Tecnologia Científica

Dinâmica de fluidos complexa pode explicar a hidroplanagem
Em um fenômeno conhecido como aquaplanagem, essa força pode se tornar grande o suficiente para levantar o veículo do solo.
Por American Institute of Physics - 02/03/2021


Configuração experimental para visualizar o fluxo de água nas ranhuras dos pneus, junto com alguns resultados de amostra. Crédito: Serge Simoens

Quando um veículo viaja em uma estrada molhada ou inundada, a água se acumula na frente do pneu e gera uma força de sustentação. Em um fenômeno conhecido como aquaplanagem, essa força pode se tornar grande o suficiente para levantar o veículo do solo.

Em Physics of Fluids, cientistas do CNRS, da Universidade de Lyon e do Grupo Michelin usam uma técnica de imagem a laser para estudar o fluxo de água na frente e através das ranhuras dos pneus .

Para neutralizar a aquaplanagem, os desenhos de piso são escolhidos para drenar a água da frente do pneu sem diminuir sua capacidade de aderir à estrada. Poucos estudos experimentais quantitativos do movimento da água através das ranhuras dos pneus foram feitos, portanto, pouco se sabe sobre os padrões exatos de fluxo nessas situações.

O único trabalho publicado anteriormente relatando medições quantitativas de velocidade em ranhuras de pneus foi feito com uma câmera de alta velocidade e sementes de milho usadas como traçadores de água. As sementes têm cerca de 1,5 milímetros de diâmetro, porém, e fornecem contraste pobre, portanto, as informações de velocidade dentro das ranhuras não eram utilizáveis ​​para uma análise de fluxo.

Atualmente, as pesquisas em aquaplanagem utilizam uma pista de testes equipada com uma janela transparente embutida no solo. A área acima está inundada e um pneu rolando sobre a janela é observado por uma câmera de alta velocidade .

Os pesquisadores desenvolveram uma abordagem mais sofisticada envolvendo partículas fluorescentes de semeadura para visualizar o fluxo e usaram uma folha de luz laser para iluminar a área. As partículas fluorescentes tinham apenas 35 mícrons de diâmetro, cerca de metade da espessura de um cabelo humano, com uma densidade próxima à da água .

"A primeira característica notável do fluxo dentro das ranhuras é a presença de filamentos ou colunas alongadas brancas", disse o autor Damien Cabut. "Isso indica a presença de uma fase gasosa, possivelmente bolhas de ar ou cavitação."

Existem duas fases nas ranhuras, líquida e gasosa, o que complica a análise. Os investigadores encontraram vórtices e bolhas em algumas ranhuras. Os autores mostraram que o número de vórtices dentro de um sulco está relacionado à relação entre a largura do sulco e sua altura.

"Um mecanismo de criação de vórtice pode estar ligado ao fluxo ao redor da borda afiada da costela do pneu. Este efeito é semelhante ao observado para asas delta em elevação aerodinâmica", disse Cabut.

A estrutura de fluxo nas ranhuras foi considerada semelhante para aumentar as velocidades do veículo quando as distâncias e velocidades foram dimensionadas corretamente. Isso pode ter implicações para a aquaplanagem.

Cabut disse que mais trabalho precisa ser feito para entender a formação de vórtices e o papel das bolhas nas ranhuras. A configuração experimental que desenvolveram será de grande ajuda nesse trabalho futuro.

 

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