Sin haceros esperar más, vamos con la segunda entrega de los túneles de viento. Ahora ya sabemos qué tipos existen y que son muy importantes para estudiar el comportamiento aerodinámico de los monoplazas de Fórmula 1. En esta entrega hablaremos sobre su funcionamiento y de la importancia de la precisión y exactitud de los ensayos. Será de vital importancia obtener datos que podamos comparar con la realidad, ya que este es el medio por donde se va a mover el monoplaza.
¿Cómo trabaja un túnel aerodinámico?
El aire es aspirado (o soplado) a través del conducto mediante el ventilador. Antes de llegar a la cámara de ensayos se instalan sistemas para uniformar el flujo y asegurar una buena calidad en la sección de ensayos. Para utilizar ventiladores de menor potencia y conseguir velocidades altas nos basamos en el principio de un tubo de Venturi; hacemos disminuir la sección antes de la cámara de ensayos y la aumentamos después de ella. Una vez el aire atraviesa el modelo, vuelve a hacer el mismo circuito de manera continua.
Debido a la viscosidad del aire, la sección de los túneles suele ser circular porque estos proporcionan un flujo más uniforme y laminado. La razón es que en las esquinas de una sección rectangular se produce una concentración del flujo y aparecen pequeños vórtices. A veces esto no es posible o es complicado de implementar cuando también se quiere suelo rodante. Además de esto, los acabados interiores también son muy importantes, deben ser muy lisos con el objetivo de reducir la fricción al máximo posible.
¿Qué información deseamos conocer?
Las magnitudes más importantes que queremos conocer serán la velocidad, la presión, las fuerzas y los momentos. Para conseguir esto será necesario tener controladas todas las variables termodinámicas: temperatura, presión, volumen y densidad. El nivel de control de estas variables depende de la calidad del túnel y evidentemente influirá en los resultados.
1. Velocidad: Es sin duda una magnitud importantísima que debemos conocer con mucha precisión. Aparece en algunas ecuaciones con factor mayor que uno, eso provoca que pequeños errores se conviertan en errores más grandes. Una manera de medirla es usar un tubo de Pitot. De hecho, se situarán los que sean necesarios para conocer el perfil de velocidades. También se podría medir la velocidad utilizando anemómetros de hilo caliente o tecnología laser. Para hacer ensayos de calibración se suelen usar peines de tomas de presión total.
2. Presión: La presión es una magnitud estrechamente relacionada con la velocidad. Hay dos tipos de presiones que nos van a interesar, la estática y la dinámica (producida por la velocidad). Se puede medir de diversas formas. Una de ellas es agujereando el modelo y poniendo diversas tomas de presión en la superficie dónde nos interesa conocer la presión y su distribución. Más recientemente se ha evolucionado y se usan pinturas que cambian de color según la fuerza que se les aplique (en nuestro caso la fuerza la aplica el aire).
3. Fuerzas y Momentos: También nos interesará conocer la fuerza que ejerce nuestro bólido sobre el suelo y su equilibrio. Para medir las fuerzas y los momentos se utiliza un aparato llamado balanza. Existen diferentes tipos que pueden hacer diferentes medidas. Una bastante común es la de 6 componentes que mide las fuerzas y los momentos en sus tres ejes principales.
Otra información que también nos gustará conocer son las líneas de corriente. Nos interesa ver por donde circulan, que caminos trazan y de qué forma. Además, a través de ellas podemos determinar si el flujo es laminar o es turbulento y también si está adherido a la superficie o no (capa límite). Hay varios métodos para hacer visible el aire. Se puede utilizar humo, partículas en suspensión, colocar de hilos en la superficie del modelo, etcétera.
A veces, hay comportamientos del aire como los vórtices que son difíciles de apreciar por el ojo del ser humano o simplemente no tenemos tiempo suficiente para fijarnos en todo. Por esta razón normalmente se graba o fotografía el ensayo en alta calidad para a posteriori poder estudiarlo las veces que sea necesario.
Para terminar, vamos a hablar de la validez de los ensayos y de que se tiene que hacer para que los resultados sean satisfactorios. Lo que nosotros queremos es hacer unas pruebas simulando la realidad para que luego podamos utilizar los datos obtenidos en la realidad. Para determinar la velocidad, densidad del aire y escala a que debemos hacer el ensayo se hace mediante los números sin dimensiones de Reynolds y de Mach. El número de Reynolds establece una relación entre las fuerzas inerciales y las viscosas y el número de Mach relaciona la velocidad con la velocidad del sonido. Para que nuestro ensayo sea fiable debemos igualar el Mach del modelo al Mach del monoplaza real y lo mismo para el Reynolds. De esta forma encontraremos la velocidad del aire, la densidad y la escala del modelo a ensayar. Cómo norma general: a mayor escala, mejores serán los resultados.
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