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Untitled Prezi

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by

deyver huamaní

on 8 May 2013

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Transcript of Untitled Prezi

Integrantes:
Diaz Diaz Junior
Ramos Landauro Alex
Durand Ciudad Adriana
Jara Agreda Rafael
Huamaní Alcalde Deyver
Lujan Paima Kevin “SIMULACIÓN DE UN TUNEL AERODINÁMICO PARA LA DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE OSCILACIONES QUE EJERCE EL VIENTO SOBRE UN PUEN COLGANTE” Introducción Justificación Antecedentes En este proyecto de investigación, pretendemos aplicar los conocimientos adquiridos en la universidad en el campo de la ingeniería civil, para realizar un estudio sobre la construcción de puentes colgantes. Para lo cual simularemos un túnel aerodinámico que nos permita medir el nivel de oscilaciones que son ejercidas por el viento sobre un puente colgante.
Un túnel de viento o túnel aerodinámico es una herramienta de investigación desarrollada para ayudar en el estudio de los efectos del movimiento del aire alrededor de objetos sólidos, en este caso en el análisis de un puente colgante. Con esta herramienta simularemos las condiciones que experimentará el objeto de la investigación en una situación real; con la finalidad de determinar si el puente diseñado a construir es factible y si se rige de acuerdo a las condiciones naturales del lugar donde será edificado El motivo de la realización de este proyecto de investigación es simular un túnel aerodinámico a pequeña escala, que nos ayude a determinar el nivel de oscilaciones que ejerce el puente colgante con relación al viento; y de acuerdo a lo observado, desarrollar un análisis que nos permita ver las condiciones de factibilidad en la construcción de este puente Mediante este proyecto se quiere dar a conocer las formas que tienen los ingenieros civiles para analizar un modelo de una obra antes de edificarla y teniendo en cuenta los riesgos de dicha mega-estructura Planteamiento del Problema Formulación del problema Hipótesis OBJETIVOS REALIDAD PROBLEMÁTICA En estos últimos tiempos las actividades relacionadas a la construcción civil han aumentado considerablemente, por lo cual se necesitan mayores conocimientos de los controles de calidad y de los efectos de la naturaleza como es el viento, que puede ser considerado como riesgo dependiendo del lugar donde la obra se realiza.
Como es el caso en la construcción de puentes colgantes, para lo cual es necesaria que los estudiantes de ingeniería y los ingenieros civiles sepan cómo determinar el nivel de oscilaciones que se ejercen sobre este tipo de puente, para poder así determinar el modelo idóneo en la construcción civil sin la necesidad que con el tiempo se vea afectado por la interacción del viento u otros fenómenos. ¿En qué medida el simulador del túnel aerodinámico influye en la determinación de las oscilaciones y resonancias de un puente colgante sometido a fuerzas de viento en diferentes direcciones? Proponemos la utilización de un túnel aerodinámico que nos permita medir el nivel de oscilaciones que ejerce el viento sobre el puente colgante; el cual simularemos, para luego corroborar si es posible realizar dicha construcción civil. Pensamos que esta herramienta sería de gran utilidad en la construcción de cualquier estructura ya que como sabemos los efectos de la naturaleza son impredecibles, pero de una forma u otra nos ayudara a poder prevenir algún desastre o derrumbe de dichas estructuras. GENERAL

•Construir un simulador de un túnel aerodinámico para determinar las oscilaciones y resonancias de un puente colgante sometido a fuerzas de viento en diferentes direcciones. ESPECÍFICOS

•Simular un puente colgante que sea afectado por varias fuerzas externas, y con ayudad del túnel aerodinámico medir su capacidad de resistencia ante estos efectos.
•Medir el nivel de oscilaciones que ejerce el viento sobre el puente colgante.
•Determinar si dicho puente colgante es factible su construcción en un área donde corren fuertes vientos. La resonante caída del Tacoma Narrows Bridge Habitualmente, cuando pensamos en el fenómeno de la resonancia, aparecen en nuestras mentes imágenes de la famosa catástrofe del puente de Tacoma. Dichas imágenes nos recuerdan la capacidad destructora de dicho fenómeno cuando ocurre en estructuras civiles flexibles, como un puente colgante de acero.
El Tacoma Narrows abierto al público el 1º de Julio de 1940, fue diseñado para el cruce de 60.000 autos por día, tenía unos 2,5km de longitud aproximadamente y era el tercer puente más largo del mundo en el momento de la construcción. Rápidamente fue bautizado “Gertrudis galopante” debido a su temprana tendencia a oscilar, oscilación que apareció durante su construcción. “El día de su caída sufrió oscilaciones verticales de flexión de amplitud entre 0.5 y 1.0 metros, repitiéndose alrededor de 12 veces cada minuto, seguidas de movimientos de torsión cuya amplitud fue aumentando hasta alcanzar 8.5 metros, lo que suponía que el tablero se situaba con una inclinación de 45º respecto de su posición horizontal. Esta oscilación se repitió aproximadamente 14 veces por minuto hasta que finalmente se produjo el colapso.” (Hernández; Fernández y Irigoyen, Marzo 2005)
Ensayos en túneles de viento A partir de la caída del Tacoma se realizaron varios modelos a escala del puente, tratando de reproducir la catástrofe. En los mismos se identificaron muchos modos para los cuales las amplitudes estaban auto limitadas, excepto para un modo de torsión en particular cuya frecuencia era de 0.2Hz, precisamente la frecuencia de oscilación del puente en el momento del colapso. En los ensayos en túneles de viento se comprobó que la frecuencia de oscilación del puente era independiente de la velocidad del viento (fuente de la fuerza excitadora).
Además, a partir de cierta velocidad del viento crítica, el flujo de aire comienza a entregarle energía al puente en forma creciente.

Todas estas características definitivamente no coinciden con el modelo clásico de resonancia.
La acción del viento sobre el puente no tiene asociada una fuerza excitadora de determinada frecuencia. Además si el puente hubiera entrado en resonancia a cierta velocidad del viento, en los ensayos se tendría que haber observado una disminución de la amplitud de oscilación del puente a medida que aumentaba la velocidad del viento, ya que una de las características de la resonancia es la presencia de un pico en la amplitud de la oscilación.
Puentes colgantes que se cayeron por acciones del viento y la resonancia Puente de wheeling USA Marco Teórico Historia de los túneles de viento Cómo funciona el túnel de viento Otras pruebas realizadas en túneles de viento En ingeniería, un túnel de viento o túnel aerodinámico es una herramienta de investigación desarrollada para ayudar en el estudio de los efectos del movimiento del aire alrededor de objetos sólidos. Con esta herramienta se simulan las condiciones que experimentará el objeto de la investigación en una situación real. En un túnel de viento, el objeto o modelo, permanece estacionario mientras se propulsa el paso de aire o gas alrededor de él. Se utiliza para estudiar los fenómenos que se manifiestan cuando el aire baña objetos como aviones, naves espaciales, misiles, automóviles, edificios o puentes. Un túnel de viento, conocido como "tubo aerodinámico" fue diseñado y construido por Ziolkovsky en 1897.
Una vez que este descubrimiento vio la luz, datos técnicos detallados se extrajeron rápidamente. Se acredita a Wenham y a su colega Browning de muchos descubrimientos fundamentales, incluyendo la revelación de los efectos beneficiosos de una proporción del aspecto alta. Carl Rickard Nyberg usó un túnel aerodinámico al diseñar su Flugan en 1897.
En experimentos, el inglés Osborne Reynolds(1842-1912) de la Universidad de Manchester demostraba que el patrón del flujo de aire sobre un modelo a escala sería el mismo para el vehículo real si cierto parámetro del flujo fuera el mismo en ambos casos. Este factor, ahora conocido como el Número de Reynolds, es un parámetro básico en la descripción de todas las situaciones fluido-flujo, incluyendo las formas de los patrones del flujo, la facilidad de transmisión del calor, y la presencia de la turbulencia. Esto comprende la justificación científica central para el uso de modelos en los túneles aerodinámicos al simular los fenómenos de la vida real.
Los hermanos Wright usaron un túnel aerodinámico simple en 1901 para estudiar los efectos de la corriente de aire al pasar por varias formas mientras desarrollaban a su Wright Flyer, era en parte, algo revolucionario.
El uso subsiguiente de túneles aerodinámicos fue proliferando como la ciencia aerodinámica y las disciplinas de ingeniería aeronáutica y se desarrollaron los viajes y el poder aéreo. Los túneles aerodinámicos estaban a menudo limitados por el volumen y la velocidad de la corriente de aire que podría entregarse.
El túnel aerodinámico usado por los científicos alemanes en Peenemünde durante La Segunda Guerra Mundial es un ejemplo interesante de las dificultades asociadas con extender el rango útil de un túnel aerodinámico, donde se emplearon cuevas naturales que se aumentaron en tamaño mediante la excavación y entonces fueron selladas para guardar grandes volúmenes de aire que podría ser redireccionado a través de los túneles. Esta innovación permitió la investigación de los regímenes de velocidad altos y aceleraron la proporción y los esfuerzos de la ingeniería aeronáutica de Alemania, haciendo posible que este país fuera el primero en poner en servicio cazas a reacción. El primer túnel de viento supersónico fue construido en Alemania, con una potencia de 100.000 caballos de vapor. Después de la Segunda Guerra Mundial], fue desmantelado y trasladado a América.
El aire es soplado o aspirado a través de un conducto equipado con rejillas estabilizadoras al comienzo para garantizar que el flujo se comporte de manera laminar o con obstáculos u otros objetos si se desea que se comporte de forma turbulenta. Los modelos se montan para su estudio en un equipo llamado balanza a la cual están adosados los sensores que brindan la información necesaria para calcular los coeficientes de sustentación y resistencia, necesarios para conocer si es factible o no emplear el modelo en la vida real. Además son empleados otros dispositivos para registrar la diferencia de presiones en la superficie del modelo en cuestion. Los resultados prácticos deben ser comparados con los resultados teóricos, teniendo fundamentalmente en cuenta el Número de Reynolds y el Número Mach que constituyen los criterios de validación en las pruebas con modelos a escala. •Pueden unirse hebras a la superficie de estudio para detectar la dirección del flujo de aire y su velocidad relativa.
•Pueden inyectarse tintes o humo en el flujo de aire para observar el movimiento de las partículas, o sea, como se turbulizan al pasar por la superficie.
•Pueden insertarse sondas en puntos específicos del flujo de aire para medir la presión estática y dinámica del aire.

Composición general presente en los túneles de viento. •Ventilador
Produce la corriente de aire del circuito en el que se desarrolla la circulación de aire. Debe ser la velocidad adecuada para que la medición sea exacta.
•Cámara de ensayos
En la que se sitúa el modelo experimental a probar. El tamaño de la cámara de ensayo es una de las características más importante de un túnel, ya que una de grandes dimensiones permite probar modelos sin gran reducción de escala con respecto al original, lo que permite mantener el índice de semejanza del número de Reynolds.
Estabilizadores de corriente tras el ventilador
Con el fin de que quede anulada la rotación comunicada por el ventilador.
•Ventanillas anti-pompaje
Ventanillas o rejillas que permiten el equilibrio de las presiones y evitan las oscilaciones críticas de las mismas.
•Difusor
Con el objetivo de reducir la velocidad expandiendo el fluido y recuperando la presión estática, el difusor está dividido en dos partes por el ventilador. Los difusores son muy sensibles a errores de diseño, pueden crear separación de la capa límite de manera intermitente o estable que es difícil de detectar y pueden crear vibraciones en el túnel, oscilación en el ventilador y variación en la velocidad de la sección de prueba. Hay que tener en cuenta que el aire que llega al difusor no es laminar, el aire que sale de la sección de prueba no es uniforme lo que hace cada vez más difícil el trabajo del difusor.
•Cono de contracción
Tiene la función de aumentar la velocidad del flujo. Los túneles aerodinámicos se pueden construir de diferentes materiales como por ejemplo: de chapas de acero, aluminio, fibrocemento, tejido metálico con mampostería, plástico reforzado etc. Sin embargo la construcción mixta de madera y acero se impuso finalmente, pues el mismo es fácil de trabajar y mantener.
OSCILACIÓN LA RESONANCIA PUENTE •Se denomina oscilación a una variación, perturbación o fluctuación en el tiempo de un medio o sistema. OSCILACIÓN LIBRE •En el caso en que un sistema reciba una única fuerza y oscile libremente hasta detenerse por causa de la amortiguación, recibe el nombre de oscilación libre. Éste es por ejemplo el caso cuando pulsamos la cuerda de una guitarra. OSCILACIÓN AMORTIGUADA •Si en el caso de una oscilación libre nada perturbara al sistema en oscilación, éste seguiría vibrando indefinidamente. En la naturaleza existe lo que se conoce como fuerza de fricción (o rozamiento), que es el producto del choque de las partículas (moléculas) y la consecuente transformación de determinadas cantidades de energía en calor. Ello resta cada vez más energía al movimiento (el sistema oscilando), produciendo finalmente que el movimiento se detenga. Esto es lo que se conoce como oscilación amortiguada. OSCILACIÓN AUTOSOSTENIDA •Si logramos continuar introduciendo energía al sistema, reponiendo la que se pierde debido a la amortiguación, logramos lo que se llama una oscilación autosostenida. Éste es por ejemplo el caso cuando en un violín frotamos la cuerda con el arco, o cuando soplamos sostenidamente una flauta. •La resonancia es uno de los fenómenos físicos más espectaculares y divertidos. Lo notamos cuando cantamos en la ducha, pulsamos el botón del microondas o empujamos el columpio del niño. Su estructura interna es bastante sencilla: una fuerza externa periódica con la frecuencia adecuada, un sistema que no quiere moverse de donde está, quizá algo de disipación (energética, se entiende), y poco más. Es capaz de hacer estallar copas, hundir puentes. Este efecto puede ser destructivo en algunos materiales rígidos como el vaso que se rompe cuando un tenor canta. Por la misma razón, no se permite el paso por puentes de tropas marcando el paso, ya que pueden entrar en resonancia y derrumbarse. Así, en Noviembre de 1940, una brisa hizo entrar en resonancia al puente colgante de Tacoma Narrows (Estados Unidos). La frecuencia del viento era similar a la frecuencia natural del puente, con lo cual la energía transferida al sistema es la máxima; las ondas estacionarias producidas en el puente empezaron a balancearlo y acabaron colapsándolo. •Un puente es una construcción que permite salvar un accidente geográfico o cualquier otro obstáculo físico como un río, un cañón, un valle, un camino, una vía férrea, un cuerpo de agua, o cualquier otro obstáculo. El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre el que el puente es construido. Puentes de viga Puentes de arco Puentes colgantes MATERIALES Y EQUIPO


•http://naukas.com/2012/03/26/la-resonancia-bien-entendida-el-puente-de-tacoma-narrows/
•http://www.microsiervos.com/archivo/mundoreal/caida-puente-colgante-tacoma.html
//tejiendoelmundo.wordpress.com/2009/07/25/puente-tacom
-tacoma-narrows-el-colapso-de-un-gigante/

•http://enroquedeciencia.blogspot.com/2010/02/que-le-paso-al-puente-de-tacoma-i.html


•http://www.fing.edu.uy/if/cursos/mecsis/apoyo/tacoma.pdf
•https://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%BAnel_de_viento
•http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/3718/fichero/Parte+I%252FCapitulo+5.pdf
•http://www.ecured.cu/index.php/T%C3%BAnel_aerodin%C3%A1mico
•http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujodegases/tuneldeviento2/tunelviento2espanol.html


•https://es.wikipedia.org/wiki/Puente
•http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0053-02/contenido/9_clasificacion_puentes.htm


• http://www.eumus.edu.uy/docentes/maggiolo/acuapu/osc.html


•http://vicente1064.blogspot.com/2007/01/resonancia-en-el-puente-de-takoma.html

Para Túnel Aerodinámico (simulador)

•Aluminio (Armadura)
•Sopletes
•Motor ( 1 caballo monofásico )
•Mica
•Mangueras de inyección
•Madera
•Controlador de presión de aire
•Soldadura

Para puente colgante (maqueta a prueba)

•Plataforma o carriles (papel prensado)
•2 torres (cartón maqueta y/o madera)
•Cables
Linkografia Puente Tacoma
Narrows Fin
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