APÍTULO 1 TUNEL DE VIENTO. RESUMEN El túnel de viento es un dispositivo creado para la realización de pruebas aerodinámicas; es un simulador que permite conocer el comportamiento de diversos fuidos en 1 1 ej, tipo de impulsor de aire empleado 2 (ventilador) y las velocidades que se requieren alcanzar. 2 tiempo real, partiendo del uso del aire y permitiendo extrapolar resultados a otros fuidos como el agua, así como experimentar y estudiar los fenómenos de sustentación y arrastre, para aplicarse al diseño de perfles aerodinámicos. Se le relaciona comúnmente con el desarrollo de productos en el sector automotriz, sin embargo las aplicaciones son muy variadas; desde medir la aerodinámica de los automóviles de fórmula uno, hasta la 1 realización de pruebas de artículos usados en la vida cotidiana como las pelotas de golf. Hoy en día se considera una herramienta muy útil para el estudio y la investigación de fenómenos originados por los fujos principalmente de viento, sobre objetos, edifcaciones o estructuras. En esta era, los campos de estudio que más consideran el uso del túnel de viento son la ingeniería y el diseño. Históricamente fue creado con la intención de diseñar adecuadamente los primeros aeroplanos y fortalecer a la aviación comercial. La industria aeronáutica ha logrado, a través de años de estudio, realizar vuelos intercontinentales con cargas extremadamente grandes, mientras que la industria automotriz ha conferido más importancia a la realización de pruebas de viento a sus diversos modelos de automóviles, buscando se reduzca y se efciente el uso de la energía necesaria para impulsarlos. Según el propósito de estudio y su aplicación se defnen las características de cada uno, por Sustentación: fuerza generada sobre un cuerpo que se desplaza a través de un fuido, perpendicular a la de la velocidad de corriente incidente. las universidades paulatinamente han ido implementando el uso del túnel de viento en las facultades de diseño, buscando que los alumnos comprendan la relevancia que tiene someter los prototipos y maquetas –con las cuales experimentan sus estudiosa pruebas de viento, de manera que en su ejercicio profesional consideren las variables ambientales como el viento, humedad, presión atmosférica, salinidad y asoleamiento, para mejorar y optimizar sus propuestas, y por ende procurar el mejoramiento de la calidad de vida de los usuarios de productos. En el presente escrito se presentará un breve resumen de un trabajo que consistió en el diseño y la construcción de un túnel de viento subsónico de circuito abierto con fnes académicos, destinado a la enseñanza de la arquitectura y construcción en la Facultad del Hábitat, UASLP. Para el diseño se siguió una metodología que fue modifcándose constantemente para adecuar el producto al caso específco. PALABRAS CLAVE Didáctica, tecnología, simulación, viento, vivienda, 2D, 3D ABSTRACT The wind tunnel is a device created for aerodynamic testing , is a simulator that allows to know the behavior of various fuids in real time, based on the use of air and allowing extrapolate results to other fuids such as water, as well as experience and study the phenomena of lift and drag , to be applied to 1 8 9 the design of airfoils . He commonly associated with product development in the automotive sector, however applications are varied, from measuring the aerodynamics of Formula One cars, to testing items used in daily life such as golf balls . Today it is considered a very useful tool for the study and investigation of phenomena caused by wind fows primarily on objects, buildings or structures. In this era, the felds of study that most consider the use of the wind tunnel are engineering and design. Historically it was created to properly design the frst airplanes and strengthen commercial aviation. The aviation industry has achieved through years of study, intercontinental fights carry loads extremely large, while the automotive industry has given more importance to the wind testing their various car models, searching is reduced and effcient using the energy required to propel them . Depending on the purpose of study and application defning the characteristics of each one, for example: the size of the test chamber, impeller type of air used ( fan) and reach speeds required . In Mexico, the universities have gradually implementing the use of wind tunnel design schools , looking for students to understand the relevance submit prototypes and models, with which they experience their studies - wind tests, so that in practice consider environmental variables such as wind, humidity, atmospheric pressure, salinity and sunlight, to improve and optimize their proposals, and therefore seek to improve the quality of life of users of products. In this paper will present a brief summary of work that included the design and construction of a subsonic wind tunnel open circuit for academic purposes, for the teaching of architecture and construction at the Facultad del Hábitat, UASLP . To design a methodology that was followed was constantly modifed to adapt the product to the specifc case. KEYWORDS Teaching, technology, simulation, wind, housing , 2D, 3D 10 METODOLOGÍA Planteamiento Objetivos Alcances La investigación consistió en dos partes, bibliográfca y de campo. La primera se basó en documentos científcos de donde se obtuvieron los principios físicos y tecnológicos básicos que fueron utilizados en el diseño del túnel de viento, así como el conocimiento fundamental sobre el comportamiento de los fuidos, la funcionalidad de los túneles existentes, sus componentes esenciales, los tipos de experimentos ya realizados y las aplicaciones. También los métodos numéricos para el diseño de la geometría del aparato y los programas de cómputo que son utilizados para la realización de simulaciones digitales. La segunda parte de este estudio consistió en la experimentación con aire y en recopilar información mediante visitas a centros académicos con laboratorios de experimentación para detectar aciertos y defciencias en sus propuestas. Investigación Principio Tecnológico Búsqueda de Información en Campo Modelo Matemático Análisis de Actividades Análisis Ergonómico Análisis Contextualización Capacidad Productiva Producto Existente Materiales Limitantes de Diseño Problemática Diagnóstico Necesidades Requisitos, Parámetros y Requerimientos Concepto de Diseño Dimensionamiento Inicial Oportunidad de Diseño Síntesis Brainstorming Alternativas Propuesta Diseño de Detalle El proyecto fue realizado por un diseñador industrial de manera que todas las variables de un producto fueron consideradas para la realización de la propuesta construida. (Esquema 1) INTRODUCCIÓN. A través de la historia, el hombre ha evolucionado y con él los objetos que le rodean, desde los más básicos utensilios usados por el homo habilis, hasta los más complejos sistemas de producción de nanotecnología empleados en la actualidad. Todo producto de un desarrollo continuo que considera cada Diagramas de Uso Transportación Almacenaje Comprobación de Principio Tecnológico Planos de Producción Subsistemas Selección de Materiales y Procesos Una vez recopilada la información se procedió a sistematizarla, para mediante un análisis de las partes y sistemas, se gene-raran propuestas conceptuales propias aplicables al caso específico de la Facultad del Hábitat (FH), las cuales se confrontaron con las opiniones recabadas en encuestas a profesores y alumnos de las facultades de Ingeniería y del Hábitat. Se inició una comprobación del funcionamiento fabricando un modelo en el que se incorporaron los elementos diseñados que conformaron el dispositivo. Mediante éste se realizó un diagnóstico y se obtuvieron conclusiones que permitieron mejorar el diseño y facilitar la construcción de un prototipo a escala con el cual se demostró su funcionalidad en el ambiente académico y la precisión y calidad necesarias para el óptimo funcionamiento del artefacto. Descripción General Instrumentación Valoración Rediseño Administración de Proyecto Layout Secuencia de Producción Diagrama de Flujo Ruta Crítica Costos Rediseño Prototipo Validación por usuario Pruebas Fabricación en Serie Mercado o Cliente Esquema 1 vez mayor cantidad de variables que afectan al medio artifcial y natural que nos rodea. Para el desarrollo y mejoramiento de nuestro medio ambiente y sus componentes, la ciencia ha intentado simular condiciones específcas para cada tipo de entorno y objetos, con el fn de mejorar el diseño del producto antes de realizar su producción o de comenzar la construcción de un proyecto arquitectónico. La tecnología hace su aportación al momento de llevar a cabo por medio de computadoras, sensores y principios matemáticos, diversos cálculos y simulaciones sobre modelos o maquetas a escala antes de poner en marcha la implementación de un proyecto. El primer túnel de viento fue construido en el año de 1884 por Horatio Frederick Phillips (1845-1912). Fue creado con la intención de hacer mediciones y experimentos para perfles aerodinámicos midiendo la sustentación y el arrastre de perfles con concavidad. Esta herramienta fue desarrollada para satisfacer una necesidad de experimentación tras el vuelo del primer aeroplano en el mundo en el año de 1881, por el ingeniero alemán Otto Lilienthal (1848-1896) y su hermano Gustav, quienes comenzaron experimentando con placas planas y cóncavas sujetas sobre un brazo. Su contribución más grande fue la realización del primer vuelo con alas rígidas en lugar de alas articuladas con movimiento; esto colocó la base para el primer vuelo en América 11 realizar pruebas de sustentación de modelos de aeroplanos y perfles cóncavos. Las pruebas que se realizaron en este túnel de viento fueron de vital importancia para lograr con éxito la construcción y elevación del primer aeroplano en América en el año de 1903. Figura 1: Primer vuelo con alas rígidas de los hermanos Wright. Fuente: http://misrerspuestas.blogspot.mx/p/leyendadel-ajedres.html realizado por los hermanos Wright. (Figura 1) (Figura 2): Réplica del túnel de viento de los hermanos Wright que se encuentra en el National museum of the United Stated aAir Force Fuente: http://www.libraries.wright.edu El túnel de viento que diseñaron y cons truyeron ellos en 1901 (Figura 2) generaba velocidades de 25-30 m/s, sufciente para Un tiempo después en el año 1941 se desarrolló un túnel de viento en Langley, Virgina. Contaba con una sección elíptica de 18 metros de ancho por 9 metros de altura, suf icie nte para hacer pruebas sobre prototipos de aviones en escala real. Las velocidades máximas que se alcanzaron fueron de 180 km/h generados por el sistema impulsor (Figura 3). Figura 5: Principio de gasto aplicado en el túnel de viento. Fuente: http://fuidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/fujodegases/tuneldeviento/tuneldeviento.html noulli (Figura 4) y en la ecuación de Gasto (Figura 5) y consiste en hacer que un fujo entre por una sección de tubería y a través de la variación de los diámetros conseguir los efectos requeridos como el control de velocidad, presión o de área para la experimentación con el aire utilizado como fuido. Figura 3: Sección de pruebas del túnel de viento de Langley, Virginia. Fuente: http://history.nasa.gov/naca/gallery.html DESCRIPCIÓN. Básicamente el funcionamiento del túnel de viento se funda en el principio de Ber- Dependiendo del tipo de túnel de viento pueden variar los componentes pero siempre podrá observarse la cámara de pruebas que es en donde al estrecharse la sección de circulación, el aire se comprime resultando en un aumento de velocidad. El método usado en el túnel de viento para la realización de pruebas consiste en generar un fujo uniforme en forma de láminas, a las que se agrega un tinte de humo para que puedan visualizarse las líneas de corriente 1 del aire sobre el modelo que se esté probando. Algunas de las cualidades que describen a un túnel de viento pueden ser dadas por los números de Reynolds 2 o velocidades Mach 3 que alcanzan, además de la continuidad del fujo y los niveles de turbulencia que presentan. El hecho de poder emular variables climáticas proveen de cierta ventaja para quienes diseñan objetos o estructuras que serán usados o colocados en la intemperie, ya que sistemas artifciales nos permiten controlar las variables como temperatura Figura 4: Ilustración del trinomio de Bernoulli. Donde: A= Área, P= Presión, V= Velocidad, h= Altura. Este principio también incluye densidad de fuido y velocidad gravitatoria para la realización del cálculo. Fuente: http://oskrsf.wordpress.com/hidrodinamica/el-principio-de-bernoulli/ 12 1 Línea de Corriente: líneas imaginarias que corresponden a una trayectoria de un fuido tangente a un cuerpo. Números de Reynolds: número adimensional 2 usado en mecánica de fuidos para caracterizar el movimiento de un fuido. 3 Velocidad Mach: valor de velocidad equivalente a la velocidad del sonido.( aprox. 1225km/h ó 340.3 m/s) o variación de velocidad del viento sobre modelos o prototipos a escala. Esto nos permite un análisis y cuantifcación de las fuerzas dinámicas causadas por el fujo del aire. CLASIFICACIÓN DE TÚNELE S DE VIENTO. Existen varios tipos de túneles de viento. Dependiendo de diversos factores, pueden clasifcarse según el tipo de circuito funcional del aire, por el tipo de prueba realizable en la cámara, según la velocidad alcanzada en la sección de pruebas y de acuerdo a la presión atmosférica. Obviando el tiempo como cuarta dimensión, la primera clasifcación se basa en el tipo de modelo que se puede colocar en su cámara de pruebas para la realización de las mismas (Esquema 2). La segunda clasifcación es en base al modo de circulación del fujo (Esquema 3). La ventaja de los túneles de circuito abierto es que debido a su menor número de componentes resulta más económico, y bien diseñado puede arrojar resultados bastante aceptables para fnes académicos. Una de las desventajas es que el aire que usa para su funcionamiento está sujeto a las mismas variaciones de propiedades que el aire del exterior, por lo que cuestiones de humedad, presión y temperatura deben ser considerados durante y después de la simulación para realizar el ajuste de las variables mencionadas de acuerdo a las necesidades de dicha simulación. Otra cuestión que debe ser tomada en cuenta es que el gasto energético es menor que en un túnel de circuito cerrado, ya que estos generalmente tienen 13 Esquema 3 Esquema 2 Figura 6.1. Maqueta bidimensional básica para el estudio de modelos bioclimáticos en relación al viento. Fuente: Cuerpo Académico Hábitat Sustentable. Figura 6.2. Maqueta tridimensional de complejo arquitectónico y urbano colocada para ser sometida a mediciones de cargas por vientos. Fuente: http://urbanity.blogsome.com. dos ventiladores y las pérdidas de energía en un túnel de circuito abierto se generan por una salida del viento precipitada, por lo que el diseño del difusor de salida es de suma importancia. La tercera clasifcación es con base en su velocidad. Tomando en cuenta que ésta es registrada en la cámara de pruebas (Esquema 4). Una de las desventajas del túnel de circuito cerrado es su costo, debido a que éste se incrementa dada la construcción de pasillos y otros dispositivos que sirven para corregir el fujo, como difusores y rejillas de panal. Suele albergar dos motores, uno de extracción y otro de inyección. Este tipo de túneles se usan para investigación que requiere poca fuctuación de resultados. 14 Los túneles de viento subsónicos pueden ser de circuito abierto o cerrado; la diferencia radica en que en el túnel de circuito abierto el ventilador axial es el que realiza el trabajo de propulsión del aire, incrementando la presión que compensa la pérdida de viscosidad del fuido. En el de circuito cerrado los ductos de retorno deben ser diseñados para mantener la presión o reducir las pérdidas de la misma. Figura 7.1. Túnel de Viento de Circuito Abierto. Fuente: Dimensionado y construcción de un túnel de viento de baja velocidad de M.I.M. Monge Gapper, Costa Rica. Figura 7.2 Túnel de Viento de Circuito Cerrado. Fuente: http://www.safety-car.es. Los túneles de viento transónicos alcanzan velocidades en las que se desenvuelve la mayor parte de la industria de la aviación comercial. Algunos de los problemas en este tipo de túneles consisten en que al usar ventiladores de alta potencia generan vibraciones, además de las ondas de choque generadas por la presión ejercida por parte del viento hacia las paredes del túnel. y la temperatura adecuada en el viento por períodos de tiempo considerables necesarios para evitar daño estructural en el túnel y para reunir la información que se requiere. Otro problema es el gasto energético, así como el desarrollo de instrumentación que pueda captar información a esas velocidades. Un problema usual en este tipo de túneles es el control de temperatura. Como se explicó previamente, el túnel acelera el viento por medio del control de diámetros en los ductos que lo componen, sin embargo para generar velocidades hipersónicas es necesario el uso de tanques de presurización adicionalmente al principio de gasto. Por ley de gases el aire al descomprimirse se enfría. Un problema adyacente es que al mantener presiones altas dentro del túnel, el aire podría entrar en condensación e incluso licuefacción. Estos Para considerar un túnel de viento supersónico las velocidades alcanzadas deben superar la del sonido 1225 km/h y mantenerse inferior a los 5 Mach. La industria aeronáutica usa este tipo de túneles para pruebas de motores de aviones militares. El diseño de túneles de viento hipersónicos enfrenta varios problemas. Uno consiste en suministrar la presión sufciente 15 Esquema 5 Esquema 4 con materiales que son preparados de acuerdo a su densidad o resistencia equivalentes a las características de las edifcaciones reales, de manera que la simulación en ellos provea de datos fables y apegados a los reales. aire en el túnel. Otro tipo de ventilador muy usado en el diseño de túneles de viento es el centrífugo, que funciona con álabes que generan el fujo de aire (Figura 9). Este COMPONENTES DE UN TÚNE L DE VIENTO. Los componentes de un túnel de viento pueden variar dependiendo del tipo de circuito, de su velocidad o presión. Se hablará de túneles subsónicos, tanto de circuito abierto como de circuito cerrado que es el tema que nos atañe. La mayoría de los túneles subsónicos tienen partes principales que se resumen a continuación. Figura 8.1. Túnel de viento supersónico. Estos túneles se usan en el diseño de aviones militares. Fuente: www.gizmodo.es. túneles son utilizados exclusivamente en el diseño y prueba de vehículos espaciales. La cuarta clasifcación se rige de acuerdo a la presión atmosférica alcanzada en la cámara de pruebas, podemos encontrar dos tipos (Esquema 5). Los túneles de viento de densidad variable son usados para investigación y estudios de efectos de elasticidad en puentes y rascacielos, así como para el análisis de dispersión de contaminantes. Generalmente sus cabinas de prueba son muy largas. 16 Figura 8.2. Complejo de Aerodinámica Nacional a Escala Real en el NASA Ames Research Center, Houston, Texas. Fuente: www.vonkarman.stanford.edu. También son utilizados para el estudio de diversos efectos en los límites de los estratos atmosféricos. Los túneles de viento presurizados, así como los de densidad variable tienen problemas operacionales muy particulares, sin embargo ambos requieren que la presión en su interior pueda ser controlada. Por lo tanto un alto nivel de precisión durante la construcción es vital ya que cualquier desperfecto sería causa de variabilidad en las pruebas. Para los túneles de viento de densidad variable, los modelos deben ser construidos Para un túnel de viento de circuito abierto los componentes son los siguientes: 1. Mecanismo impulsor: son principalmente ventiladores que extraen o inyectan aire hacia el circuito. Pueden ser varios ventiladores o uno solo, depende de los requisitos del túnel y del diseño del cono de contracción y del difusor. Los ventiladores axiales generan velocidades considerables de aire, sin embargo al colocarse en la entrada o salida del túnel (dependiendo si se trata de un túnel de inyección o de sustracción) provoca una obstrucción en el sistema, que para compensarse debe calcularse y diseñarse una hélice en especial para evitar interferencias y vórtices que afecten la calidad del fujo de Figura 9. Simulación de funcionamiento de un ventilador centrífugo. Fuente: http://coriolisblog.wordpress.com/ tipo de ventiladores son los mas usados para túneles pequeños ya que generan un flujo mas uniforme, además por ser un elemento comercial estandarizado son fáciles de adquirir por lo tanto es mas práctico que diseñar y fabricar una hélice propia. La longitud de la sección para colocar el ventilador puede determinarse de modo que proteja el motor mismo y a la hélice. Es importante considerar rejas de protección. 2. Rejas para Laminación de Aire: tienen la función de uniformizar el fujo del 17 aire antes de su paso por la cámara de contracción. El tipo de reja mas usado es el hexagonal conocidas también como rejas de panal (Figura 10); un túnel puede contener varias rejas sin embargo su longitud es un factor importante para garantizar una buena calidad de fujo, suelen tener una profundidad de 6 veces el diámetro de una célula hexagonal. También se usan mallas metálicas entretejidas que se pueden colocar antes o después de las rejas de panal dependiendo del tamaño de la célula, las rejas con células de tamaño mayor a la de las rejas de panal se colocan antes y las de células con tamaño menor se colocan después de las rejas de panal para mantener la calidad del fujo. Figura 10 Reja de panal. Fuente: http://www.kemtron.co.uk/ 3. Difusor: geométricamente hablando el difusor es la zona de transición entre dos sectores de geometría distinta, esto ayuda a su funcionalidad en cuanto a que reduce las pérdidas de energía por efecto de fricción . Una de sus funciones principales es reducir la velocidad del viento antes de llegar al ventilador. Se pueden encontrar de dos tipos, el difusor de salida y el difusor de gran ángulo. El primero se caracteriza por equilibrar la presión del fujo gracias a su cambio de dimensión, generalmente se ubican en la salida. Los difusores de gran ángulo se Figura 11. Se observa la sección del difusor y al fondo el ventilador del túnel de viento de McLaren. Fuente: http://motordigital.com. 18 encuentran antes de la cámara de contracción como sección extra para equilibrar presiones y velocidades antes de llegar a la cámara de prueba (Figura 11). Aunque la calidad del fujo en esta zona no es muy importante, existe una relación entre el ángulo de difusión máximo permisible de ensanchamiento y la velocidad de fujo en este elemento. Generalmente a mayor ángulo mas posibilidad de generar fujo inestable en la cámara de pruebas. Su longitud se calcula de acuerdo a las dimensiones de la entrada a los extractores, un error frecuente se presenta al momento de querer imponer un difusor de longitud corta, sin embargo esto genera un ángulo de ensanchamiento mayor y por lo tanto la posibilidad de reducir la calidad del fujo en la cámara de pruebas en túneles de viento por extracción. forma proporcional en relación al área de cada sección (Figura 12). 6. Cámara de Prueba: la sección de prueba es el alma del túnel de viento, ya que en ella se realizan las mediciones y experimentación. Su sección suele ser de forma cuadrada y su longitud es variable pero se aconseja que sea los sufcientemente larga de manera que los modelos no queden cercanos a la sección de estabilización adyacente, sino lo mas centrados posible. El fujo en esta sección del túnel debe presentar altos niveles de uniformidad tanto en sus capas como en su velocidad. De manera que la capa limite no aumente su medida mientras el aire atraviesa la sección de pruebas y aumentando el área real de pruebas que tiende a ser menor que el área real (Figura 13). Figura 12 Cámara de contracción del túnel de viento de la NASA. Fuente: http://history.nasa.gov/naca do de las zonas que deseen conectarse pero deben mantener bajos los niveles de perdida de presión por cambio de geometría. Indicados en la fgura 5.6 con el numero seis (6). Las aplicaciones del túnel de viento se APLICACIONES ACTUALES remontan a la primera era de la aviación, de ahí la popularidad de estos elementos que constantemente se relacionan con el campo de la aeronáutica. Posteriormente sus aplicaciones se ampliaron a la industria armamentista para la creación de proyectiles. Una vez terminada la época de guerra, el uso del túnel de viento empezó a tener nuevas perspectivas. Cámara de Asentamiento: es la 4. zona que se sitúa antes de la contracción, es una sección constante donde son colocadas las rejas de homogenización que reducen la escala de la turbulencia en la cámara de prueba. Sirve también para alojar los sistemas de inyección de gas. Cámara de Contracción: su fun5. ción es la de acelerar el fujo del aire y reducir la intensidad de las turbulencias en el área de pruebas. El diseño de su geometría es de vital importancia ya que de esto depende el correcto acomodo y aceleración de las capas de viento. Para el desarrollo de su geometría es indispensable conocer la velocidad que se pretende alcanzar en la cámara de pruebas para de esta forma plantear las dimensiones de entrada y salida. También deben tomarse en cuenta las aristas para ser biseladas en Figura 14 Túnel de viento de circuito cerrado, proyecto en Costa Rica. Fuente: Dimensionado y construcción de un túnel de viento de baja velocidad de M.I.M. Monge Gapper, Costa Figura 13. Túnel de viento de AUDI, pruebas realizadas en un modelo a escala 1:1. Fuente: http://www.audi.es/es Este efecto se debe a que mientras mas se separe el fujo de las rejas la capa límite tiende a crecer y por lo tanto puede crear turbulencias. A continuación se presentan algunas de las áreas en las cuales el túnel de viento ha sido considerado una herramienta de importancia: 1. Aeronáutica. Dado que el túnel de viento fue creado con la intención de investigación en temas concernientes a la aerodinámica como lo son En la cámara de prueba es donde se la sustentación y arrastre, la industria de la coloca toda la instrumentación, soportes aviación ha sido donde se ha enfocado mas para los modelos, equipo para medición de el esfuerzos, etc. Una forma de probar la desarrollo de túneles de viento, así como en uniforel campo de la aeronáutica para la midad del viento es desarrollando un perfl de realización velocidades dentro de la cámara de pruebas. de pruebas en transbordadores y satélites. La NASA es la institución con mas historia El túnel de circuito cerrado presenta de túneles de viento, diversos estudios y las siguientes piezas extra además de las avances tecnológicos han hecho posible el mencionadas en el túnel de circuito abierto: diseño de aeronaves tripulables por humanos que pueden alcanzar alturas en los límites de 7. Esquinas: su función es el la estratósfera. Por otro lado la NACA es la desvío del fujo dentro del circuito, una inde las características deseables es que 2. stitución con mas historia y estudios en la interferencia entre el flujo y la esdesaquina sea la menor posible. Indicadas rrollo de perfles aerodinámicos (Figura 15). en la Figura 14 con el numero cinco (5). 8. Transiciones: son partes que sirven como conectores entre secciones del túnel de viento. Su geometría es variable dependien- Ingeniería civil. El campo que la ingeniería civil abarca desde la mecánica de fuidos hasta cargas estáticas complejas (Figura 16). Se mencionarán solo algunas de las aplicaciones debido 19 a 3. Arquitectura. Una de las ventajas de usar un simulador aerodinámico como un túnel de viento sobre proyectos arquitectónicos, es que permite analizar las cargas por viento y acústica, creadas por las corrientes de viento alrededor de la edifcación en su totalidad así como en elementos como cubiertas o velarias. Hoy en día es necesario tener conocimiento cada vez mas profundo en esta área debido a que la arquitectura moderna hace uso de estructuras complicadas en las que el Figura 15. Túnel de Viento escala 1:1 para pruebas en aviones militares. mismo peso del edifcio puede representar un Fuente: http://ingaeronautica.wordpress. problema, así como estructuras minimalistas la gran variedad de experimentos que y ligeras que deben soportar grandes cargas ayudan o corrientes de viento de altas velocidades. al ingeniero a determinar cantidades, dimen- Sin duda en ambos casos el conocimiento del sionamiento y materiales. Los puentes son fujo creado por el viento alrededor y a través uno de los principales usos, es importante ya de las edifcaciones puede ser una ventaja que el estudio de la reacción del puente y de para quien diseña el espacio (Figura 17). los vehículos en relación a ráfagas de viento En lugares de vientos dominantes, el o turbulencias de grandes magnitudes puede ayudar a reducir accidentes vehiculares. La propagación de agentes contaminantes es otro tema que atañe a la ingeniería civil, la ubicación de zonas industriales puede afectar a largo plazo sobre la salud pública sino se hacen pruebas de viento para patrones de dispersión. En los aeropuertos, la mala ubicación de naves y hangares puede resultar en un accidente masivo debido al desprendimiento de cubiertas generado por vientos dominantes que no fueron estudiados. Un uso poco común es el de pruebas la erosión, lo cual puede ser útil para la para patrones de viento en relación a creación de barreras cortavientos en zo20 nas de conficto con vientos dominantes. Industria automotriz. En la industria del automóvil las pruebas de aerodinamismo son realizadas principalmente sobre automóviles formula uno, en donde los ingenieros buscan reducir la resistencia al aire pero también buscan la estabilidad del vehículo, de forma que la estética del automóvil no se vea tan afectada así como que el viento sea guiado para enfriar el motor sin mermar su rendimiento. Variables climáticas como la temperatura pueden ser simuladas en un túnel de viento destinado especialmente para pruebas en automóviles, se realizan también ajustes en la base donde se coloca el modelo, fabricando una banda móvil con textura de grano similar al asfalto, de manera que pueda simularse la pista de carreras. La calibración del túnel y el desarrollo de equipos de medición es muy minuciosa y lleva mucho tiempo. No obstante las compañías dedicadas a la creación de automóviles han considerado la ventaja del ahorro de combustible exigiendo a sus diseñadores e ingenieros mejores propuestas en cuanto a resistencia del aire se refere. Actualmente encontramos en las calles automóviles de uso doméstico que han sido probados en diversos túneles de viento bajo distintas variables, aumentando el Figura 16. Se muestra una secuencia de simulación de cargas por viento realizadas por medio de software, comparadas después con el túnel de viento. Fuente: www.windtech.com.au Otro efecto similar es el creado por el viento en los muelles, debido a la mala ubicación de un puerto, los vientos pueden afectar la estabilidad de las estructuras que mantienen el muelle fjo y por consecuencia las embarcaciones ancladas en el lugar. 4. Figura 17. A la izquierda se observa un proyecto realizado primero en su etapa de diseño siendo colocado en el túnel de viento y después una fotografía del edifcio ya construido. A la derecha se observa un estudio de ventilación natural sobre una maqueta a escala. Fuente: www.windtech.com.au niveles acústicos generados por el choque del viento con la carrocería y mejorando el comportamiento del automóvil frente a climas extremos como calor extremo, ráfagas de viento, lluvias y nevadas (Figura 18). rendimiento energético, disminuyendo conocimiento de la infuencia del viento puede prevenir problemas como sonidos generados en complejos arquitectónicos así como desprendimiento de acabados debido a la torsión o vibración que se genera al moverse la edifcación o parte de ella por acción del viento. Otra de las vertientes en que la simulación de viento puede ser útil, es en el desarrollo de modelos bioclimáticos. Por ejemplo al realizar corrientes El conocimiento delestudios fujo de de viento en una de viento naturales y tomando en cuenta la orientaciónde delpropagación edifcio, se puede reducir ceptibilidad de incendios costo para el omantenimiento dede la edifcios. vivienda en la misma en un complejo por ahorro de energía, además de ahorro por posibles remodelaciones en un futuro. vivienda puede determinar también la sus- 5. Diseño industrial. Las aplicaciones dentro de la disciplina del diseño industrial aún no son tan variadas ya que los objetos que tienen interacción directa con corrientes de viento son un número reducido, sin embargo destacan algunos ejemplos con distintos enfoques como el desarrollo de lo balones de futbol soccer sin costuras para evitar turbulencias y efectos no deseados. de viento. Otro ejemplo es el paraguas con el centro un ángulo específco, En un ramo mas específco se encuentra el desarrollo de paracaídas y trajes de vuelo que se encuentran en desarrollo por la NASA. Otra enfoque es el de aprovechar el viento en lugar de desviarlo, por ejem6. plo los sistemas de captación de aire para enfriamiento de aparatos electrónicos como computadoras, o el diseño de fascias de los automóviles para dirigir el viento al sistema de frenos (Figura 19). Desarrollo energético. aerogeneradores, asíde como entoma el estuHoy en día el túnel viento dio su papel de lacomo orografía herramienta de los de terrenos prueba para para el desarrollo de energías verdes. Un ejemplo, las granjas de energía eólica son una de las tecnologías benefciadas por la experimentación para el desarrollo de su colocación y orientación para así aprovechar los vientos dominantes (Figura 20). Otra forma de aprovechar el túnel de viento es para el estudio de afuentes de agua, para este tipo de estudios se usa el viento como fuido y los resultados son extrapolados y calculados con las propiedades del agua. 7. Túnel de viento y CFD Figura 18. Trailer de Mercedes Benz siendo sometido a pruebas de viento, actualmente se realiza prueba en el túnel de viento al mismo tiempo que se realiza simulación computarizada permitiéndose así un acercamiento mas certero en el análisis para la mejora del diseño aerodinámico. Fuente: http://www.mercedes-benz.es 21 A diferencia de un túnel de viento el software CFD es menos costoso aunque las Figura 19. De izquierda a derecha: Simulación de sistema de enfriamiento de frenos, prueba en túnel de viento a balón Jabulani, prueba de túnel de viento a paraguas. Fuente: www.google.com Con base en la teoría de fujo potencial, se desarrolló un método para el dimensionamiento y la geometría de las piezas más importantes que son: el cono de contracción, el difusor y el sistema de cambio dimensional. Adicionalmente se contemplaron medidas antropométricas funcionales y estáticas con el objetivo de facilitar el uso. Éstas fueron consideradas a partir de un análisis de actividades concernientes al uso, transportación, instalación y almacenamiento, entre otras. sección de la cámara de pruebas y el área efectiva de simulación. Esta última siempre es más pequeña que el área de sección, ya que la efectividad del fujo se reduce por los elementos de medición, soportes y otros accesorios (Figura 23). Principalmente las dimensiones del túnel son determinadas por características como la velocidad que se pretende alcanzar en la cámara de pruebas y las dimensiones de los objetos que desean ser sometidos a simulaciones. Estas características sirven para establecer las dimensiones y geometría de la cámara de pruebas, lo que a su vez establece la dimensión de la salida del cono de contracción y la entrada del difusor. Figura 20. Simulación computarizada de estudio orográfco para posicionamiento de generadores eólicos. Fuente: www.greenward-technologies.com. computadoras necesarias para correr las simulaciones son de precio medio; sin embargo las grafcas observadas en este tipo de simulaciones son aproximaciones matemáticas basadas en el método del elemento fnito (FEM), que a fnal de cuenta son solo eso, aproximaciones. Estos programas se basan en ecuaciones matemáticas que son interpretadas para mostrarse en una imagen renderizada como las que se ven a continuación. El túnel de viento a diferencia de los CFD pueden mostrar en tiempo real el fujo sobre un modelo físico, y con el equipo adecuado también es posible captar los esfuerzos para determinar si es que se deben hacer cambios en el diseño. Los CFD pueden ser muy útiles como herramienta comparativa para la investigación en relación con las prácticas realizadas en un túnel de viento. Existen diversas compañías que proporcionan el software necesario para realizar las simulaciones. Algunos de estos programas pueden operarse de manera añadida (plugin) a programas enfocados en CAD/CAM/CAE como la gama de programas de las compañías Autodesk, Dassault Systemes y Siemens. Otra forma de operar las simulaciones 22 Figura 21. En la gráfca se observan los vectores velocidad y las líneas de fujo sobre un vehículo de fórmula uno. es a partir de un programa dedicado como los programas desarrollados por ANSYS. Algunas de las características del diseño propio fueron enfocadas a las necesidades del usuario directo u operador, tales como el mejoramiento de la visibilidad y un fácil acceso para la manipulación de modelos y otros accesorios como soportes o componentes de medición. Cámara de pruebas. Figura 22. Se observa una imagen obtenida por CFD y en ella el perfl de un automóvil de carreras y las cargas generadas por las capas de viento y sus direcciones. Fuente: www.aeriusphoto.com. DISEÑO ESPECÍFICO. En el caso propio, el diseño se concentró en desarrollar un túnel de viento de circuito abierto debido a cuestiones de espacio y costo, subsónico que será sufciente para propósitos educacionales, y un sistema que permite generar simulaciones tanto tridimensionales como bidimensionales. Primero se determinan las dimensiones de la cámara y el tipo de sección; generalmente se usa una sección cuadrada. Sin embargo durante el desarrollo del cono de contracción se propusieron esquinas biseladas y por principio de continuidad se biselaron también las esquinas del cabina. La longitud de la cámara de pruebas fue propuesta basándose en encuestas realizadas a un grupo alumnos con conocimientos en Arquitectura y Diseño, quienes consideraron un promedio de tamaño de prototipos realizados en proyectos previos; fueron elegidos aleatoriamente. Cabe mencionar que al momento de la realización de pruebas, los prototipos no deben estar cerca de la entrada de aire, al menos un 10% de separación de la sección adyacente (cono de contracción), respecto del tamaño total de la cabina; también es importante saber que a medida que la longitud de la cabina aumenta, la calidad de fujo es más difícil de mantener. Una consideración importante durante el diseño de la cabina es identifcar el área de Figura 23. Área de sección y área efectiva de simulación. Fuente: elaboración propia. El factor más importante en la propuesta de la cabina es la visibilidad. Muchos túneles de viento tienen una ventanilla pequeña de observación, lo que limita los ángulos de visión, siendo el fundamento que a menor cantidad de luz entrante, mejor contraste y por lo tanto mejor visibilidad para un individuo. En el diseño propio se propuso una cabina completa transparente, considerando que al tener visión limitada se difcultan las actividades a nivel académico. Se buscó sin embargo suprimir el problema de iluminación no deseada mediante procesos para matizar la superfcie plástica, así como la colocación de superfcies de contraste en el interior de la cabina. (Figura 24) Cono de contracción. Para del desarrollo del cono de contracción, primero se estableció la velocidad que se pretende alcanzar, que fue de 40 m/s. Posteriormente se calculó el caudal que genera un motor de ½ hp con una hélice prediseñada a través del área delimitada por las dimensiones de la cabina de pruebas. Una vez conocido el caudal, se estableció la 23 Difusor. Existe una relación de longitud y ángulo de ensanchamiento máximo permisible. Diversos autores recomiendan no sobre pasar de 5° , de lo contrario la salida del viento se precipita y genera problemas de calidad de fujo en la cámara de pruebas. (Figura 26) Con el ángulo de ensanchamiento establecido, el área total de salida y área de entrada, la longitud del difusor y su geometría puede ser calculada apoyándose en trigonometría básica por medio de funciones de tangente. Figura 24. Cabina de pruebas. Fuente: elaboración propia. relación de contracción 4 mínima necesaria para alcanzar la velocidad deseada en la cámara de pruebas, lo cual permitió a su vez establecer un área mínima necesaria de entrada para el cono de contracción. Los datos anteriores proporcionaron información necesaria para el cálculo y el desarrollo de la geometría del cono que se llevó a cabo mediante funciones trigonométricas básicas. Para suprimir algunas de las componentes normales a la dirección del fujo, se biselaron las aristas del cono de contracción en un ángulo de 45°, usando como referencia las secciones transversales de entrada y de salida. La distancia se determinó mediante porcentajes relativos a las dimensiones de la sección, en la propuesta correspondieron al 8% en cada esquina. (Figura 25) Estructura. El diseño de la estructura contempla además de factores de resistencia, factores estéticos que proporcionan una alta carga visual. Algunas de las funciones adicionales de la estructura son servir como elemento que permita organizar sistemas eléctricos manteniéndolos ocultos y fuera de corto alcance que pudieran generar un accidente por elementos expuestos. Se incorporó también la función de guardado de elementos propios del túnel, tales como soportes, fltros de aire, sistemas de medición o captura y accesorios para inyección de gas. La estructura fue segmentada de acuerdo a las secciones del túnel y está unida mecánicamente a las piezas de cada sección formando módulos pre-armados, que ensamblados conforman la totalidad del túnel de viento. Dicha situación generó un problema de sellado que fue resuelto mediante un sello de hule de 1mm de espesor que permanece fjo en cada módulo. Tras el dimensionamiento y considerando las características de cada pieza, se continuó el desarrollo de la propuesta por medios digitales que -tras varias evaluaciones y modifcaciones- concluyó en un elemento de diseño que integra funciones y mecanismos de manera organizada. (Figura27) CONSIDERACIONES DE CONSTRUCCIÓN. Figura 25. Cono de contracción. Fuente: elaboración propia. Relación de contracción: cociente de área de 4 entrada entre el área de salida de un cono de contracción. 24 Figura 26. Calidad de fujo afectada en la cámara de pruebas por longitud de difusor mal calculada. La primera fgura muestra un fujo mas uniforme horizontalmente, la segunda fgura considera el mismo diámetro de salida pero reduce la longitud del difusor al 50% afectando la laminación del viento en la cámara de pruebas que se observa mediante líneas de corriente con un ángulo de salida no deseado. Fuente: elaboración propia. Antes de comenzar la construcción del túnel de viento, es necesario conocer las condiciones en las que se encuentra el lugar Figura 27. Propuesta de túnel de viento por Josue A. Saenz Zubieta. Fuente: elaboración propia. donde será colocado, ya que algunas veces deben realizarse adecuaciones a la infraestructura existente para optimizar el uso del túnel, como la orientación del aparato para evitar refejos de luz o salidas de aire al exterior para dirigir el gas de las pruebas. Una vez terminada la etapa de diseño y especifcación, se procede a la planeación de construcción del equipo. Generalmente estos aparatos son armados con una cantidad considerable de piezas y siendo que se trata de diseño específco, la mayoría de las piezas deberán ser fabricadas acorde a los requerimientos del diseño. No se usen piezas comerciales, a menos que su inclusión sea precisa o haya sido tomada en cuenta durante la etapa de diseño. Las adaptaciones generalmente tienen poca precisión y podrían afectar el funcionamiento negativamente. Un paso importante en la planeación es establecer etapas de construcción, de manera que cada pieza pueda ser presentada y probada antes del armado defnitivo. Esto permite verifcar la calidad de las piezas y determina si la pieza es apta para el ensamble, o si debe ser recalibrada o excluida. Un factor importante para una pla ne ac ió n y e je c uc ió n ef e c tiv a, e s una selección cuidadosa de los materiales y procesos de construcción para cada pieza. Para túneles de viento educacionales, las dimensiones no suelen ser tan grandes 25 de manera que las opciones de materiales generalmente se reducen a plásticos y/o metales, gracias a sus propiedades de maleabilidad5 , resistencia6 y plasticidad 7. En el caso propio, la construcción del equipo se realizó en varias etapas y se redujo la escala del elemento por cuestiones de tiempo-costo, siendo la escala del prototipo presentado en las imágenes de 1:2.6. La primera etapa consistió en el desarrollo de moldes para aspersión de fbra de vidrio. Posteriormente se realizaron las piezas metálicas para la estructura y fnalmente el armado y la calibración del equipo. Cada paso se detalla a continuación. El proceso y material de cada pieza fue decidido bajo diferentes criterios con base en la factibilidad técnica, eligiendo como lo primordial, el costo y la calidad. Tomando como premisa que la calidad del elemento determina la calidad del fujo, las piezas de geometría compleja fueron desarrolladas en una sola pieza de fbra de vidrio, eliminando de esta manera las uniones que pudieran generar superfcies irregulares, que a su vez pudieran generar turbulencias en el fujo de aire. Dichas piezas fueron el cono de contracción y el difusor de salida. El resto de las piezas como la estructura y el cuerpo de la sección del mecanismo impulsor, fueron construidas en lámina metálica ya que su función en el túnel no interviene con la calidad del fujo de aire. Desarrollo de moldes. Apoyarse en métodos tecnológicos para manufactura es de vital importancia, ya que éstos proporcionan un alto nivel de precisión. En el caso particular se desarrollaron los moldes por computadora utilizando el software de Autodesk® Inventor® para después cortar las plantillas de dichos moldes por medio de corte laser, lo que permitió construir moldes con un alto grado de precisión, y por lo tanto piezas de fbra de vidrio de alta calidad con una tolerancia de ± 0.002 m. Dichos moldes fueron realizados en Maleabilidad: se refere a la propiedad que 5 presentan los materiales de deformarse sin romperse obteniendo láminas. 6 Resistencia: se refere a la propiedad que presentan los materiales para soportar las diversas fuerzas. Es la oposición al cambio de forma y a la separación, es decir a la destrucción por acción de fuerzas o cargas. 7 Plasticidad: capacidad de un material de deformarse bajo la acción de una carga conservando la deformación al retirar la misma. 26 lámina metálica de un calibre que permitiera estructurarse correctamente y soportar la temperatura de gelado y cristalización de la fbra de vidrio sin sufrir deformaciones. Cada molde fue pulido para pasar al siguiente proceso donde fue curado y preparado con películas separantes para la aplicación de la fbra de vidrio. Una vez cristalizada la fbra, las piezas fueron desmoldadas y pasaron a ser rectifcadas y calibradas para fnalmente recibir tratamiento de acabados. (Figura 28) El tema de calibración se profundizará en el siguiente apartado. Algunas recomendaciones para la instalación son: • Tener una salida de aire al exterior, de manera que el gas que se inyecta para las pruebas tenga una salida y no se estanque en el aula de clases. Aunque el gas no es nocivo para la salud, al concentrarse interfere con la visibilidad. del difusor, así como la obtención de datos de fujo volumétrico. Para estas pruebas se requiere al menos un anemómetro 8. Primero se realiza la prueba de aceleración de fujo volumétrico en el cono de contracción, que consiste en realizar una serie de lecturas de velocidad en la entrada del cono y otra serie de lecturas en la sección de salida del cono, adyacente a la cámara de pruebas. • La orientación y colocación del túnel en función de ventanas es importante, ya que un problema frecuente es que la visibilidad se puede ver afectada por refracciones de luz natural en la cabina de pruebas del túnel. Es recomendable también el uso de colores obscuros con acabados mate en las paredes para evitar esos refejos. Los puntos más importantes son los vértices de la sección. Los puntos intermedios son un método de apoyo para detectar fuctuaciones de velocidad. Las lecturas deben realizarse durante al menos 30 segundos por punto en condiciones controladas, sin ráfagas de viento externas. Es importante 29) máxima y la media de • El uso de periféricos audiovisuales registrar la velocidad cada punto y después calcular un promedio como cámaras y pantallas es una herrageneral. (Figura mienta que ayuda a evitar aglomeraciones de personas alrededor del túnel. Figura 28. Moldes de cono de contracción, estabilizador y difusor antes de proceso de curado. Imágen propia. Estructura. La propuesta de diseño indica una estructura de tipo superfcie activa, lo que sugiere una construcción en material laminado. Se seleccionó lámina metálica calibre 16, y por medio de patrones desarrollados por computadora se cortaron las piezas con método de laser. Durante el desarrollo de los patrones se contemplaron variables de resistencia, procurando que las piezas tuvieran el menor número de uniones posibles. Armado. El concepto utilizado para el desarrollo del túnel se basó en la modularidad, lo que implica sistemas de unión y ensamble. Los módulos fueron: sección de contracción, sección de pruebas, sección de difusor y sección de impulsión. La primera fase de ensamble consistió en realizar el montaje de las piezas que conforman cada módulo. Todas las uniones fueron mecánicas, lo cual permite -en caso de ser necesario- desarmar el túnel en sus componentes más básicos. Al terminar el armado de cada módulo, se unieron por medios mecánicos específcamente por tornillos. • Si el túnel está equipado con rodamientos, es necesario asegurarlos para evitar alteración en el funcionamiento y operación del aparato que pudiera ser empujado por los alumnos. La nivelación no debe pasarse por alto, ya que es importante para que los modelos puedan ser colocados en la posición correcta respecto del piso. • Las instalaciones eléctricas deben permanecer ocultas para evitar obstrucciones y accidentes, así como asegurarse de que la instalación es la correcta para el tipo de corriente eléctrica requerida por los elementos del túnel. 10. Experimentación y medición. Una vez terminado el proceso de construcción, es importante verificar que no existan fugas en el sistema. Una forma de asegurarse consiste en hacer una mezcla de jabón líquido hasta obtener espuma y colocarla en las uniones de las piezas, accionar el mecanismo impulsor e identifcar las fugas por espuma dispersa. Una vez rectifcadas las fugas se procede a las pruebas de gasto y calibración. Figura 29. Retícula para las ubicaciones de los puntos para toma de lecturas de velocidad en el cono de contracción. Fuente: elaboración propia. Para comprobar que existe una aceleración en el cono de contracción, es importante conocer la relación de contracción que se obtiene mediante: Relación de contracción=Área de entrada/Área de salida Una vez conocida la relación de contracción se obtienen los fujos volumétricos Q=Av para el área de salida y el área de entrada, dado por: Pruebas de fujo volumétrico. Esta prueba tiene como propósito comprobar el aumento de velocidad en el cono de contracción y la reducción en la salida 8 Donde: Q= Flujo volumétrico. A= Área. v= Velocidad promedio. El fujo volumétrico en el área de salida Anemómetro: Es un aparato meteorológico que se usa para la predicción del clima, y específcamente, para medir la velocidad del viento. (wilkipedia). 27 del cono (adyacente a la cámara de pruebas) está dado por el producto del fujo volumétrico de entrada expresado en m3/s por la relación de contracción. La velocidad de salida del cono puede calcularse a partir del fujo volumétrico ya obtenido y puede ser comparada con la velocidad promedio de las lecturas del anemómetro y calcular la fuctuación. cuenta con una cantidad determinada de puntos que es directamente proporcional a las dimensiones AB de la entrada en un corte transversal. Entre más grande, más puntos (Figura 31) un alto nivel de precisión, lo cual es fundamental para su correcto funcionamiento. Doreste López Álvaro, Sustentación y Arrastre de Perfles Aerodinámicos. Tesis Profesional, Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Ingeniería, 1983. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA. Para el difusor el procedimiento es muy parecido, pero al tratarse de una transición geométrica, la retícula para la toma de lecturas en la salida del difusor cambia al tener un área circular. Para términos prácticos basta con empatar las áreas para obtener los puntos correspondientes a la trayectoria inicial. (Figura 30) Villegas Martínez César Augusto, Proyecto y Construcción de un Túnel de Viento, Trabajo Recepcional, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Facultad de Ingeniería, 1987 Calibración. Este procedimiento es necesario para que al accionar el túnel de viento, el fujo de aire Figura 31. Retícula para las ubicaciones de los puntos para toma de lecturas de velocidad de un túnel tridimensional. Fuente: elaboración propia. Después de la toma de lecturas se procede a la realización de perfles de velocidad, lo cual permite conocer el comportamiento del aire dentro de la cámara de pruebas. (Figura 32) Figura 30. Retícula para las ubicaciones de los puntos para toma de lecturas de velocidad en el difusor. Fuente: elaboración propia. sea uniforme de manera que al inyectar el tinte de gas, la trayectoria sea paralela a la trayectoria de las líneas de corriente. Para determinar si el túnel debe ser recalibrado, se debe realizar un perfl de velocidades que se obtiene tomando una serie de lecturas de velocidades en diferentes patrones vertical y/o horizontal, dependiendo del tipo de túnel. Para túneles de viento bidimensionales las lecturas se realizan en perfles verticales a lo largo de la cabina del túnel. Para túneles de viento tridimensionales, es necesario obtener datos de perfles verticales y horizontales. Las lecturas entonces deben realizarse en planos transversales uniformemente paralelos a lo largo de la cabina de pruebas. Para realizar cada serie de lecturas se establece una retícula que 28 Para una mejor comprensión los puntos se grafcan y puede observase la variación de velocidades, además de determinar anomalías en la calidad del fujo de viento. Los puntos pueden grafcarse en su totalidad, o por planos verticales u horizontales independientemente si así se requiere. El túnel de viento es un aparato que ha sido considerado paulatinamente una herramienta importante en los estudios profesionales. En principio se introdujo sólo en la Carrera de ingeniería, siendo usado para estudios en mecánica de fuidos. Sin embargo el aprovechamiento, la evasión o control del viento también puede aplicarse a distintos temas que involucran diseño de espacios y de objetos. CONCLUSIONES. Un túnel de viento es un simulador que debe permitir a los estudiantes conocer y analizar distintas variables tanto cualitativas como cuantitativas. Es importante remarcar que una vez comprendidos los principios de dinámica de fuidos y aplicados a una simulación que pueda proporcionar datos cuantitativos, la información de tipo cuali- Figura 32. Perfl de velocidades. Y un método práctico para el cálculo de variación entre puntos donde Va= variación, expresado en términos de porcentaje. La variación esta en relación de la velocidad promedio entre los puntos. Fuente: elaboración propia. tativa se conocerá de manera intuitiva en simulaciones posteriores, de manera que el alumno pueda predecir visualmente los movimientos de los fuidos y los efectos en las propuestas de diseño durante la etapa creativa. El desarrollo de un túnel de viento es un trabajo interdisciplinar muy extenso, pues existe mucha retroalimentación en cada etapa del proceso. Por lo tanto es importante jerarquizar los problemas que existan en torno al diseño y construcción de un simulador de esta índole, para tomar las decisiones más pertinentes y convenientes para el proyecto. Al fnalizar debe crearse un proyecto que supla y supere las expectativas para cada campo de profesionales involucrados, conscientes de que cada objeto está sujeto a mejoras detectadas por medio del uso continuo y no oponerse a la modifcación del proyecto original. Silva Treviño Carlos Jerónimo, Diseño y Construcción de un Túnel de Viento Bidimensional Subsónico de Circuito Abierto por Inyección, Trabajo Recepcional de Maestría, Universidad de Colima, Facultad de Arquitectura y Diseño, 2005. Monge Gapper Juan Gabriel, Dimensionado y Construcción de un Túnel de Viento de Baja Velocidad, Artículo, M.I.M, Profesor de Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Costa Rica, 2006 Ávila Chavrand Rosalío, Prado León Lilia L., González Muñoz Eva L., Dimensiones Antropométricas de Población Latinoamericana México, Cuba, Colombia, Chile. Universidad de Guadalajára, Centro de Investigaciones de Ergonomía, Editorial Pandora. Guadalajara, Jal., 2001. Candel Vila Rafael, Atlas de Meteorología Editorial Jover 12ª. Edición, Barcelona, 1982. Rodriguez Viqueira Manuel, Introducción a la arquitectura bioclimática, Editorial LIMUSA, México 2002. McMullan Randall, Enviromental science in building, Editorial McMillan, 4 edición, Inglaterra 1998. Rodriguez M Gerardo, Manual de Diseño Industrial Ediciones G. Gili, México. Nos encontramos en una era en la que la tecnología avanza aceleradamente, por lo Sanz Adán Feliz, Lafargue Izquierdo José, que es importante mantenerse actualizado Diseño Industrial, desarrollo de producto, en cuanto a desarrollo de procesos y maEditorial Thomson, España, 2002 teriales con el objetivo de obtener ventaja de esos avances. Durante el desarrollo del proyecto se usaron varias tecnologías de procesos como métodos de control numérico (CNC) que permitieron obtener un objeto con 29
