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Materiais e Forças de Atrito

Luiz Antônio Righi

Modelagem do veículo

• Formas de projeto:– Tentativa e erro– Projeto pré-determinado– Modelagem e experimentação científica

• Os três tipos se aplicam no EVE• Vamos destacar a metodologia científica• Começa pela quantificação das forças e

propriedades dos materiais

Materiais e técnicas

• Ferro, alumínio, madeira, bambu, plástico …• Resistência dos materiais• Propriedades: densidade , opacidade … • Técnicas de trabalho

– Corte– Furos, parafusos e rebites – Soldagem …. – Nós, emendas e colagens ….

Pesagem do EVE

• Pode-se pesar um EVE de duas maneiras:– Após construir e término do projeto; ou,– Antes de iniciar a construir o protótipo.

• A pesagem de projeto é a mais importante, e pode ser feita com uma tabela, que pode ser de conhecimento de toda a equipe, pois quanto mais cabeças pensando, maior é a chance de obter um bom resultado!

Arraste Aerodinâmico(Aerodinamic Resistance)

Hummer H2 SUV, CD=0,64

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuna, CD= 0,07

Fundamentos de mecânica dos fluidos • Força = pressão x área• Força de sustentação L• Força de arraste D (drag)• CD=coef. de arraste

Arraste aerodinâmico

Objeto CD

Aerofólio 0,05

Toyota Camry 0,28

Ford Focus 0,32

Honda Civic 0,36

Ferrari Testarossa 0,37

Dodge Ram pickup 0,43

Esfera 0,45

Hummer H2 SUV 0,64

Bicicleta 0,90

Pára-quedas (horizontal) 1,0

Placa Plana Circular 1,12

Simulação no ANSYS:

N711,02

1

m/s33,3km/h12kg/m2,1

m48,02227,0

2

3

2

vACF

v

AC

DD

D

2227,0DC

Sobre o arraste:

• Dependente dos acabamentos e detalhes• Podem ser feitos Maquetes ou Mock-ups para

ensaios em túneis de vento• Podem ser feitos testes de campo (+ eficaz)• Considerou-se o modelo em que a força é

dependente do quadrado da velocidade

22

2'2 KvKFD

Atrito de Rolagem(Rolling Resistance)

Pneu Verde: Por oferecer menor resistência à rolagem, ele contribui, em média, para uma redução de 5% no consumo e de até 15% na emissão de gás carbônico (CO2). A diferença principal está na aplicação de sílica na borracha, no lugar do costumeiro negro de carbono. No aspecto ecologicamente correto, esta sílica é extraída da casca do arroz. (http://extra.globo.com/noticias/economia/atrito-de-leve-10594723.html#ixzz31poks9kp)

Sobre o atrito nos pneus:

• Como é possível que um pneu tendo apenas 30 lb/pol² de pressão consiga suportar um carro com mais de 1 tonelada?

• Qual a força necessária para que um pneu role na rodovia? Qual é a perda num pneu?

• Por que os pneus esquentam quando o carro se movimenta, e quais os problemas decorrentes disto?

Força que um carro necessita para impulsionar seus pneus na estrada?

• Se a massa do carro for 1814 kg e os pneus tenham um coeficiente de atrito de rolamento igual a 0,015, – a força é igual a 1814 x 0,015, ou seja 27,21 kgf.

• A potência correspondente a esta força é igual à força vezes a velocidade. – A 121 km/h os pneus estão usando 11,8 cv– A 89 km/h os pneus consomem 8,7 cv.

• Toda esta potência está sendo transformada em calor. • A maioria vai para os pneus, mas parte dela vai para a

estrada (o pavimento também se deforma um pouco quando o carro rola sobre ele).

• É uma das maiores perdas de um EVE.

Contato pneu-solo

• Examine os pneus de um carro, e note que eles, de fato, não são perfeitamente arredondados.

• Existe um lugar plano na base onde os pneus se apoiam na pista. Este local plano é denominado contato pneu-solo.

• O pneu com pouca pressão, ou sobrecarregado, é menos arredondado do que o pneu inflado adequadamente.

Coeficiente de atrito de rolamento

Tipo de pneu Coeficiente de atrito de rolamento

Pneus com baixa resistência de rolamento

0,006 - 0,01

Pneus comuns para automóveis

0,015

Pneus de caminhão 0,006 - 0,01

Roda de trem 0,001

Pneu comum bicicleta BMX

http://en.wikipedia.org/wiki/Rolling_resistance

0,0055

Pneus PAC CAR II (6 bar) 0,00081

Rolling resistance of bike tires

http://www.terrymorse.com/bike/rolres.html

Medição do atrito de rolagem• Fazer algum protótipo bem simples (sem motor, sem carenagem ...)• Colocar e testar os freios, de preferência!• Pesar o “veículo” com piloto (massa bruta)• Escolher uma trajetória (descidinha) qualquer• Monitorar o percurso (tempo x distância), com reed switch e microproc. • Simular e ajustar o gráfico para o Cr. • Este teste já inclui geometria!!