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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL DE VIENTO

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by

soraya gonzalez

on 7 May 2015

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Transcript of DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL DE VIENTO

Diseño y fabricación de túnel de viento subsónico de tiro inducido
La investigación y desarrollo tecnológico son uno de los motores que impulsan el desarrollo económico. Tanto las Instituciones educativas, como Centros de Investigación y el sector Privado, realizan inversiones en el busca degenerar tecnología eficiente.
El túnel aerodinámico o túnel de viento, es un instrumento científico-tecnológico, utilizado mayormente para realizar estudios sobre las particularidades del viento, como las distribuciones de presiones y vibraciones inducidas por el aire; tiene diversos usos, desde el área de termodinámica y teoría de fluidos, calibración y hasta el diseño de ventiladores, hélices y álabes.
Existen diversos centros de investigación e instituciones en México especializadas en la investigación y desarrollo de tecnologías para la búsqueda de soluciones a problemáticas que afectan a la sociedad, pero que algunas veces no cuentan con el financiamiento para la realización y comprobación de proyectos.

Se plantea diseñar y construir un túnel aerodinámico de circuito abierto de tiro inducido, de fácil acceso por parte de los centros de investigación e instituciones, para poder realizar de manera experimental pruebas de perfiles aerodinámicos y modelos sólidos que interactúen con el movimiento del aire.

- Búsqueda de nuevas alternativas por aumento de demanda energética

- La implementación de sistemas que aprovechen la energía eólica como aerogeneradores, requiere el desarrollo de prototipos para maximizar la eficiencia de la geometría.

- Minimizar los costos en el desarrollo de prototipos a tamaño real realizando una evaluación a una escala representativa del prototipo y bajo condiciones controladas.

Objetivo General
Diseñar, fabricar y caracterizar un túnel de viento subsónico de circuito abierto de tiro inducido para pruebas aerodinámicas.

- Diseñar los componentes de su geometría para la integración correcta.

- Realizar pruebas experimentales y caracterización del túnel de viento.
- Realizar un análisis de materiales para la construcción del túnel de viento así como elementos que conforman el mismo
Por: César Sánchez Gil
El uso de los túneles de viento ha aportado a los investigadores, los medios para poder realizar pruebas de objetos aerodinámicos, midiendo las propiedades de:
- arrastre
- estabilidad
- control
Es indispensable para el diseño y desarrollo
aeronáutico
, y vital para el desarrollo de conocimientos científicos e información para diseño y creación de productos de uso cotidiano:
medios de transporte, construcción de edificios y de parques eólicos para captación de energía.
El diseño y construcción del túnel de viento será una aportación significativa para el área de investigación tanto de la universidad como de las Instituciones e Industrias .
Introducción
Objetivos Específicos
- Determinar el proceso de ensamble, realización de pruebas, medición de velocidades, calibración y preparación del flujo con modelos a escala en el túnel de viento.
-Diseñar una interfaz de sensores desde la cámara de pruebas hasta la PC utilizada por el usuario.
Para la evaluación de prototipos a escala son utilizados túneles de viento mediante los cuales es posible controlar parámetros como velocidad y dirección del viento, así como también es posible estudiar el comportamiento de este alrededor de la geometría y las fuerzas que ejerce sobre la superficie del prototipo.

En el mercado existen diversos modelos de túneles de viento, cuya finalidad es académica ya que el tamaño del área de trabajo o prueba
oscila entre 10x10 y 20x20 cm2, por lo que no es posible analizar prototipo a escala que representen adecuadamente el comportamiento del prototipo a tamaño real.

Para obtener áreas de trabajo superiores a 0.5x0.5 m2 se requiere re-plantear las dimensiones y la geometría de cada uno de los elementos de los que consta el túnel de viento, para obtener las condiciones de flujo laminar y turbulencia adecuadas dentro del área de trabajo.

Justificación
Descripción del problema
Asesor: Dr. Rubén Domínguez Maldonado
Mérida, Yucatan a 3 de Mayo de 2015
Bibliografía:
Entregables
Túnel de viento de tiro inducido:
- Capacidad para realizar pruebas con objetos a escala, pudiendo alcanzar una velocidad máxima de 23 m/s.
Selección de túnel de viento
Se realizó un análisis de las necesidades actuales:
- productos inmersos en el mercado
- herramientas necesarias
Se decidió el modelo y las características del prototipo final a diseñar.
Tomándose en cuenta los factores de: costos aproximados, tiempo estimado de diseño y fabricación, así como las áreas de estudio de mayor relevancia.

Metodología
Calculo de geometrías de túnel de viento
Las dimensiones del túnel de viento están directamente relacionadas con la sección transversal de la cámara de pruebas.
Esto le proveerá la velocidad que se quiere alcanzar de23 m/s dentro de la cámara de pruebas, el tipo de viento y la potencia del motor que le proveerá.
Análisis de materiales para fabricación de secciones que componen el túnel
construcción
ensamble
Adecuación de cámara de pruebas
Pruebas físicas
Caracterización Final
Se diseñaron interfaces gráficas para un mejor desempeño entre usuario y máquina, de esta forma el usuario podrá configurar diferentes variables tales como la velocidad de flujo o la magnitud a medir desde el ordenador.
Se realizó un barrido por toda la cámara de pruebas de acuerdo a un plano bidimensional en el que se tomaron datos en múltiplo de pulgada tanto en el eje vertical como en el horizontal.
Las pruebas se realizaron en el área de entrada a a la cámara de pruebas así como a su salida para poder obtener resultados de si ocurría una alta disminución de flujo laminar así como de su velocidad
Interfaces de selección de velocidad dentro de la cámara de pruebas
Rejillas tipo panal
Las rejillas tipo panal se encargan de evitar cualquier flujo transversal o remolinos ocasionados por el flujo entrante que de lo contrario ocasionaría gran turbulencia dentro del túnel, es capaz de reducir las variaciones en las velocidades transversales.
Cono de contracción
El cono de contracción es una de las piezas fundamentales para obtener un flujo laminar ideal en la cámara de pruebas y a su vez es la pieza más abstracta de diseñar. Este se encarga de acelerar el flujo después de la cámara de sedimentación hacia la cámara de pruebas.
Difusor
El ángulo de la curva de nuestro difusor no debía sobre pasar los 7º como se muestra a continuación, esto para evitar choques del flujo en el interior del difusor y crear turbulencia, además de que existe la separación del flujo laminar.
Extractor
En nuestro túnel de viento utilizamos una cámara de pruebas con dimensiones de 1.2 m * 0.667 m con una velocidad de flujo de hasta 23 m / s.
La longitud de la cámara de pruebas debe estar en el rango de 0.5 – 3 veces su diámetro hidráulico .
Para evitar la reducción de la velocidad del aire y aumento de espesor de la capa límite los bordes afilados deben ser redondeados a 45⁰.
Cámara de prueba
Cámara de acondicionamiento y ajuste de flujo
En esta sección del túnel de viento es donde se lleva a cabo la contracción del aire con el exterior. El objetivo de la cámara de sedimentación que contiene rejillas tipo panal y mallas es reducir el flujo de turbulencia antes que entre a la boquilla.
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