Efeito coanda

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Efeito coanda

Mensagempor rita_santos em Terça Out 06, 2009 1:32 pm

Ola a todos :) eu e o meu grupo de grupo de area de projecto decidimos fazer uma aplicaçao do efeito coanda num "ovni". Os nossos conhecimentos de física são basicamente física 12º, temos alguns professores a ajudar-nos mas nao está facil.

Fomos buscar a ideia a partir deste video: http://www.youtube.com/watch?v=ggUIJDgkSSs

Nós estamos a pensar fazer a estrutura em depron (pela manuseamento, resistencia e leveza), vamos usar um comando progresssivo com 5 canais, mas os problemas surgem quando temos de escolher as capacidades do motor e bateria (conjugar a massa dos materiais com a potencia).

Obrigada a todos, beijinhos e espero que nos possam ajudar :wink:
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Re: Efeito coanda

Mensagempor Dynamis em Terça Out 06, 2009 3:43 pm

Olá Rita!

Podiam também ter escolhido fazer um avião telecomandado, que era mais giro e o princípio é o mesmo :D (embora aí a mecânica do voo, ie a estabilidade e o controlo do modelo torna-lo-iam menos simples do que o vosso projecto do "ovni").

Na verdade, como já foi aqui abordado, é o fenómeno da adesão de fluidos que possibilita o voo dos aviões e de todas as aeronaves que se sustentam por via da força do ar em movimento. São as interacções de adesão (v. forças de van der Waals), entre o fluido e a superfície do perfil alar, que possibilitam que o fluido escoe contornando a curvatura de (ou em adesão a) o perfil, proporcionando uma aceleração radial (v^2/r) de volume de fluido, que resulta, por sua vez, na reacção centrífuga no perfil (rho*v^2/r), como reacção de equilíbrio à Força centrípeta exercida no fluido nessa interacção de adesão.

O “Efeito Coanda”, no seu sentido lato, é o fenómeno de adesão de fluidos.

Aqui está uma aplicação interessante do “Efeito Coanda”:

Imagem

Mas o que é que vocês querem demonstrar exactamente? Será a sustentação do modelo que pretendem construir, de forma a conseguirem fazê-lo planar no ar (daí a preocupação com o peso dos motores eléctricos)? Ou será a geração de correntes secundárias de escoamento em adesão à corrente primária de fluido? Ou ainda tão somente a adesão do escoamento ao perfil?

Se o âmbito do projecto for mais do lado da aerodinâmica do que de controlo ou electrotecnia, por que não tentam colocar 2 (ou mesmo 4!) ventoinhas posicionadas cada uma com eixo de rotação horizontal, em oposição para anular os torques resultantes, em vez de ser com eixo vertical como o vídeo parece mostrar? No caso do modelo do vídeo, se se lhe retirassem as abas arredondadas (ou "barriga") provavelmente também voaria tal como um avião telecomandado se sustenta na vertical desde que o motor tenha potência suficiente para que a força positiva resultante equilibre com o peso do avião... Digo isto, apenas, por forma a que o efeito (o qual penso que vocês pretendem demonstrar) de sustentação do modelo seja fruto unicamente da aceleração radial do ar em adesão à superfície abaulada (de secção circular) do modelo, e não da sustentação pura das pás da ventoinha (a componente vertical da força de sustentação gerada puramente ao nível da ventoinha). É que, se a ventoinha estiver posicionada verticalmente, ou seja, em posição de forma a que o eixo seja vertical, vocês podem estar a gerar sustentação apenas por acção das pás do motor (o que também é, curiosamente, tal como disse inicialmente uma aplicação no sentido amplo do "Efeito Coanda" :lol: ) e não sustentação propriamente originária da configuração “abaulada” do "ovni". Repara que, na figura que coloquei em cima, o ar não sai em sentido descendente, mas ascendente (o que torna a experiência ainda mais interessante, compreendendo os efeitos que isso implica).

Mais patentes sobre o "Efeito-Coanda":

http://www.rexresearch.com/coanda/1coanda.htm


NOTA 1:

Na sua origem, o “Efeito Coanda” é o nome atribuído pelo Prof. Albert Metral ao fenómeno observado inicialmente por Henri Coanda na primeira década do séc. XX. A obra publicada, na qual porventura se terá utilizado pela primeira vez o nome "Efeito Coanda" no sentido da aplicação da adesão de fluidos a outras correntes de fluido, é a seguinte:

Method of Increasing Fluid Stream by Diverting It from Its Axis of Flow. Coanda Effect.
Albert R. Metral (1948)
Trans. Rep. No. F-TS-823-RE, WADC-AMC, Feb. 1948.

Outros autores entenderam o "Efeito Coanda" na sua acepção ampla, ou seja, de interacção de adesão de escoamentos de fluido (que não apenas entre fluido e correntes de fluido. Por exemplo, aqui:

"The Coanda effect may be described as the phenomenon by which the proximity of a surface to a jet stream will cause the jet to attach itself to and follow the surface contour."
Uwe H Von Glahn (1958)

"The flow phenomenon in both liquids and gases of the adherence of a jet or jet sheet to a solid surface has been named the Coanda effect."
S. D. Benner (1964)


NOTA 2:

Rita, se não seguiste a discussão neste fórum no tópico "Aerodinâmica", dá uma vista de olhos aqui:

viewtopic.php?f=7&t=135&start=30
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Re: Efeito coanda

Mensagempor Dynamis em Quarta Dez 02, 2009 8:31 pm

Por falar em Efeito Coanda, encontrei este vídeo duma ventoinha que inventaram, muitíssimo interessante. Ilustra bem os dois fenómenos físicos relacionados com o Efeito Coanda:

1) a adesão de um escoamento a uma superfície;
2) a geração de correntes secundárias de fluido por interacções moleculares de coesão.

Vídeo:

http://www.wimp.com/bladelessfan/

Dificilmente encontraria um vídeo mais elucidativo que este :wink:
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Re: Efeito coanda

Mensagempor jap em Quarta Dez 02, 2009 11:02 pm

Obrigado pelo vídeo! :friends:
José António Paixão
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Re: Efeito coanda

Mensagempor Tharis em Quinta Dez 03, 2009 12:56 am

Ainda no outro dia tinha visto essa ventoinha na SIC e perguntei-me como é que funcionava... :D
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Re: Efeito coanda

Mensagempor Dynamis em Quinta Dez 03, 2009 3:34 am

Tharis Escreveu:Ainda no outro dia tinha visto essa "ventoinha" na SIC e perguntei-me como é que funcionava... :D


É simples. Baseia-se no Efeito Coanda, embora eles não digam nada sobre isso. Resumidamente, é assim:

Uma corrente de ar é soprada pelo bocal/orifício que se pode ver na animação. O perfil junto ao bocal é um perfil alar (com a forma de asa) concêntrico, de forma a que a secção convexa esteja sempre voltada para o centro geométrico da "ventoinha", de forma a que, pela aceleração radial dos elementos de volume de fluido resulte uma diminuição da pressão estática (aquela medida perpendicular à superfície do perfil). Essa diminuição estática origina uma sucção que vai sugar ainda mais ar no sentido do escoamento. A segunda parte do efeito, que faz amplificar o efeito, é a geração de uma corrente secundária de ar no mesmo sentido da corrente primária, por coesão intermolecular. Não nos podemos esquecer que as interacções moleculares de coesão~, embora sejam consideradas "forças fracas" (com pouca energia de ligação), têm força suficiente para puxar moléculas estacionárias próximas da corrente, acelerando-as e integrando-as na corrente.

A diminuição da pressão estática referida, que surge no perfil alar concêntrico do invento, é originado mecanicamente pela concentração das moléculas de ar nas camadas mais periféricas do escoamento em referência à superfície desse perfil, pela reacção Centrífuga sentida no fluido em adesão ao perfil, em equilíbrio radial. Ou seja, a reacção Centrífuga de fluido em eceleração radial (daí a razão da convexidade do perfil), ao puxar as moléculas para o exterior da curvatura em movimento circular, vai fazer com que as camadas mais interiores junto ao perfil tenham menor quantidade de moléculas de fluido, o que origina essa sucção ou diminuição de pressão:

{dp \over dr} = \rho {v^{2} \over r}

em que p é a pressão estática; r é o raio da curvatura do escoamento (neste caso em torno da curvatura do perfil convexo), ou a distância da camada de fluido considerada em relação ao centro da curvatura do escoamento; \rho a massa específica (ou volúmica) do fluido; v a velocidade do escoamento.

O primeiro membro da equação representa a variação da pressão em relação ao raio; o segundo membro representa a produção de Força Centrífuga, ou massa vezes a aceleração radial, o mecanismo físico de produção da sustentação aerodinâmica (sim, aquele que explica por que os aviões na atmosfera demoram mais tempo a cair! :lol:

Em Cinemática, a aceleração angular do movimento circular tem 2 componentes: a aceleração tangencial ou linear ({dv \over dt}), no sentido do movimento; a aceleração radial (ou normal) de sentido centrípeto ({v^{2} \over r}), já referida, em direcção ao centro da curva. Quando as pessoas dizem que é a aceleração do ar que faz baixar a pressão que faz os aviões voarem, 99,99(9)% delas referem-se à primeira componente (aceleração linear), o que é 100% errado; mas se acrescentassem o simples vocábulo "radial" à aceleração, então já estariam 100% certas! :lol:

Não nos podemos esquecer que o fluido tem massa (massa específica, no caso da equação do escoamento), e que, uma vez em movimento circular, a componente radial origina sempre forças opostas de equilíbrio: uma no fluido e outra, por reacção, no perfil.

Depois, pela diminuição da pressão estática, o escoamento é acelerado tangencialmente, o que pode ser demonstrado matematicamente pelas equações de Euler para o movimento dos fluidos (das quais eu percebo muito pouco tal como as infames Navier-Stokes... :inocent: ), ou pela famosíssima chamada "Equação de Bernoulli", que é uma derivação das equações tridimensionais de Euler para o movimento dos fluidos. A forma final da "equação de Bernoulli" mais conhecida, derivada a partir da equação mais simples a uma dimensão da aceleração tangencial, é a seguinte:

p_2 - p_1 = {\rho \over 2} (v^{2}_1 - v^{2}_2)

Que mostra a equivalência entre p e v, de forma a que, quando p diminui, v aumenta e vice-versa, sem relação causal. É a quantificação matemática, descritiva. Em termos mecanísticos a velocidade aumenta PORQUE a pressão baixa a jusante, tal como foi dito noutros tópicos atrás. Isto torna-se mais claro quando se faz a derivação das equações de Euler. Podem ver a derivação aqui, feita pelo Prof. Weltner do Dep. de Física da Univ. Frankfurt, com quem eu, de vez em quando, troco algumas impressões muito enriquecedoras:

http://user.uni-frankfurt.de/~weltner/F ... HYSIC4.htm

Resumindo, a "ventoinha" funciona na base do Efeito Coanda que é formado, tal como disse no post anterior a este, por duas componentes:

*pela adesão do escoamento a uma superfície
*pela geração de uma corrente secundária de fluido

Mas, para além disso, esta "ventoinha" é especialmente eficiente devido à configuração convexa do perfil junto ao bocal de ejecção de ar que possibilita a criação de uma baixa pressão junto ao perfil, o que faz acelerar o escoamento principal, a jusante, tal como expliquei em cima, aumentando o caudal e sugando mais ar, amplificando assim o efeito final. É mais ou menos isto que se passa.

Espero não me ter enganado na matemática, pois escrevi assim um bocadito à pressa com \LaTeX . Já é tarde, mas não queria deixar de dar mais uma vez a minha visão sobre o assunto, que, não sendo nenhuma autoridade na matéria, espero que esteja perceptível.

Acho que vou encomendar uma "ventoinha" destas ao Pai Natal, para me refrescar as ideias... :xD:
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Re: Efeito coanda

Mensagempor Dynamis em Quinta Dez 03, 2009 11:36 am

Para completar...

O físico Henri Coanda descobriu o fenómeno em inícios do Séc. XX, quando as chamas que saiam do escape do motorjet do seu avião protótipo "Coanda-1910", projecto do ano de 1910, colavam às asas a jusante no escoamento.

Imagem

Em 1936, ele tinha já uma patente em seu nome:

"Coanda, H., Device for Deflecting a Stream of Elastic Fluid Projected into an Elastic Fluid, (1936), United States Patent 2,052,869", emitida em 1 de Setembro de 1936.

O nome "Efeito Coanda" terá sido dado, 12 anos depois, pelo Prof. Albert Metral em menção ao efeito que o inventor terá descoberto umas décadas antes:

Metral, Albert R., Method of Increasing Fluid Stream by Diverting It from Its Axis of Flow. Coanda Effect, 1948.

A descrição da patente de H. Coanda (1936):

It is an observed fact that when a stream or sheet of fluid issues through a suitable orifice, into another fluid, it will carry along with it a portion of the surrounding fluid, if its velocity is sufficient. In particular, if a sheet of gas at high velocity issues into an atmosphere of another gas of any kind, this will produce, at the point of discharge of the said sheet of gas, a suction effect, thus drawing forward the adjacent gas.

If, at the outlet of the fluid stream or sheet, there is set up an unbalancing effect on the flow of the surrounding fluid induced by said stream, the latter will move towards the side on which the flow of the surrounding fluid has been made more difficult.

It is thus evident that it will be possible, by a suitable checking of the surrounding fluid in one side of the orifice from which the fluid stream or sheet is discharged at high velocity, to act indirectly upon the direction of the issuing stream or sheet. In consequence, by the successive checking of the several layers of the fluid sheets on the proper side, if it is considered that the latter may be theoretically divided into layers to facilitate the demonstration, they may be made to follow any desired path.

Such is the object attained by the present invention, whose essential characteristic consists in the production of a determined unbalancing effect in the flow of the surrounding fluid induced by a sheet or stream of fluid which is discharged thereinto at high velocity.

For this purpose, the discharge orifices for the fluid each include, on the side toward which said sheet or stream is to be deflected, guiding means, for instance a flap which is suitably inclined according to the rate of flow and the velocity of the fluid, and said flap may be more or less extended and may be more or less inclined, according to the path which said stream is to be made to follow. On the other hand, by a proper knowledge of the physical constants of the surrounding fluid and of the fluid discharged into the same, it is possible to determine the optimum curve to be given to the means for guiding the stream, according to its rate of flow and velocity.

The invention further relates to the application of the said process for the deflection of fluid streams which penetrate with a high velocity into another fluid. In particular, it relates to its application to the change of direction of the direct reactions due to the abrupt discharges of one fluid into another, which reactions are even greatly increases by the fact that on the side which is not checked, the effect of suction is very greatly increased.

The accompanying diagrammatic drawing shows the direction of the streams of fluid which are discharged at high speed into another fluid through a nozzle, in the case of an equilibrium or lack of equilibrium of the facilities of withdrawal of the surrounding fluid at the sides of the stream.

Figure 1 shows the free discharge of a fluid stream 1, issuing from a nozzle, for instance, whose cross section has the form of a slot 2, also showing the induced flow of the surrounding fluid according to the arrows 3.

Figure 2 shows the checking of the surrounding fluid on one side of the stream by means of a flap 4 which prevents the flow of the surrounding air from space 5, and also the deflection, according to the arrows 3,of the issuing stream discharged from said nozzle.

Figure 3 represents the flap 4 which is extended according to a given outline, thus producing a strong suction, at 6, of a stream which is entirely turned about, according to the arrows 7. This will eliminate the impact upon the surrounding fluid, which occurs in front of a sheet of fluid discharged at high velocity into another fluid.



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Re: Efeito coanda

Mensagempor Dynamis em Quinta Dez 03, 2009 1:14 pm

Mesmo só para concluir... :D ...

Fiz upload deste sketch "home-made" :lol:

Imagem

O ar sopra pelo bocal (1) tal como num "jacto parietal" e escoa colado ao perfil alar pelas forças de adesão intermolculares, em direcção a (3) => 1ª parte do Efeito Coanda;

O ar é acelerado radialmente na zona convexa do perfil (2), o que provoca uma diminuição da pressão estática (vejam as múltiplas setinhas pequenas amarelas, perpendiculares à parte convexa do perfil, que mostram a força centrífuga sentida no fluido);

O escoamento é acelerado tangencialmente num gradiente favorável até esse pico de sucção situado em (2), pela diminuição da pressão estática (o pico de sucção é a zona convexa em que o raio da curvatura é menor);

Finalmente, o escoamento, por coesão intermolcular, puxa mais moléculas de fluido adjacentes, gerando, assim, outra corrente (secundária) de ar que amplifica a primeira (4) => 2ª parte do Efeito Coanda.

Penso que assim está ainda mais claro! :D


PS: a explicação que a menina da animação sobre a ventinha dá, quando fala da "baixa pressão", não está muito correcta... mas é uma animação... Há sempre uma tendência para falar de pressões e fugir às interacções moleculares, porventura porque a pressão é fácil de medir e de quantificar matematicamente, e a "equação de Bernoulli" foi muito divulgada; daí também a confusão clássica entre o mecanismo e a quantificação da sustentação aerodinâmica...
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Re: Efeito coanda

Mensagempor jap em Quarta Dez 09, 2009 11:10 pm

Muito obrigado pela super-explicação detalhada! :friends:
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