SolidWorks Brasil

O Projeto Stratos: Uma Queda Livre Gigante para a Humanidade

 

Olhe para o céu! É um pássaro! É um avião! É ... é Felix Baumgartner quebrando o recorde mundial de paraquedismo da borda do espaço.

 

No dia 14 de Outubro, em Roswell, Novo México, o projeto Red Bull Stratos trouxe Felix Baumgartner de 128.120 pés acima da terra (cerca de 39km de altura) em um balão estratosférico onde ele registrou um recorde de queda livre antes de abrir o paraquedas com segurança (você pode recordar que escrevemos um artigo a respeito disso mais cedo nesse ano). Tirando o acesso para o Livro Guinness dos Recordes, a primeira pergunta que vem a mente é por quê? Turismo espacial.

Basicamente, a missão foi criada para medir a reação humana ao meio ambiente que, por sua vez, vai construir a base para sistemas de escape no espaço para turistas e pilotos. Os objetivos da missão incluem insights para desenvolver a próxima geração de roupas espaciais focadas em melhorar a mobilidade e clareza visual, explorar efeitos da aceleração e desaceleração supersônica no corpo humano além de estabelecer protocolos para a exposição a altas altitudes e acelerações.

O SolidWorks deixou a sua marca em dois aspectos cruciais do Stratos: a cápsula e o capacete. O membro da equipe e engenheiro mecânico Brandon Arroyo mencionou que o CAD SolidWorks foi usado para projetar muitos dos componentes mecânicos da cápsula e no projeto dos barramento de energia. O capacete, criado pela empresa David Clark Co., localizada em Worcester, MA, EUA, foi construído em torno de um SLA de tamanho completo, e incluiu moldagem por injeção, bem como peças de espuma de poliestireno de alta densidade.

Se você gosta de registros de recordes mundiais, aqui estão os resultados, para que você fique atualizado com as conquistas mais recentes de Baumgartner:

• Velocidade supersônica em queda livre: em uma média de 1340 quilômetros por hora, Baumgartner é a primeira pessoa a quebrar a velocidade do som (Mach 1) em queda livre, sem ajuda mecânica.
• Queda livre de maior altitude: Baumgartner saltou de 128.120 pés acima do nível do mar (recorde anterior: 102.800 pés).
• Vôo mais alto de balão tripulado: O balão aeroespacial atingiu uma altura de 128.120 pés (recorde anterior: 113.740 pés).

Isso levanta uma questão, quantos Red Bulls você precisa tomar para fazer o salto a 128.120 pés, quebrando a barreira do som, a 1340 km/h? Todos.

Imagem: Red Bull Content Pool

Simulação do Supersonic Sky Diving com o SolidWorks

Li sobre a tentativa do Felix Baumgartner de obter o recorde mundial de queda livre mantido há 50 anos por Joseph Kittinger. Felix pretende saltar de uma cápsula presa a um balão de hélio a 120.000 pés (ou 36.500 metros), e a grande questão que ninguém pode prever é se ele saltará de um avião supersônico. Pessoalmente, acho que a grande questão é por quê. O SolidWorks não pode responder por quê, mas pode esclarecer a questão da queda livre supersônica. O truque de qualquer análise é o princípio KISS, Keep It Simple Stupid (Não complique, seu idiota), portanto vamos começar com um pouco de física da escola, ignorar a resistência do ar e supor uma velocidade inicial de zero. Essas equações de movimento se tornam simples para nos dar uma solução para a velocidade e altitude do Felix.

Examinando os primeiros 40 segundos do salto de Felix na tabela 1, sem resistência do ar, podemos ver que sua velocidade aumenta de forma impressionante e rapidamente quebra a barreira do som. Agora a velocidade do som muda com a altitude, mas conforme o paraquedista cai, a resistência do ar aumenta. Então, o que vem primeiro, a barreira do som ou a velocidade final do paraquedista?

Tempo	Velocidade (m/s)	Altitude	Velocidade aprox. do som (m/s)	Comentários
0	0	36.500	310,1
10	98,1	36.086	310,1
15	147,15	35.472		Fluxo subsônico
20	196,2	34.614	306,5
25	245,25	33.510
30	294,3	32.162	303,0	Fluxos transônicos
32.5	318,8	31.395
35	343,35	30.567		Fluxo supersônico
40	392,4	28.728	300,4

Vamos tirar o Jimmy do enigma da lata de cerveja e colocar um capacete de pressão e um paraquedas (sim, sei que ele parece o "Rocket Man" da década de 1950, mas permita-me) e colocá-lo à prova. A força de resistência contrária que Jimmy experimentará será influenciada por sua posição, portanto suponhamos uma posição de barriga para baixo estável (Fig. 1). Mais uma vez, peço que me perdoe, porque não sou paraquedista e a posição pode estar um pouco errada.

Figura 1 - Paraquedista estável de barriga para baixo.

 

Ao cair, Jimmy sentirá duas forças opostas;

Uma força de aceleração F_g = mg

E uma força de resistência contrária F_d = C_d 1/2ρV²A

Portanto, a questão é: será que Jimmy alcançará a velocidade do som? É hora de acionar o SolidWorks Flow Simulation e fazer um rápido cálculo. Vejamos qual é o fluxo de ar em volta de Jimmy depois de 25 segundos de queda livre. Nesse momento, ignorando a força de resistência, Jimmy ainda deve estar na velocidade subsônica, mas podemos ver pelos resultados que essas áreas locais de fluxo supersônico são desenvolvidas conforme o fluxo se acelera em torno de Jimmy. Depois de 25 segundos de queda livre (supondo que os pesos de Jimmy e do kit sejam de 100 kg) nosso equilíbrio de forças seria o seguinte:

Uma força de aceleração F_g = 981N

E uma força de resistência contrária F_d = 215N

Portanto, Jimmy ainda está acelerando.
 

Agora, vejamos Jimmy depois de 32,5 segundos de queda livre, quando nosso cálculo simples estima que ele entraria na velocidade supersônica.

Ignorando os efeitos da resistência à queda livre do Jimmy a velocidade supõe um número de Mach sempre crescente. Mas depois de três voltas em velocidades e altitudes diferentes, temos dados suficientes para calcular o efeito da resistência do ar na velocidade de queda livre.

Com os dados do SolidWorks Flow Simulation, podemos prever que a velocidade máxima estimada da queda livre de Jimmy permanece abaixo da velocidade do som. Jimmy seria capaz de aumentar consideravelmente sua velocidade de queda livre se adotasse uma posição "de cabeça para baixo", mas esse cálculo fica para outro dia.

Então, na próxima vez que você decidir quebrar o recorde de velocidade, estude a física primeiro com o SolidWorks Simulation.

Definir a Garantia dos Produtos Ficou Mais Fácil com o SolidWorks Simulation

 

Você já pensou em como definir a garantir de um projeto é difícil? Geralmente este é um tipo de definição proveniente de outros departamentos dentro de uma empresa, e que chega para a equipe de engenharia como uma especificação do produto. Mas como definir isto?

 

Uma das ferramentas que ajudam a definir corretamente a vida útil de um produto é o SolidWorks Simulation. Ele contém um tipo de estudo especial chamado Estudo de Fadiga. É observado que o carregamento e descarregamento repetido enfraquece objetos ao longo do tempo mesmo quando as tensões são consideravelmente menores que a tensão limite (antes do escoamento) do material. Este é o fenômeno conhecido como Fadiga.

Através do estudo de Fadiga do SolidWorks Simulation, os usuários podem evitar falhas de cargas cíclicas ou repetitivas, além de estimar e/ou otimizar a vida útil de um produto. Caso você esteja preocupado com a possibilidade de quebra prematura, e/ou definir a vida útil (garantia) do seu projeto, você pode utilizar a Verificação de Fadiga como um primeiro verificador do seu projeto, sem se preocupar tanto com muitas variáveis do estudo.

 

O SolidWorks Simulation guia o usuário através de escolhas simples que definem características como acabamento superficial, fator de carregamento (axia, torsão, cisalhamento), além do tipo de carregamento. A Plotagem de verificação de fadiga alerta quando determinadas regiões do modelo provavelmente falharão devido a repetidos carregamento e descarregamento por tempo infinito. Se regiões do seu modelo são exibidas em vermelho, você deve configurar um estudo de Fadiga, que poderá guia-lo mais a fundo nos conceitos de Fadiga.

No caso da figura abaixo, nota-se que existem problemas potenciais com o projeto que requerem uma atenção maior a partir de um estudo de fadiga.

 

Descubra o Novo Módulo de HVAC da DS SolidWorks

 

O novo módulo de projeto HVAC do SolidWorks Flow Simulation (abreviatura em inglês para Calefação, Ventilação e Ar-Condicionado) avalia o deslocamento de ar e gases em ambientes de trabalho e residenciais. O benefício para as empresas é grande: prever e otimizar o controle do fluxo de ar e de temperatura nos seus projetos em 3D do SolidWorks.

 

Já vimos aqui no Blog da DS SolidWorks Brasil que o SolidWorks Flow Simulation é uma ferramenta potente que simplifica a dinâmica de fluídos computacional (CFD). Lançado oficialmente na versão 2011 do SolidWorks Flow Simulation, o novo módulo de HVAC inclui modelagem de radiação avançada, parâmetros de conforto, além de um vasto banco de dados de materiais de construção - muito importantes para a execução de um estudo completo. O conjunto de ferramentas permite que os engenheiros superem desafios de projetar sistemas eficientes de ventilação, resfriamento e calefação.

O módulo conta com ferramentas específicas do setor e estão voltadas para engenheiros que projetam aparelhos de ar condicionado ou equipamentos de resfriamento de grande porte. As ferramentas são fáceis de usar, além de oferecer capacidades avançadas na área HVAC. Como toda a simulação de fluxo pode ser feita diretamente no SolidWorks, tarefas como alterações de projeto e variáveis avançadas podem ser obtidas no mesmo ambiente.