CONSULTA TUNEL DE VIENTONOMBRE: STEVEN RUIZFECHA: 2014-07-28Eningeniera, untnel de vientoo tnel aerodinmico es una herramienta de investigacin desarrollada para ayudar en el estudio de los efectos del movimiento del aire alrededor de objetos slidos. Con esta herramienta se simulan las condiciones que experimentar el objeto de la investigacin en una situacin real. En un tnel de viento, el objeto o modelo, permanece estacionario mientras se propulsa el paso deaireogasalrededor de l. Se utiliza para estudiar los fenmenos que se manifiestan cuando el aire baa objetos comoaviones,naves espaciales,misiles,automviles,edificiosopuentes.

Cmo funciona el tnel de vientoEl aire es soplado o aspirado a travs de un conducto equipado con rejillas estabilizadoras al comienzo para garantizar que el flujo se comporte de manera laminar o con obstculos u otros objetos si se desea que se comporte de forma turbulenta. Losmodelosse montan para su estudio en un equipo llamadobalanzaa la cual estn adosados los sensores que brindan la informacin necesaria para calcular los coeficientes de sustentacin y resistencia, necesarios para conocer si es factible o no emplear el modelo en la vida real. Adems son empleados otros dispositivos para registrar la diferencia de presiones en la superficie del modelo en cuestin. Los resultados prcticos deben ser comparados con los resultados tericos, teniendo fundamentalmente en cuenta elNmero de Reynoldsy elNmero Machque constituyen los criterios de validacin en las pruebas con modelos a escala.Otras pruebas realizadas en tneles de viento[editar]Pueden unirse hebras a la superficie de estudio para detectar la direccin del flujo de aire y su velocidad relativa.Pueden inyectarse tintes o humo en el flujo de aire para observar el movimiento de las partculas, o sea, como se turbulizan al pasar por la superficie.Pueden insertarse sondas en puntos especficos del flujo de aire para medir la presin esttica y dinmica del aire.Teora de empleo de los tneles de viento[editar]Artculo principal:Teora de las semejanzasTodos los equipos y sistemas inventados por el hombre se rigen por leyes fsicas fundamentales que permiten su utilidad en la sociedad. Para un tnel aerodinmico el principio fundamental que se pone de manifiesto es el dereversibilidad del movimiento. De acuerdo a ste, en lugar de observar el movimiento de un cuerpo en su medio inmvil, podemos observar el movimiento del medio con relacin al cuerpo inmvil. En este caso, la velocidad del flujo no perturbado en un medio reversible ser igual a la velocidad del mismo cuerpo cuando el aire est inmvil.La posibilidad de reversibilidad del movimiento es debido a que las fuerzas aerodinmicas dependen solo del movimiento relativo del cuerpo y el aire. Cuando se proyecta cualquier tipo de avin surgen gran cantidad de problemas tcnicos a resolver de forma experimental. Las aeronaves cada vez son ms complejas, sus dimensiones tambin aumentan por lo que dificulta su experimentacin a escala natural.Todo esto, ms el costo de los medios para realizar tales experimentos hace que en la aerodinmica sea muy empleado el mtodo de modelacin y simulacin para la experimentacin en condiciones de laboratorios, los cuales por lo general estn muy lejos de las condiciones reales. Los experimentos deben simular el fenmeno de tal forma, que despus sea menos complejo al proceso de modelacin el cual nos permiti obtener los resultados con buen grado de aproximacin a las condiciones naturales. Para lograr un proceso de modelado y simulacin ptimo respecto a las condiciones reales de trabajo del objeto deben cumplirse las condiciones planteadas en laTeora de las semejanzas.Aunque hay muchos tipos de tneles aerodinmicos, en general pueden definirse como conductos que llevan en alguna parte de su trayectoria un ventilador accionado por un motor, que se encarga de que el aire fluya de manera constante. Usualmente las palas del ventilador son diseadas segn el tipo de tnel que se construir, de manera similar a como se hacen las de los aviones. El tnel posee una entrada convergente y una salida divergente. La parte de ms inters para la experimentacin es la seccin de prueba o garganta, que debe, generalmente, ser transparente, para permitir la observacin e incluso la filmacin; en ella se instala el modelo y diferentes elementos que permiten la medicin de las fuerzas que experimenta este y las condiciones del aire que atraviesa esa seccin. Resulta de inters que la seccin de prueba sea la de menor rea, ya que, debido a la ley de conservacin de la masa, genera una mayor velocidad cerca del modelo; ahorrando energa en el ventilador, ya que ser capaz de generar el mismo efecto en la seccin de prueba para potencias menores, adems de que reduce las prdidas por friccin en las paredes y codos del tnel.

Clasificaciones de los tneles de vientoLos tneles aerodinmicos se clasifican en funcin de varios aspectos los cuales son:

Por la circulacin del aire en su interior

Abierto:se toma el aire directamente de la atmsfera y despus de hacerlo pasar por la cmara de ensayo se devuelve nuevamente a ella.Cerrado: el aire circula varias veces por la cmara, recuperando por medio de un difusor su energa fluida, antes de llegar de nuevo a la zona donde se encuentra instalado el difusor.

Por la velocidad del flujo en su interior

Subsnico. Transnico. Supersnico. Hipersnico.

Composicin general presente en los tneles de viento

VentiladorProduce la corriente de aire del circuito en el que se desarrolla la circulacin de aire. Debe ser la velocidad adecuada para que la medicin sea exacta.

Cmara de ensayosEn la que se sita el modelo experimental a probar. El tamao de la cmara de ensayo es una de las caractersticas ms importante de un tnel, ya que una de grandes dimensiones permite probar modelos sin gran reduccin de escala con respecto al original, lo que permite mantener el ndice de semejanza del nmero de Reynolds.

Estabilizadores de corriente tras el ventiladorCon el fin de que quede anulada la rotacin comunicada por el ventilador.

Ventanillas anti-pompajeVentanillas o rejillas que permiten el equilibrio de las presiones y evitan las oscilaciones crticas de las mismas.

DifusorCon el objetivo de reducir la velocidad expandiendo el fluido y recuperando la presin esttica, el difusor est dividido en dos partes por el ventilador. Los difusores son muy sensibles a errores de diseo, pueden crear separacin de la capa lmite de manera intermitente o estable que es difcil de detectar y pueden crear vibraciones en el tnel, oscilacin en el ventilador y variacin en la velocidad de la seccin de prueba. Hay que tener en cuenta que el aire que llega al difusor no es laminar, el aire que sale de la seccin de prueba no es uniforme lo que hace cada vez ms difcil el trabajo del difusor.

Cono de contraccinTiene la funcin de aumentar la velocidad del flujo. Los tneles aerodinmicos se pueden construir de diferentes materiales como por ejemplo: de chapas de acero, aluminio, fibrocemento, tejido metlico con mampostera, plstico reforzado etc. Sin embargo la construccin mixta de madera y acero se impuso finalmente, pues el mismo es fcil de trabajar y mantener.

Aplicaciones:Las innovaciones introducidas en el tnel, tanto en el procedimiento de construccin como en los sistemas motopropulsor y de regulacin, hacen que sea altamente competitivo en costes y prestaciones. Las diferentes aplicaciones de este tnel de viento son las siguientes:

Ingeniera AeronuticaLas mejoras en la calidad del flujo, conseguidas gracias a la colocacin de una rejilla de uniformizacin en la cmara de remanso, permiten la realizacin de ensayos aeronuticos en este tnel aerodinmico.La instrumentacin disponible permite tambin medir la distribucin de presiones, tanto en modelos bidimensionales como tridimensionales, as como medidas de caracterizacin de la estela. Tambin se pueden realizar ensayos sobre modelos motorizados, tanto para la determinacin de las caractersticas del propulsor, como la interferencia de ste sobre el modelo.

Ingeniera CivilLos ensayos que pueden ser desarrollados en el campo de la Ingeniera Civil son muy variados, por lo que nos limitaremos a citar los ms relevantes. Entre ellos cabe destacar la importancia que tiene la determinacin de cargas estticas y dinmicas del viento sobre puentes y otras estructuras civiles singulares. Estas cargas pueden ser muy importantes a la hora de dimensionar su estructura, ya que las cargas que se deducen de las normas pueden no ser vlidas, por exceso o por defecto, cuando se quiere hacer un diseo muy ajustado.Otro tipo de estudios abarcados en este campo es la determinacin de cargas del viento sobre vehculos terrestres y el estudio de dispositivos en las infraestructuras para reducirlas. Ambos tipos de estudios son muy importantes para mejorar la seguridad en las infraestructuras terrestres, ya que es bien conocido que el efecto del viento sobre los vehculos por ejemplo en los puentes o sobre barrancos despus de una cortada son es la causa de muchos accidentes de trfico.

ArquitecturaEn Arquitectura, los ensayos que se pueden realizar en el tnel aerodinmico pueden ser enfocados de dos formas diferentes. Por una parte encaminados al clculo de las cargas ejercidas por el viento, y por otro a la investigacin de modelos bioclimticos.Debido a la ligereza de las estructuras arquitectnicas modernas, cada da se demanda ms un conocimiento exhaustivo de las cargas, con lo que la medida de las cargas de viento sobre edificios y otros elementos arquitectnicos (cubiertas, vallas, esculturas, etc.) en el tnel, ayudara de una forma importante a minimizar la estructura necesaria.Tambin es importante la determinacin de los efectos locales del viento sobre edificios concretos y el estudio de posibles soluciones cuando estos generen problemas, ya sean de cargas o acsticos. Los edificios que se encuentran situados en zonas ventosas pueden presentar problemas locales de cargas de viento, que pueden provocar por una parte la cada de recubrimientos, o por otro lado silbidos o corrientes excesivas, perjudiciales para la confortabilidad de las viviendas.

Energas RenovablesEn lo que respecta a las Energas Renovables, el tnel puede ser utilizado para el desarrollo de componentes de aerogeneradores, as como para el estudio de cargas sobre los mismos y la calibracin de anemmetros. Tambin es importante para el estudio de sombras en parques elicos y poder conocer cul es la posicin ptima de las turbinas en funcin de los vientos dominantes en la zona o la orografa del terreno, de manera que pueda aprovecharse de la mejor forma el suelo disponible. Este es un aspecto de suma importancia ya que normalmente el espacio del que se dispone para la instalacin de parques elicos suele estar bastante limitado, a pesar de que esta actividad es perfectamente compatible con otro tipo de actividades como agricultura, ganadera o industria, en los mismos terrenos.Por otra parte, la investigacin en el campo de la Energa Fotovoltaica est especialmente dirigida al abaratamiento de costes mediante los sistemas de concentracin. La estructura de seguimiento del concentrador fotovoltaico parablico presenta caractersticas muy distintas a las de panel plano. En los sistemas de concentracin, las estructuras no slo deben soportar cargas mximas sin sufrir dao (rotura o deformacin permanente) sino que deben asegurar que bajo las cargas corrientes la estructura sufre niveles de deformacin compatibles con el alineamiento de los elementos pticos y los receptores. Todo esto hace que actualmente estas estructuras de concentracin sean de considerables dimensiones, en parte por el peso que tienen que soportar, pero principalmente porque deben resistir las cargas de viento a las que se ven sometidas, lo cual incide directamente en el coste de las mismas.Se hace por tanto necesaria la realizacin de ensayos en tnel aerodinmico con el fin de disear y estudiar una alternativa para la estructura de seguimiento de manera que los esfuerzos a los que se vea sometida por efecto del viento sean menores, consiguindose estructuras ms ligeras y que conlleven por tanto un menor coste de produccin.

Entrenamiento DeportivoLa mejora del rendimiento deportivo depende en gran manera de la capacidad para minimizar la resistencia aerodinmica. Este aspecto es muy importante en diferentes deportes, ya sean estos de pelota o distintas especialidades de atletismo, el ciclismo, esqu, etc. La mejor tcnica para conseguir conocer y minimizar dicha resistencia son los ensayos en tnel aerodinmico. Estos ensayos permiten la simulacin prcticamente total de todas las variables que influyen en la prctica del deporte, con lo que se convierte en un instrumento sumamente eficaz para la mejora de la tcnica.

I+D AgrarioLos estudios en este campo se pueden dirigir hacia el diseo y evaluacin de barreras cortavientos, no tanto de uso general, sobre lo que ya existe una cierta experiencia, sino sobre de la aplicacin concreta a fincas situadas en zonas ventosas o de orografa singular que requieran un estudio ms detallado, as como estudios especficos para zonas castigadas por el viento.Por otra parte nos encontramos con los estudios dirigidos a la determinacin de cargas sobre naves agrcolas o invernaderos. Este tipo de aplicacin es de especial inters en Canarias, ya que es conocido que pequeas variaciones en la inclinacin de las cubiertas, en ambos tipos de construccin, producen reducciones importantes en las cargas de viento. En este caso se podran hacer tanto estudios generales como de casos singulares.

Bibliografa:

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