variação de no máximo duas semanas a mais do previsto inicial de 14 semanas para a conclusão da ementa. Assim, um número maior que 16 semanas pode ser feito desde que acordado antecipadamente.
3.11. As inscrições poderão ser efetuadas até 31/agosto/2018, pelo email “Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.”, enviando os seguintes dados: Nome Completo, CPF, Data de Nascimento, Formação, Empresa, Cargo, Telefone, Celular e Modalidade (Individual ou Corporativa). 

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