Antecedentes

Un túnel de viento es una herramienta experimental para estudiar los efectos del flujo de aire sobre objetos o cuerpos sólidos. El principio de funcionamiento se basa en que el fluido (aire) es soplado o aspirado a través de un ducto equipado con una sección de ensayos, donde se colocan modelos de distintas geometrías para su estudio.

Hay varias técnicas para medir las variables importantes que describen la interacción entre el flujo de aire y el modelo. Las variables mas comunes son velocidad, presión, fuerzas de arrastre y sustentación etc. Las técnicas para medir van desde el uso de tubos pitot (presión), anemómetros de hilo caliente, laser doppler o PIV (velocidad) y balanzas aerodinámicas (fuerzas), partículas trazadoras tipo humo (visualizaciones).

Figura: Tunel de viento de circuito cerrado. Se aprecia un avión Mustang en la sección de ensayo de un túnel

Los túneles de viento pueden ser de cirtuito abierto (el aire es soplado o aspirado y luego escapa del túnel hacia la atmósfera) o de circuito cerrado, donde el aire es forzado a circular en forma indefinida al interior del túnel. El tamaño y tipo de fluido puede variar, desde los muy pequeños donde el tamaño de la sección de ensayo es del orden los micrones (fluido típicamente es un líquido), hasta los grandes que pueden alojar un avion de tamaño real tamaño real como se observa en la fotos. Una tercera clasificación se realiza en función de la velocidad del flujo U, donde se distingue el numero de Mach $M=u/c$ del túnel, donde $c$ es la velocidad del sonido. Notar que si $M<1$ el túnel es subsónico, y si $M>1$ es supersónico. Los parámetros mas importantes que definen la calidad de un túnel de viento son (1) Rango de velocidad (2) Uniformidad del flujo de aire en la sección de ensayo (3) Fluctuaciones temporales de velocidad ($< 0.3 \%$).

Para lograr un túnel de calidad es necesario diseñarlo usando un nivel de ingeniería bastante avanzado, que incorpora una gran parte de los cursos de la Ingeniería Mecánica, y fundamentalmente un gran conocimiento de la Mecánica de Fluidos.

En nuestro caso, diseñaremos un túnel de viento subsónico, de circuito abierto, utilizando el método de soplado. Estos túneles constan típicamente de 5 etapas como se observa en la figura .

Etapas de un túnel de viento de ciclo abierto

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.

3. Cámara de Laminarización: Usa paneles de nido de abeja y mallas finas para reducir las fluctuaciones de velocidad del aire.

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.

Figura: Túnel de viento de ciclo abierto [2]