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3.4. ENSAIOS COM MODELOS REDUZIDOS DE HÉLICES 45
3.3.3 Rendimento ideal do hélice
O rendimento ideal do hélice é o rendimento máximo que pode ser obtido em fluido perfeito
com um hélice propulsor que não induza velocidade de rotação no fluido.
Num referencial em repouso no fluido, considere-se que o hélice avança com velocidade
V a , exercendo uma força propulsiva T . A potência efectiva do hélice é dada por
P E = T V a (3.17)
A perda de energia cinética axial por unidade de tempo é o fluxo de energia por unidade
de tempo através de um plano perpendicular à direcção de avanço, no infinito, a juzante.
Este fluxo de energia é calculado pelo produto do caudal mássico que se escoa pelo tubo de
corrente pela energia cinética específica,
E˙
p = ρ πD2
4 (V a + V 0 ) × 1 2 V ∞
2
ou seja, considerando a relação conhecida entre a velocidade no disco e na esteira no infinito,
E˙
p = ρ πD2
2 (V a + V 0 ) V0 2
(3.18)
O rendimento ideal do hélice propulsor será então dado por
η i =
T V a
T V a + ˙ E p
(3.19)
ou, considerando (3.13) e (3.18), e simplificando, ficamos com
η i = 1
1 + V 0
V a
(3.20)
3.4 Ensaios com modelos reduzidos de hélices
Apesar de o hélice ir funcionar numa esteira não-uniforme do navio, são realizados ensaios
para avaliação do seu desempenho numa esteira uniforme, recorrendo ao ensaio em águas
livres de um modelo à escala reduzida do hélice, em condições apropriadas de semelhança.
Neste ensaio, o chamado “open water test”, um modelo do hélice é deslocado com a velocidade
da avanço V a num fluido em repouso. O escoamento de aproximação deve ser tão uniforme
quanto possível. Durante o deslocamento do hélice este é posto a rodar por um pequeno motor
eléctrico à velocidade n (rps) pretendida. O ensaio realiza-se normalmente a uma velocidade
de rotação constante, ou seja, para um dado número de Reynolds.
As características propulsivas em águas livres, nomeadamente a força propulsiva T e o
binário Q, são medidas em regime estacionário de funcionamento. Depois de adimensionalizados,
os valores medidos da força propulsiva e do binário para vários regimes de funcionamento
constituem o “diagrama em águas livres” do hélice em questão.
A força propulsiva T e o binário Q disponibilizados por um hélice propulsor dependem de
várias variáveis:
- a velocidade de avanço V a ;