Tecnologia
SIMULADORES BRASILEIROS
Arte
da JMOB (Joint
Mobile Offshore Base - Base
Offshore Móvel
Conjunta), ou Battle Island (Ilha de Batalha), exemplo de projeto
gigantesco que demandará grandes esforços de simulação.
Conjunta), ou Battle Island (Ilha de Batalha), exemplo de projeto
gigantesco que demandará grandes esforços de simulação.
INTRODUÇÃO
LABOCEANO
PÍER DA USP
TÚNEL DE VENTO DO IPT
TÚNEIS DE VENTO HIPERSÔNICO DO DCTA
O TÚNEL DE VENTO HIPERSÔNICO PULSADO
MOTOR HIPERSÔNICO BRASILEIRO
FONTES & LINKS
O DEFESA BR é uma SIMULAÇÃO de tudo que o Brasil
poderia fazer para manter a soberania sobre suas riquezas
das Amazônias Verde e Azul com um conservador
Orçamento de Defesa de 1 % do PIB.
INTRODUÇÃO
Diversas iniciativas nacionais na área de Pesquisa Científica e Desenvolvimento Tecnológico começam a aparecer hoje, até com uma intensidade animadora.
No campo de ensaios experimentais, foram inaugurados, recentemente, o LABOCEANO da COPPE/UFRJ e o Simulador de Píer da USP. Destacam-se ainda os Túneis de Vento do IPT e DCTA.
Ressalte-se que o Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial (CTA) passou, a partir do dia 18 de agosto de 2009, a ser denominado Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA).
No DCTA, um novo túnel ainda maior que os T1 e T2 foi construído a partir de 2005 para testar os protótipos do projeto de motor SCRAMJET (contração de Supersonic Combustion Ramjet) brasileiro.
Este maior TÚNEL DE VENTO HIPERSÔNICO PULSADO da América Latina - o T3, foi inaugurado em 15 de dezembro de 2006.
LABORATÓRIO OCEÂNICO DA UFRJ
Vista parcial do maior tanque de ensaios marítimos do
mundo durante a solenidade de inauguração na UFRJ.
O maior, mais profundo e mais moderno tanque de simulação para ensaios marítimos do mundo foi inaugurado em abril de 2003, no Parque Tecnológico da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), na Ilha do Fundão, Rio de Janeiro, como parte do projeto do Laboratório Oceânico (LabOceano).
O LABOCEANO foi todo construído com verba do Governo estadual, via FAPERJ, e de royalties do petróleo, via FINEP. Será gerenciado pela COPPE (Coordenadoria dos Programas de Pós Graduação em Engenharia da UFRJ) com o apoio da Petrobras, do IPqM da Marinha do Brasil e em parceria com a USP.
A Petrobras, grande interessada e incentivadora do projeto, será seu principal cliente, mas haverá grande demanda de diversas empresas estrangeiras, tanto devido à reduzida oferta de tanques, quanto pelo baixo custo operacional obtido pelo projeto.
O tanque de simulação é usado para testar protótipos das gigantescas plataformas para extração de petróleo, navios e submarinos. Os testes realizados no LabOceano vão garantir maior segurança e confiabilidade aos projetos de estruturas flutuantes e às operações no mar, assegurando a preservação do meio ambiente e dos equipamentos.
VÍDEO - ENERGIA RENOVÁVEL DAS
ONDAS DO MAR (03:46 MIN)
O Brasil desponta na vanguarda da tecnologia naval e offshore, pois o Tanque Oceânico incorpora à prática da Engenharia Oceânica nacional um apoio experimental apenas disponível em alguns poucos centros mundiais.
Seus únicos 2 concorrentes no mundo são instalações na Noruega, o Marinsk com profundidade de 10 metros, e na Holanda, o Marin com 10,5 metros. Ambos não possuem o poço central, que faz a grande diferença nos ensaios de águas profundas.
(Clique na foto para ampliação)O tanque tem 15 metros de profundidade, mas com 25 metros na parte mais profunda, o poço central, 40 metros de comprimento, e 30 metros de largura. Sua altura corresponde a um prédio de oito andares e tem capacidade para 23 milhões de litros d'água. Um grande guindaste móvel percorre o tanque, simulando a navegação de navios.
Petroleiro atravessando o Mar do Norte.
Está sendo equipado com geradores de ondas, ventos e correntezas, com o objetivo de simular as condições oceânicas e o comportamento hidrodinâmico em águas profundas. Na escala de 1/100, o tanque gera ondas de até 30 metros, além de tufões e ciclones com 150 km/h. Para viabilizar ensaios submarinos a grandes profundidades, foram construídas salas com largas janelas a 4 metros de profundidade.
Os programas experimentais a serem executados no LabOceano contribuirão para o desenvolvimento de inovações tecnológicas para os futuros projetos de equipamentos e estruturas oceânicas, e padrões de operações marítimas, permitindo maior eficiência, melhores níveis de confiabilidade e menores riscos ao meio ambiente oceânico. Essas são as razões de ter recebido o apoio da Petrobras e da Marinha do Brasil.
PETROBRAS
O LabOceano representará para o país e a Petrobras a consolidação da liderança no desenvolvimento de tecnologia de exploração de petróleo em águas profundas.
Foi projetado para realizar ensaios de modelos de estruturas e equipamentos usados nas atividades de exploração e produção de petróleo e gás offshore, cujas operações avançam rapidamente para regiões de até 4.000 metros de profundidade.
Equipado com sofisticados sistemas geradores de ondas multi-direcionais, correntes e ventos, o LabOceano estará em condições de permitir a simulação realista das principais características do meio ambiente oceânico, e poderá, portanto, atender às necessidades e ao alto padrão de exigência impostos pela indústria offshore.
Serão reproduzidas no tanque as mesmas condições de ondas, ventos e correntezas, que existem no local onde a plataforma vai ser instalada. Os ensaios vão definir o limite operacional da plataforma, ou seja, qual o limite de condições ambientais para não interferir na operação dos equipamentos e qual a maior onda a plataforma pode suportar.
PETROBRAS - PLATAFORMA MONO BR
Como exemplo, a PETROBRAS tinha como desafio produzir petróleo em águas ultraprofundas reduzindo ao máximo o impacto do balanço das marés nas plataformas, para evitar o rompimento da tubulação que liga os poços produtores à embarcação.
Assim nasceu a MONO BR, plataforma de produção de petróleo revolucionária que usa a própria água do mar como contraponto à agitação do oceano. Exaustivamente ensaiada no LabOceano, ela é capaz de extrair óleo e gás natural em profundidades de até 3 mil metros.
Tal plataforma possui furos em seu casco que permitem a entrada da água em determinados compartimentos. Trata-se de uma semi-submersível, com uma grande piscina no meio da coluna de sustentação, ou moon pool (piscina da lua), em permanente troca de água com o mar, seguindo a variação das marés.
Conta também com uma "praia" (na verdade, uma estrutura de metal, sem areia), em volta da coluna de sustentação, para reduzir o choque das ondas no casco. Ela mantém a estabilidade da plataforma em dias de mar agitado. A Mono BR tem apenas uma coluna cilíndrica ligando o convés aos submarinos de flutuação, enquanto que as plataformas semi-submersíveis tradicionais possuem de 4 a 6 colunas.
Exemplo de Estado de Mar.
A unidade é constituída de módulos, o que permite que estaleiros nacionais concorram à sua construção, em partes. Um protótipo foi desenvolvido em parceria entre o centro de pesquisas (CENPES) PETROBRAS, UFRJ e USP, tendo envolvido duas centenas de técnicos.
O trabalho de pesquisa e simulação de projetos como o dessa plataforma tornou-se mais próximo da realidade desde que o chamado tanque de provas numéricas (TPN) foi inaugurado na USP. Um conjunto de 120 computadores e uma tela de projeção tridimensional operaram em sintonia fina para oferecer aos cientistas condições bastante próximas da realidade. Finalmente, esse protótipo entrou no tanque do IPT e no LABOCEANO. Foram quatro semanas de testes nesse fabuloso tanque da COPPE em 2004.
A plataforma monocoluna passou por todos os rigorosos vestibulares de viabilidade técnica e econômica na Petrobras. Um dos problemas fundamentais que a Mono BR conseguiu resolver foi diminuir as amplitudes dos movimentos da unidade devido à ação das ondas, o que propicia maior flexibilidade operacional ao sistema. Após todas as avaliações realizadas durante o período de desenvolvimento, o novo conceito foi validado e já é uma alternativa disponível para construção e operação.
A plataforma projetada para a Petrobras previa a exploração de petróleo a até 3 mil metros de profundidade. O peso da Mono BR previsto era de 135 mil toneladas e a largura do casco é de 95 metros. O preço estimado da plataforma monocoluna era de US$ 500 milhões a US$ 700 milhões, valor bem mais baixo que o das comerciais.
Concepção da Mono BR.
(Arte Petrobras)
As dimensões de uma plataforma desse porte não estão relacionadas apenas com as grandes profundidades. Por causa das características do petróleo brasileiro, de alta viscosidade, a planta de produção precisa aumentar para dar espaço aos robustos equipamentos de extração e de produção. O convés, nesse caso, tem sempre que suportar altas cargas.
Do ponto de vista conceitual, as condições hidrodinâmicas (movimento das ondas e das correntes marítimas) do mar brasileiro podem ser consideradas as grandes responsáveis pelo desenvolvimento da plataforma de coluna única capaz de suportar essas condições com mais flexibilidade.
Os pesquisadores brasileiros, portanto, escolheram um caminho único devido às diferenças ambientais de cada região. Japoneses, noruegueses e norte-americanos também desenvolvem uma coluna única, mas para os seus próprios ambientes regionais.
MARINHA DO BRASIL
A Marinha do Brasil, através do Instituto de Pesquisas da Marinha (IPqM), seu grande braço de pesquisa científica e desenvolvimento tecnológico (P&D), passa a contar com as melhores condições do mundo para ensaios de seus futuros meios navais, desde Corvetas até Navios-Aeródromos e Submarinos, passando por Fragatas e navios maiores como Destroyers ou até Cruzadores.
O LabOceano é tão importante para a MB que, se já existisse antes, não haveria problema de flutuação no Projeto da Corveta Inhaúma. O mesmo só não ocorreu com a Corveta Barroso porque foram tomadas providências para os ensaios necessários no Laboratório Marin (Holanda).
Uma Muralha em Alto Mar.
Seu enorme gerador de ondas pode simular o comportamento de navios de variadas dimensões no pior Estado de Mar. Para o ensaio de submarinos, o tanque pode simular materiais e correntes submarinas de todos os tipos a profundidades inéditas. Com tudo isso, o IPqM conta agora com um grande aliado para desenvolver a contento projetos antes impossíveis (Meios Futuros) para a guerra naval do Século XXI.
SIMULADOR DE PÍER DA USP
O Laboratório de Hidráulica da USP, em São Paulo, está auxiliando a construção do Píer III do Terminal Marítimo de Ponta da Madeira, na Ilha de São Luís, no Maranhão, de propriedade da VALE. As obras estão avaliado em R$ 125 milhões. O Terminal Marítimo embarca granéis sólidos, como minério de ferro, soja e ferro-gusa, em grande parte, nos navios da frota da antiga DOCENAVE.
Foi necessário ensaiar as obras através de um modelo físico em tamanho reduzido do Terminal Marítimo, com 1,6 mil metros quadrados, o que resulta em uma reprodução completa da Baia de São Marcos. Construído a partir de fotografias de satélite, entre outros recursos, no modelo são reproduzidas todas as áreas da baía que influenciam as operações portuárias e projetos da Vale. As simulações são feitas por modelagem matemática em computador, parceiro de trabalho fundamental com o modelo físico reduzido.
Desde a execução do projeto até a execução das obras, todos os trabalhos são auxiliados por testes reduzidos de laboratório (em São Paulo), que funcionam como suporte técnico, aumentando a confiabilidade e reduzindo a maior parte de riscos futuros.
Em virtude da intensa variação de marés no Maranhão, há a necessidade de se fazer simulações para desenvolver uma obra de engenharia. É possível conhecer os efeitos da natureza nas manobras, realizadas pelos comandantes e práticos, como o calado do porto irá variar e a que tensões um navio vai estar sujeito. Todos os detalhes são ajustados para que os testes simulem o que de fato acontece na natureza.
Um Ciclone próximo a navios e plataformas.
O trabalho é tão complexo e detalhado que, em uma simulação de atracação de um navio no píer foram utilizados ventiladores que simulam a ação dos rebocadores e câmeras instaladas no convés que dão a mesma visão que o comandante ou o prático têm no momento da manobra.
Foram essas análises dos ensaios de manobras que possibilitaram determinar quais manobras podem ser realizadas pelas embarcações no Terminal Marítimo de Ponta da Madeira. Inclusive as obras de dragagem do porto serão beneficiadas com os estudos.
Para o projeto, foram feitas pesquisas com 11 mil fotografias técnicas, dezenas de horas de vídeo, 3 mil desenhos e mais de uma centena de documentos técnicos. Efetuou-se ainda a especificação, execução, acompanhamento, elaboração e interpretação das várias campanhas hidrográficas efetuadas no período de 1972 a 2003.
Em acervo construído ao longo de 25 anos de parceria, o projeto conta a totalidade das sondagens batimétricas, levantamentos correntométricos e sedimentométricos, sondagens geotécnicas e geofísicas.
É um exemplo de parceria de sucesso firmada entre uma empresa privada e uma instituição de ensino no Brasil. Trata-se de trabalho inédito e pioneiro no Brasil nestas proporções e visa atender às necessidades da empresa. O atual modelo físico servirá de base para os estudos de construção de novos píeres, como os do Porto de Itaqui.
TÚNEL DE VENTO DO IPT
O primeiro túnel de vento de camada limite atmosférica do Brasil foi inaugurado em meados de 2002, no campus do IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas, vinculado à Secretaria da Ciência, Tecnologia, Desenvolvimento Econômico e Turismo do Estado de São Paulo.
O deslocamento da poluição emitida, por exemplo, de uma chaminé de fábrica poderá ser monitorado com precisão, em três dimensões, pelo túnel. Um feixe de laser permite a visualização do deslocamento da fumaça em torno dos edifícios, tornando mais ágeis possíveis intervenções.
O projeto teve início em 2001 e foi desenvolvido por técnicos do IPT com apoio da Fapesp, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, contando com parcerias da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Cetesb) e do Instituto de Astronomia, e Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP.
Com 40 metros de comprimento e uma hélice gigante em uma de suas extremidades, o túnel é feito de madeira com estruturas metálicas. Possui janelas de vidro para tornar algumas seções visíveis. O equipamento é ferramenta para a indústria, para monitorar as oscilações de grandes estruturas civis e de eventos atmosféricos naturais. No seu interior podem ser produzidas correntes de vento que chegam à velocidade de 90 km/h.
O túnel permite o estudo dos efeitos de cargas de vento em soluções modernas de arquitetura; coberturas e estruturas de edifícios; torres de energia, telefonia e de alta tensão; pontes; navios e plataformas off-shore para exploração de petróleo; controle da poluição industrial, causada por automóveis em centros urbanos ou produto de queimadas na agricultura; manutenção de estradas à beira-mar, que sofrem com a areia carregada pelo vento.
O túnel de vento consolida a competência do IPT numa área tecnológica de ponta. Por isso ele foi escolhido pelo Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) - órgão do Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) - para ser o laboratório representante das Américas na elaboração de um padrão internacional de velocidade do ar.
TÚNEIS DE VENTO HIPERSÔNICO DO DCTA
O DCTA dispunha de dois TÚNEIS DE VENTO HIPERSÔNICO, T1 (de 6 m) e T2 (de 14 m), sendo mais conhecido o Túnel T2.
Ressalte-se que o Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial (CTA) passou, a partir do dia 18 de agosto de 2009, a ser denominado Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA).
Em 15 de ezembro de 2006, foi inaugurado o novo TÚNEL DE VENTO HIPERSÔNICO PULSADO, conhecido como T3, com 25 m de comprimento.
O Túnel T3 custou ao DCTA perto de R$ 2,5 milhões, que foram financiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Todos os componentes do túnel foram feitos por indústrias brasileiras. Se o T3 tivesse sido comprado de alguma empresa americana ou russa, os cientistas estimam que o preço teria chegado a US$ 100 milhões (aproximadamente R$ 210 milhões).
O novo Túnel T3 consegue aumentar o tempo de testes de 1,5 milésimo de segundo para 3 a 10 milésimos de segundo.
Ao lado de produzir um tempo de teste bem mais longo que o T1 e o T2, o que facilita os estudos de combustão hipersônica, uma outra grande vantagem do recém-inaugurado Túnel T3 está na possibilidade de ensaios de propulsão a laser, um conceito novo sobre o lançamento de micro e nanossatélites para a órbita terrestre, utilizando radiação laser.
No T2, pela primeira vez no mundo, conseguiu-se colocar em prática a teoria da redução do arrasto de um veículo (avião ou foguete) hipersônico por radiação eletromagnética, utilizando-se o LASER como fonte de energia.
(Clique na foto para ampliação)
Com a redução de arrasto comprovada, o próximo passo será obter a redução nas temperaturas enfrentadas em vôo, permitindo o uso de estruturas aeroespaciais mais leves e simples do que as, como exemplo, utilizadas pelo Ônibus Espacial americano, em que cerca de 65 % do peso corresponde ao combustível e ao oxidante.
Esse notável avanço com propulsão a laser foi divulgado em dezembro de 2003 no SISBEP no Japão e foi alcançado em ensaio em um dos então dois Túneis de Vento do DCTA pelo grupo do Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica do Instituto de Estudos Avançados (IEAv).
O Túnel T2 é capaz de gerar uma velocidade de escoamento de ar de até 5 km/segundo, entre Mach 6 e Mach 25. Também é conhecido como Túnel de Choque e pode simular o escoamento de ar rarefeito que um satélite artificial encontraria em uma órbita de baixa altitude. Também simula a reentrada de um veículo espacial na órbita terrestre.
Pode-se reproduzir as condições de vôo, ajustando-se as condições de escoamento hipersônico, tais como temperatura, velocidade e pressão.
Dentro de um dos dois Túneis de Vento do DCTA.
(Foto DCTA)
O DCTA obteve verbas para modernizar seu Túnel de Vento T2 graças à conquista de parceria com o setor privado. Entre outras, a Embraer procura aumentar a produtividade e a confiabilidade de seus ensaios em túnel de vento.
Modelo de um ERJ 170 passando por ensaio
aerodinâmico em Túnel de Vento do DCTA.
(Foto DCTA)
Com a modernização do T2, a Embraer aumentou a confiabilidade dos ensaios realizados em túnel e diminuir em 30 % o tempo dos testes. O tempo médio gasto nos ensaios feitos no antigo túnel era de 1.000 horas.
Assim, o trabalho passou a ser feito, em alguns casos, na metade do tempo. Em outubro de 2005, a Embraer começou uma bateria de ensaios no T2 do seu novo jato executivo, o VLJ.
A utilização de tecnologias como o túnel de vento permitiram à Embraer reduzir o tempo de desenvolvimento dos seus aviões. Em 1996 a empresa levava até 14 meses para fazer montagem completa do jato ERJ-145, com uma produtividade por empregado de US$ 40 mil.
Em 2004 o ciclo de produção do jato foi de 3,1 meses e a receita por empregado atingiu US$ 243 mil. O Embraer 170 tem um ciclo de 4,3 meses. Em 2002, era de 8 meses.
Historicamente, a Embraer absorve cerca de 85 % do tempo de utilização dos túneis do DCTA. O projeto do jato regional ERJ-145, de 50 passageiros, realizou cerca de 4.000 horas de ensaios no túnel do CTA.
A nova família de jatos regionais da empresa, 170/190, realizou grande parte dos ensaios em túneis transônicos (que operam em limites próximos a velocidade do som) estrangeiros, de Países como a Rússia, Holanda, França e EUA.
O Brasil não possui um túnel transônico para operar em escala industrial. O CTA desenvolveu um protótipo de túnel transônico. Porém, o projeto (de 10 anos) não foi levado adiante por falta de recursos. A tecnologia de túnel transônico está disponível hoje apenas em 6 Países (China, EUA, França, Alemanha, Rússia e Holanda).
Orçado em US$ 80 milhões, o projeto do túnel transônico do DCTA reduziria a dependência externa do Brasil para a realização de ensaios de projetos estratégicos como os da Embraer e os riscos de espionagem.
A indústria aeronáutica não é a única usuária do túnel de vento do DCTA. Empresas como a Avibrás e outras dos setores de construção civil, eletroeletrônico, automobilístico, naval e plataforma de perfuração de petróleo também se valeram do túnel do DCTA para qualificarem seus projetos de acordo com padrões internacionais de qualidade.
O TÚNEL DE VENTO HIPERSÔNICO PULSADO
Com duração prevista de 4 anos, o projeto nacional de um motor hipersônico do tipo SCRAMJET (ver abaixo), que é um motor de propulsão aspirada, previa a construção de um novo TÚNEL DE VENTO HIPERSÔNICO PULSADO (com tempo de teste curto) no Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA).
Este novo túnel foi inaugurado em 15 de dezembro de 2006 e passou a ser o maior da América Latina. Trata-se do novo Túnel T3 do DCTA.
(Clique na foto para ampliação)
O Túnel T3 conseguiu aumentar o tempo de testes de 1,5 milésimo de segundo para 3 a 10 milésimos de segundo. Sua seção de testes pode abrigar modelos maiores porque tem o dobro do tamanho do T2, que tem uma seção de testes de 300 milímetros de diâmetro.
Vista aérea da entrada do DCTA.
(Foto DCTA)
A visualização de fenômenos fica mais clara, pois há novas possibilidades para capturar todos os fenômenos resultantes da combustão.
O processo de combustão acontece em um período de apenas 3 milésimos de segundo, desde o início da interação do ar com o modelo ou veículo estudado até a combustão propriamente dita, incluindo a mistura do hidrogênio com o ar.
INAUGURADO O T3
As partes principais do maior TÚNEL DE VENTO HIPERSÔNICO PULSADO da América Latina chegaram a Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do IEAv, do agora Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), em 18 de outubro de 2006.
O dispositivo, capaz de produzir escoamentos de ar com velocidade de até 25 vezes a velocidade do som (número de Mach 25), foi inteiramente projetado no IEAv e seus componentes construídos por empresas nacionais.
Modelos ou componentes de veículos hipersônicos com até 1 metro de comprimento poderão ser ensaiados na seção de testes do novo túnel.
O T3 tem 25 m de comprimento por 15 cm de diâmetro e fica em um dos laboratórios do DCTA, do Comando da Aeronáutica.
Utilizando ondas de choque para comprimir e aquecer o ar atmosférico, simulando assim as altas temperaturas e pressões encontradas por uma aeronave em vôo hipersônico, o Túnel de Vento T3 é utilizado para projetos de interesse do Comando da Aeronáutica (Hipervelocidade e Propulsão com Ar Aspirado) e do Programa Espacial Brasileiro (Veículo Lançador de Satélites - VLS e Satélite Recuperável Atmosférico – SARA).
Uma perspectiva do Túnel T3 do DCTA.
(Arte DCTA)
O Túnel T3 foi inaugurado e entrou em operação experimental em 15 de dezembro de 2006, e em operação plena em 15 de janeiro de 2007, ampliando a capacidade de simulação experimental do DCTA.
Financiado com recursos da FAPESP, o túnel T3 incorporou a experiência acumulada no projeto, construção e operação de seus predecessores, os túneis hipersônicos T1 e T2 de menor porte, ambos no IEAv. Incorporou ainda características inéditas que viabilizam o estudo da interação de pulsos laser de altas energias com o escoamento hipersônico de ar.
Hoje, não passam de 10 os países do mundo que têm túneis de vento hipersônico, como EUA, Rússia, Alemanha e Austrália. No Japão, está sendo montado o maior túnel do mundo, com cerca de 100 m de comprimento.
FUNCIONAMENTO DO T3
Ao lado de produzir um tempo de teste bem mais longo que o T1 e o T2, o que facilita os estudos de combustão supersônica, uma outra grande vantagem do Túnel T3 está na possibilidade de ensaios de propulsão a laser, um conceito novo sobre o lançamento de micro e nanossatélites para a órbita terrestre, utilizando radiação laser.
O comprimento do T3 é de 25 metros e é composto de 3 componentes básicos: uma região de alta pressão, chamada driver; uma região de baixa pressão - driven; e a sessão de testes onde é colocado o modelo, em escala reduzida, do veículo hipersônico a ser estudado.
Para separar os gases das regiões de alta e baixa pressão, um disco de metal, ou diafragma, é colocado entre o driver e o driven. Um outro diafragma também é colocado para separar o driven e a sessão de testes, conhecida como tanque de exaustão.
No driver é inserido gás hélio a 5 mil libras de pressão, enquanto no driven é colocado ar atmosférico em pressões baixas. Na sessão de testes onde fica o modelo, todo o ar é retirado para que o tanque de exaustão funcione a vácuo, acelerando o estabelecimento do escoamento sobre o modelo.
Para iniciar os experimentos, o diafragma que separa o driver do driven é rompido, de modo a criar uma onda de choque que aquece e pressuriza o ar, acelerando-o para cima do modelo e simulando a condição ideal de uma aeronave em vôo hipersônico.
O equipamento produz escoamentos de ar com velocidade 25 vezes maior que a velocidade do som. Assim, pode-se simular o vôo de um veículo em um único estágio, desde quando sai da superfície até chegar à órbita terrestre.
SIMULAÇÃO
O T3 reproduzirá as condições que aviões e naves espaciais enfrentam em vôos hipervelozes - de 8,5 km/s (25 vezes a velocidade do som) - e abrirá caminho para a criação de aeronaves mais leves, mais baratas e mais rápidas.
O túnel de vento testa veículos aéreos sem fazê-los voar. Uma versão reduzida da nave é colocada numa extremidade do túnel. O veículo fica parado. O ar é jogado contra ele a velocidades altíssimas, o que faz com que passe pelas mesmas situações de um vôo.
Os ventos são chamados de supersônicos quando superam a velocidade do som (340 m/s no nível do mar). Se passam de 6 vezes a velocidade do som, são hipersônicos.
Esse tipo de observação permite saber que formato uma espaçonave deve ter e com que material deve ser construída. Se não tiver a aerodinâmica certa, a nave pode ricochetear de volta para o espaço ao tocar a atmosfera da Terra. Se não for feita com o material adequado, pode derreter ao entrar na atmosfera.
LEIS DA FÍSICA
Os ventos hipersônicos sopram no T3 sem a necessidade de motores. Tudo se dá pelas leis da física. Numa ponta do túnel, os cientistas comprimem gás hélio. No tubo vizinho, colocam ar seco - o mesmo que respiramos. Na outra ponta, dentro do vácuo, instalam a réplica do avião ou do veículo espacial.
Os cientistas começam o experimento fazendo com que o hélio quebre a “porta” que o separa do ar seco. Por causa da força da descompressão, o hélio empurra o ar com toda força pelo túnel e quebra a segunda “porta”. O ar então atinge a nave a velocidades hipersônicas. O atrito do choque do ar com o veículo espacial faz com que a temperatura dentro do túnel suba a cerca de 7.500° C.
Por causa da velocidade hipersônica, tudo é muito rápido. O ensaio dura frações de segundo. Sensores dentro do túnel medem a pressão, o calor e a ionização, entre outros. As imagens são captadas por uma câmera especial que tira 2 milhões de fotos por segundo.
MOTOR HIPERSÔNICO BRASILEIRO
A tecnologia de motores hipersônicos, uma das áreas de pesquisa eleitas pelo Ministério da Defesa e o Comando da Aeronáutica como prioritárias e estratégicas para o país, conta com o T3 como incentivo para avançar no projeto do motor hipersônico brasileiro
Ressalte-se que, além da aplicação em aviões, os motores hipersônicos também poderiam ser utilizados nas futuras gerações de mísseis e foguetes brasileiros.
O primeiro protótipo do motor SCRAMJET (contração de Supersonic Combustion Ramjet) brasileiro já está pronto, mas os pesquisadores ainda trabalhavam no desenvolvimento do sistema de injeção de hidrogênio gasoso no motor.
As pesquisas sobre a tecnologia dos motores do tipo SCRAMJET, também conhecidos como motores de propulsão aspirada, são lideradas hoje pelos EUA. Trata-se do teste feito com o X-43A Hyper-X (2) da NASA, a primeira aeronave hipersônica do mundo.
O primeiro teste do motor brasileiro em túnel hipersônico foi realizado em setembro de 2006.
O Hipersônico Hyper-X.
(Arte NASA)
Antes de ser testado em vôo, o modelo experimental do agora Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) passará a partir de outubro de 2009 por uma bateria de ensaios no novo túnel de vento hipersônico e na bancada de ensaio de câmaras de combustão supersônica do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) em Cachoeira Paulista.
O Comando da Aeronáutica, principal incentivador das pesquisas em hipervelocidade no Brasil, investiu cerca de R$ 2,3 milhões no projeto do motor SCRAMJET, conduzido pelos pesquisadores do Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica do IEAv.
O valor inclui toda a parte de instrumentação dos laboratórios, ensaios no túnel de vento hipersônico existente, construção de modelos experimentais e de câmaras de alta velocidade.
A FAPESP também destinou R$ 2,5 milhões para pesquisa em 4 anos e a FINEP avalia uma participação nesse desenvolvimento - por volta de R$ 3 milhões - que envolve a construção da infra-estrutura necessária para o vôo do motor em uma câmara blindada.
A aprovação do projeto pela FAPESP complementará os esforços em andamento no DCTA para demonstrar a viabilidade da construção de veículos capazes de voar 6 vezes a velocidade do som.
O que se almeja para o futuro é a construção de um avião capaz de dar a volta ao planeta em poucas horas sem precisar queimar combustível fóssil.
Efeito do Scramjet do X-43A.
(Arte NASA)
O veículo utilizará o próprio ar atmosférico como oxidante, ou seja, para a queima do hidrogênio líquido (combustível). E só levará o oxigênio necessário para a queima do combustível no trajeto fora da atmosfera terrestre.
A nave brasileira com a tecnologia de propulsão com ar aspirado já começa a exisitr além do papel. Será um veículo não-tripulado com objetivo de colocar satélites em órbita. Batizado de 14-X, deverá voar até 2015, com atraso de 3 anos. Trata-se de óbvia referência ao 14 Bis de Santos Dumont, o primeiro avião da história.
Modelo de 80 cm do 14X Hipersônico
em ensaio de vento no T3.
(Foto FAB)
FONTES & LINKS
DCTA
IEAv