Hace algunas semanas explicamos que es la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), como trabaja y para que se utiliza. Hoy es el turno del túnel de viento. Con el objetivo de transmitiros la información de la mejor manera posible, he decidido dividir el artículo en dos entregas. En la de hoy, os explicare los distintos tipos de túneles de viento que existen y sus partes. En la segunda entrega veremos los principios de funcionamiento y cómo se realizan las pruebas para que sean significativas y extrapolables a la realidad.
Vamos a empezar por definir túnel de viento o túnel aerodinámico: Es una herramienta que nos permite estudiar el comportamiento del aire cuando ponemos un objeto dentro del flujo. Ese objeto puede ser cualquier cosa: un edificio, un monoplaza de Fórmula 1, un casco, un ciclista, y un largo etcétera. Generalmente se utilizan maquetas a escala, para reducir el coste o porque simplemente el objeto real es demasiado grande. A pesar de ello, debemos tener en cuenta que el tamaño de la maqueta influye en los resultados del ensayo. Cuanto más grande sea la maqueta y más parecida a la realidad, mejores serán los resultados del ensayo.
Lo que nos permite es estudiar el movimiento relativo entre el objeto y el aire. Además obtenemos datos de presiones, fuerzas, información de la capa límite, podemos visualizar las líneas de corriente, etcétera. Las mediciones que hagamos para obtener esa información dependerá de qué estemos ensayando y de nuestros intereses.
Ahora que ya tenemos una idea más o menos clara de que es un túnel de viento y para qué sirve veremos las partes básicas que lo componen.
Partes de un túnel de viento abierto:
1. Cámara de establecimiento: Su objetivo es enderezar y uniformizar el flujo de aire.
2. Cono de aceleración: Su función es acelerar la velocidad del flujo manteniéndolo ordenado y uniforme para posteriormente llegar a la cámara de ensayos.
3. Cámara de ensayos: Es la parte más importante del túnel. Es dónde vamos a colocar el objeto que queremos estudiar y también dónde haremos las mediciones. Es muy importante que el flujo que la atreviese sea lo más uniforme posible.
4. Difusor: Una vez el aire ya ha salido de la cámara de ensayos, el difusor reduce la velocidad del flujo mediante su perfil divergente. Nos interesa que el aire salga a la menor velocidad posible ya que la velocidad de salida irá relacionada con las perdidas energéticas del túnel. A menor velocidad, menores son las pérdidas.
5. Ventilador: Su función es crear un flujo de aire a una velocidad determinada. Normalmente llevan aparatos electrónicos para poder variar la velocidad y así realizar ensayos bajo las condiciones deseadas por los ingenieros.
6. Suelo: Es un elemento importantísimo del túnel si lo vamos a usar para ensayar vehículos con ruedas. Los existen rodantes y estáticos. Los rodantes serán mucho más precisos ya que se parecen más a la realidad.
En el caso de los túneles de viento cerrados existe un conducto que une el difusor con la cámara de enderezar y uniformizar el flujo.
Tipos de túneles:
1. Abiertos o Cerrados: La diferencia entre ellos es que el túnel cerrado tiene conectada la salida de aire con la entrada. Una ventaja muy importante que tiene el cerrado es que permite tener controladas las variables termodinámicas del aire: densidad, temperatura y presión. El túnel cerrado tiene menos pérdidas que el abierto, pero por el contrario requiere una instalación más grande y compleja que repercute directamente en el precio. El control de las condiciones del aire será un factor que también va a encarecer este tipo de túnel. (La explicación de porqué es una ventaja tener las condiciones del aire bajo control la veremos en la siguiente entrega).
2. Cámara de ensayos abierta o cerrada: Vamos a escoger uno u otro en función del tamaño del modelo. En una cámara abierta podremos poner modelos más grandes. La desventaja que tiene es que tenemos el flujo de aire menos controlado además de aumentar la pérdidas relacionadas con el aire que se escapa (las mismas que comentaba en un túnel abierto).
3. Soplado o aspirado: Si nos fijamos en la disposición de los ventiladores dentro del túnel podemos diferenciar entre el túnel soplado, el que tiene el grupo de ventiladores antes de la cámara de ensayos y el aspirado, el que tiene el grupo de ventiladores después de la cámara de ensayos. Las dos configuraciones tienen ventajas e inconvenientes, una vez más dependerá del uso que queramos darle. Para hacernos una idea, el túnel soplado proporciona más velocidad que el aspirado. Si miramos la uniformidad del flujo, vemos que en la configuración de aspiración el flujo es más regular y uniforme.
Para hacer medidas de temperatura, presión, densidad y velocidad se utilizan diversos aparatos (hablaremos de ello en la siguiente entrega). Cada uno de ellos debe estar muy bien calibrado para que de lecturas reales. Por ese motivo existen unos túneles denominados de calibración. No son más que túneles normales que tienen mucha precisión.
Para terminar sólo quería haceros saber que la mayoría de los equipos de Fórmula 1 disponen de túneles aerodinámicos de circuito cerrado. Para probar los monoplazas de la máxima categoría automovilística se utilizan los túneles más precisos, grandes y caros.
No os olvidéis, ¡dentro de poco la siguiente entrega!
http://www.f1aldia.com/10650/tuneles-de-viento-i/#
