Tunel de Viento

“UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA” FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FISÍCAS Y FORMALES

INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA-ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA LABORATORIO DE TERMOFLUIDOS

TUNEL DE VIENTO

DOCENTE: Ing. Velásquez Salinas Jorge  ALUMNO: Vásquez Eguiluz, Renzo Renzo GRUPO 03 HORARIO LUNES 10 AM -12 PM

 AREQUIPA –  AREQUIPA –PERU PERU

TUNEL DE VIENTO 1.

OBJETIVO

Conocer el funcionamiento y las aplicaciones industriales del túnel de viento Reconocer los componentes y sus funciones en el módulo del túnel de viento Estudio y conocimiento de la caracterización del túnel de viento, centrándose en las pérdidas de carga del flujo a través de las tuberías y elementos del túnel de viento. 2.

MARCO TEORICO

Un túnel de viento es una instalación donde gracias a la tecnología más avanzada y a 4 turbinas de alta potencia se genera un flujo continuo de aire vertical regulable. Esto permite a cualquier persona, recrear la sensación de la caída libre, en un espacio seguro y supervisado en todo momento por instructores altamente cualificados. El túnel de viento es el sistema de simulación por excelencia, y aunque su funcionamiento es más complejo de lo que parece, se basa en conceptos bastante simples que se explican a continuación. En un túnel de viento, el objeto permanece estacionario mientras se fuerza el paso de aire o gas alrededor de él. El aire se sopla o aspira por medio de una turbina o ventilador a través de un conducto equipado con una ventana y otros aparatos en los que los modelos o formas geométricas se montan para el estudio. Después se utilizan varias técnicas para estudiar el flujo de aire real alrededor de la geometría y se comparan con los resultados teóricos, que también deben tener en cuenta el número de Reynolds y el número de Mach para su régimen de funcionamiento. En su topología más elemental, un túnel de viento es una instalación formada por un conducto tubular de sección arbitraria y regular, capaz de someter al modelo bajo ensayo a un flujo fluido con determinadas propiedades, con tal de caracterizar los fenómenos producidos durante su interacción. La experimentación en túneles de viento resulta a menudo el método más rápido, económico y preciso para la realización de estudios aerodinámicos; ofrecen capacidades de trabajo con modelos a escala en fases iniciales de desarrollo, representan enteramente la complejidad del comportamiento de un fluido real, y proporcionan grandes cantidades de información fiable que sirve de base para diferentes decisiones de diseño.

2.1 COMPONENTES

1. Ventilador: Le entrega presión y velocidad al aire 2. Difusor: Disminuye la velocidad del flujo aumentando la presión para disminuir las pérdidas por fricción. La sección del cono de contracción se sitúa entre la zona de acondicionamiento y la cámara de ensayo. Su misión consiste en dotar al flujo, adecuadamente acondicionado, de la velocidad necesaria para realizar el ensayo. Tal aceleración es generada mediante una reducción gradual de su sección recta, produciendo así un incremento continuo y proporcional de la velocidad, reduciendo el grosor de la capa límite en cámara de ensayo y evitando la formación de vórtices. Se observa mediante la ecuación de Bernoulli para fluidos ideales, que el incremento de velocidad a la salida de esta sección, va acompañado de una reducción de presión de la misma. La etapa del difusor se sitúa a continuación de la sección de test, realizando la tarea opuesta que ejecuta el cono de contracción, disminuye la velocidad e incrementa la presión del flujo, mediante un aumento progresivo de su sección recta, posibilitando así el uso de propulsores menos potentes para mantener la velocidad del flujo. El cono de contracción y el difusor resultan secciones críticas de diseño de instalaciones de túnel de viento, debido a su misión de asegurar que el flujo posea unas características de velocidad óptimas en la cámara de ensayo. 3. Cámara de Laminarizacion: Usa paneles de nido de abeja y mallas finas que deben reducir las fluctuaciones de velocidad del aire (< 0.3 %). Esta sección tiene por propósito dotar al flujo de los parámetros de calidad necesarios (dirección, turbulencia, perfil de velocidades, etc.) para una correcta realización del ensayo. Tal acondicionamiento se consigue haciendo circular el fluido a través de una serie de dispositivos que le confieren una turbulencia isótropa (la fluctuación media del corriente turbulento es igual en todas direcciones, incluso en escalas de longitud pequeñas) y eliminan los vórtices de mayor tamaño, dejando pasar únicamente aquellos de pequeña magnitud que se extinguirán rápidamente en secciones posteriores 4. Contracción: Aumenta la velocidad del aire y concentra el flujo en la entrada de la sección de ensayos. 5. Sección de ensayos: Aquí colocamos los modelos y todos los instrumentos necesarios para realizar las mediciones.

2.2 FUNCIONAMIENTO

El aire es soplado o aspirado a través de un conducto equipado con rejillas estabilizadoras al comienzo para garantizar que el flujo se comporte de manera laminar o con obstáculos u otros objetos si se desea que se comporte de forma turbulenta. Los modelos se montan para su estudio en un equipo llamado balanza a la cual están adosados los sensores que brindan la información necesaria para calcular los coeficientes de sustentación y resistencia, necesarios para conocer si es factible o no emplear el modelo en la vida real. Además son empleados otros dispositivos para registrar la diferencia de presiones en la superficie del modelo en cuestión. Los resultados prácticos deben ser comparados con los resultados teóricos, teniendo fundamentalmente en cuenta el Número de Reynolds y el Número Mach que constituyen los criterios de validación en las pruebas con modelos a escala.

2.3 TUNEL DE VIENTO VERTICAL

Los túneles para uso científico o para investigación en aerodinámica eran de tipo horizontal, sin embargo el túnel de viento de WINDOOR es de tipo vertical. ¿Cuál es la diferencia? Mientras los túneles horizontales se han usado para aerodinámica así como para la automoción, los verticales se inventaron para el perfeccionamiento del diseño de las bombas de caída, la investigación aerodinámica de ciertos aspectos del vuelo (bombardeo en picado) para mejorar los aviones en condiciones de pérdida (stall) y, finalmente, como en nuestro caso, para el entrenamiento de paracaidistas. En un túnel de viento vertical el flujo de aire se genera y dirige de manera que pasa por la cámara en sentido vertical y hacia arriba, de manera que cualquier objeto situado en la cámara compensará la gravedad con la velocidad ascendente del flujo de aire, permaneciendo estático en ella. Así pues, la cámara recibe el nombre de “cámara de vuelo”. Los túneles verticales para simulación de caída libre iniciaron su andadura en Estados Unidos en los años 80 y han ido extendiéndose por el mundo conforme el deporte del paracaidismo requería de más instalaciones para entrenamiento. El primer túnel de Europa fue Bodyflight Bedford, aprovechando una vieja instalación militar, el cual con sus 16.4 pies es todavía el más grande de los instalados en el viejo continente.

2.4 IMPORTANCIA

La información que los ingenieros buscan obtener al realizar ensayos de la aerodinámica del coche incluye al menos alguno o, si es posible, todos los siguientes aspectos: • Coeficientes aerodinámicos totales, como Lift (y su r eparto entre el eje delantero y trasero del vehículo), Drag, etc. • Distribución de presión en la superficie del coche.

• Visualización del flujo a lo largo del vehículo para localizar los puntos de separación de flujo (por ejemplo mediante el uso de inyectores de humo que permiten ver las líneas de corriente sobre el chasis).  A pesar de que existe mucha otra información que sería deseable obtener, en la Fórmula 1 habitualmente no hay tiempo más que para estudiar los aspectos mencionados. Cada uno de los tres métodos comentados para obtener estos datos sobre la aerodiná- mica del vehículo tiene ventajas y desventajas y, por ello, la solución adoptada por los equipos suele ser una combinación de varias de estas herramientas. Por supuesto, aparte de consideraciones técnicas, también se tiene en cuenta para la elección de un método u otro. El uso de técnicas computacionales para el diseño y ensayo de la aerodinámica de coches de competición es relativamente reciente y, aunque su evolución es muy prometedora, en la actualidad exige una gran especialización en el personal que la utiliza, puesto que las simplificaciones que incorporan los modelos de ordenador hacen necesario un elevado conocimiento de estas técnicas para la correcta interpretación de los resultados. Esto es debido a la tremenda complejidad de las ecuaciones que rigen la Mecánica de Fluidos, lo que obliga a la aerodinámica de Fórmula 1 a ser una ciencia predominantemente empírica. Sin embargo, si se realizan comprobaciones de la correlación de los ensayos por ordenador con los ensayos sobre el coche real y se adoptan las correcciones necesarias en los modelos para mejorar dicha correlación, las técnicas computacionales se convierten en un complemento de gran utilidad, puesto que permiten ensayar multitud de modificaciones aerodino- micas sin necesidad de fabricarlas y ensayarlas en el túnel o en un circuito. 2.5 CLASIFICACION TUNEL DE VIENTO ABIERTO

En la cámara de pruebas, se genera una corriente de aire de velocidad controlada, el sistema de propulsión (ventilador y el equipo regulador), se encarga de hacer circular el aire. Consta así mismo de difusores cuya función es uniformizar la corriente de aire. La contracción disminuye la sección de forma suave hasta la cámara de pruebas, acelerando la corriente hasta la velocidad que ha de tener en ella, y cumpliendo funciones importantes desde el punto de vista de la calidad de la corriente, como son el disminuir el nivel de turbulencia y el mejorar la uniformidad del perfil de velocidades y la dirección de la corriente. Al ser un túnel de circuito cerrado, es necesario forzar a la corriente a realizar giros, pero de manera ordenada, sin elevar más allá de lo razonable la pérdida de carga ni introducir perturbaciones en la corriente. TUNEL DE VIENTO CERRADO

En este caso el flujo que sale no recircula directamente por el túnel. Generalmente presenta las mismas partes que en el túnel de circuito cerrado. Se definen en túneles tipo soplador, donde son impulsados por un ventilador centrífugo, y tipo succión donde se emplea un ventilador axial

POR LA VELOCIDAD DE FLUJO

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Subsónico.

• 

Transónico.

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Supersónico.

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Hipersónico.

2.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS

Circuito Abierto: Menor costo de producción Circuito Cerrado: A través del uso de esquinas y mallas, la calidad del flujo se puede controlar y es independiente de otras actividades dentro del edificio y condiciones climáticas. Requiere de menos energía para un tamaño definido de la cámara de pruebas y velocidad. (Esto es significativo si el tiempo de operación es elevado) Menor ruido cuando se encuentra en operación DESVENTAJAS

Circuito Abierto: Para un tamaño dado y una velocidad definida el túnel requiere de mayor energía para funcionar. En general los túneles de viento de circuito abierto tienden a ser ruidosos. Circuito Cerrado: El costo de construcción es mayor debido a los ductos de retorno y a los acondicionadores en las esquinas. Si se usa continuamente para visualización de flujo, se debe implementar un sistema de purgado para evacuar la recirculación de humos. Si se trabaja por tiempos prolongados es necesario adecuar un sistema de refrigeración.

3.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Determinar mediante la observación detallada el tipo de equipo así como el tipo de ventilador centrífugo que posee, análisis de sus respectivos (anexos), principales características de construcción y toma de datos de placa. Observar y determinar los parámetros de operación del termómetro Observar y determinar los parámetros de operación de los manómetros

Observar el banco de pruebas y determinar de qué tipo es el ventilador, proceder a un análisis de su funcionamiento. Observar los parámetros de funcionamiento del ventilador centrífugo asi como la toma de datos Revisión del sistema del ventilador centrifugo.

1.

Verificar el correcto abastecimiento de energía eléctrica

2.

Verificar que la válvula de descarga de flujo este cerrada

3.

Verificar que el sistema este debidamente calibrado

4. Verificar que el banco de prueba para ventiladores centrífugos tenga el nivel de flujo adecuado para evitar la succión del sistema.

4.

RESULTADOS

- Datos recogidos en el banco de ensayos en las unidades pertinentes: potencia consumida [kW], presión diferencial en manómetro inclinado [mm c H2O], presión a la salida del ventilador [mm c H2O], velocidad de accionamiento [rpm], presión atmosférica y temperatura ambiental, etc. (ver tabla del anexo). - Operaciones necesarias para la obtención de las variables de funcionamiento del ventilador: caudal [m3/s], presión total [Pa], potencia absorbida [kW] y rendimiento [%], las cuales se expondrán en una tabla de resultados.

5.

CONCLUSIONES

Mediante el desarrollo de la práctica se pudo determinar que a menores frecuencias se puede llegar a aumentar ligeramente la velocidad en este caso se pasó de 60 a 50 Hz con un ligero aumento de velocidad En la industria automotriz la aerodinámica utilizando la tecnología de los túneles de viento es un campo muy prometedor para poder aumentar la velocidad sobre todo para autos de competencia y los deportivos Los túneles de viento poseen muchas aplicaciones en diferentes industrias por ejemplo estos son muy importantes para el diseño de carros, puentes, perfiles. Es muy común utilizar glicerina evaporada en prácticas experimentales de túneles de viento ya que está permite observar el comportamiento del aire ya que debido a sus

propiedades lo hace visible al ojo humano haciendo fácil ver las zonas donde se genera turbulencia El circuito abierto es más utilizado para aplicaciones industriales pequeñas debido a su reducido costo y en cambio el circuito cerrado se utiliza para industrias más grandes debido a que la calidad del flujo se puede controlar y es independiente de otras actividades a pesar de su precio

6.

BIBLIOGRAFIA

https://www.windoor-realfly.com/es/contents/:slug-3 https://ingaeronautica.wordpress.com/2010/10/18/tunel-de-viento-2d/ https://www.muyinteresante.es/curiosidades/preguntas-respuestas/ipara-que-sirve-eltunel-de-viento https://www.icai.es/contenidos/publicaciones/anales_get.php?id=1383