Viru+_ Diseño y funcionamiento de un túnel de viento _ Virutas F1.pdf
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2/3/2015 Viru+:Diseoyfuncionamientodeuntneldeviento|VirutasF1
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Viru+:Diseoyfuncionamientodeuntneldeviento3sep2013porJero9Comentarios
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Untneldevientootnelaerodinmicoesunaherramientadiseadayfabricadaparaelestudiodelcomportamientodelairecuandosemuevealrededordeobjetosslidos.Estosobjetosslidospuedenserdemuydiversanaturaleza,desdevehculosdetransportehastaedificiosoestructurascomopuentes.
EnlaFormula1suimportanciaeselevadsima,hastaelpuntodequeunpequeoerrorcometidoenlaspruebaseneltneldevientopuedesignificarpasardeganarcarrerasaquedarfueradelpodio.Porestaraznlosequiposseafananentenereltneldevientomsavanzadoposible,ysinoesposiblealquilanunoqueseasuficientementeavanzado.
LostnelesaerodinmicosusadosactualmenteenlaFormula1sonestructurascerradas,dondesehacepasaraireatravsdeunconductoelcalcontieneunasrejillasporlasqueselehacepasar.Estasrejillasestabilizadorastienenporcometidogarantizarqueelflujodeairesealaminar,ocolocamosobstculosuotrosobjetosparatrabajarconflujoturbulento.Elaire,unavezcontroladosucomportamiento(normalmentesetrabajaenflujolaminar),sehacepasaraunazona(lamsimportante)llamadagargantaoseccindeprueba,conparedestransparentesparapoderobservarofilmar,dondeencontramoselmonoplazacolocadoenunasuperficiellamadabalanza.Estaesunacintamvil(simulaelmovimientodelvehculo)yquecontienesensoresquenosdanlosdatosparapodercalcularladeportanciageneradaporelaire(downforceeningls)yelarrastreoresistenciaaerodinmicaquesegeneranenelmodelo.Elaireademsestimpulsadonormalmenteporunenormeventiladoraccionadoporunmotordemucha
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potencia.Decirostambinqueenlaseccindeprueba,elmodeloescolocadoenlazonademenorseccin,yaqueporefectoventurielaireseveraceleradoynosahorrartrabajodelventilador.
Unavezobtenidosestosresultados(pormediodesupercomputadores),secomparanconlosresultadostericosyaquesetrabajaconmodelosaescalalamayoradeveces,ysevalidanono.Cmovalidamos,oquecriteriosseguimos?Puesusamoscomocriteriofundamental,elnmerodeReynolds.
ElnmerodeReynoldsoReesunnmeroadimensionalqueesusadoenmecnicadefluidosparacaracterizarelmovimientodeunfluidocualquiera.EsteReesfuncindeladensidaddelfluido,velocidad,dimensintpicadelfluidoyviscosidad,siendoladimensintpicaeldimetrodelconductoqueatraviesaolalongituddefluidoqueconsideremosescoger(sistemahomogneo).CmoinfluyeelReenmiclculo?Puesenaeronuticahayunconceptoqueeseldecapalmite,queeslazonadondeelmovimientodelaireesperturbadoporlapresenciadeunslidoenmovimiento.Enlasuperficiedeesteslidoseformaestacapalmitequepuedefluirenrgimenlaminaroturbulento.Ladiferenciafundamentalentreelrgimenlaminaryelturbulentoestribaenqueenelprimeroelflujoesestableyformalaminasdelgadasysumovimientoespredecible.Enrgimenturbulentoelmovimientoestridimensional,caticoeimpredecible.Decirosqueladiferenciaentretrabajarenrgimenlaminar(queescomotrabajanlosaleronesdelmonoplazanormalmente)yturbulento(usandoelDRSporejemplo,elantiguoFDuct,uotrosaditamentosenaleronestraserosparareducirarrastre)dependeengranmedidadelapropiasuperficie(desugeometra),delarugosidaddelasuperficie,delaturbulenciadelacorrientedeairelibre(deahqueseutilicentrminoscomoruedasenairelimpioparadecirquenotieneningnmonoplazadelante)ydeladistribucindepresiones.
Peroaqunoacabanlosproblemasdecalculo,yaquealtrabajarconobjetosenuntneldevientonosencontramosconelproblemadeltamaomuchasveces.Enestructurasporqueseraimposiblehacerloaescala1:1,yenaeronuticatampocoesposiblemuchasvecesdebidotambinaltamaodelobjetodeestudio.EnFormula1eltamaonoseratantoproblema,perotrabajaraescalasdereduccindel50%o60%hacequeseamenoscostoso,ademsdequelosdatossonextrapolables.Debidoaesasdificultadesecnomicasydeespacio,lamodelizacinesexigibleparatrabajarenuntneldevientoyheaqucuandoaparecelateoradelassemejanzas.
Lateoradelassemejanzasseempleaparatrabajarconmodelosaescalaynosayudaaqueelcomportamientodelmodelosealomsparecidoposiblealarealidad.Lateoriaexigequeentreelmodeloyelobjetorealexistantressemejanzasqueestnrelacionadasentresi:
Semejanzageomtrica:Dosobjetos(modeloyreal)sonsemejantesgeomtricamentesisusdimensionessonproporcionales,siendoesteelcasomssencillodesemejanza.Semejanzacinemtica:Dosobjetos(modeloyreal)sonsemejantescinemticamentesi,ademsdeserlogeomtricamente,susvectoresvelocidadsonproporcionalesylaorientacineslamisma.Estasemejanzaestdeterminadaporlosngulosdeposicindelcuerporespectoalvectorvelocidaddelacorrientedeaire.Semejanzadinmica:Dosobjetos(modeloyreal)sonsemejantesdinmicamentesiademsdecumplirselasemejanzacinemtica,secumplequelosvectoresfuerzasonproporcionalesysuorientacinlamisma.Resumiendo,enfenmenosaerodinmicos,paraquedosobjetosseansemejantesdebendetenerfuerzasderozamientoypresinproporcionales,loquesimplificabastanteelproblema.
Despusdeobservarlosproblemasdeclculo(loshesimplificadobastanteparasucomprensin)quizoshayanvenidoalamentelosprogramasCFDoDinmicadeFluidosComputacional.Sibienresuelvenlosproblemassencillosconbastanterpidezyeconomadeuso,unproblematancomplejo
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comounmonoplazacompletodeF1noloresuelventanbienyaloshechosmeremito,yaqueaunqueequiposdemenorcaladointentaronintroducirlosensustitucindeloscostosostnelesdeviento,tuvieronqueecharmarchaatrsyseguirusandolostnelesdebidoaqueelCFDestmuylejosdesimularancondicionesreales.
Bien,todoslostnelesdevientosoniguales?Porsupuestoquenoypodemosdifrenciarlosenvariostipossegndoscriteriosfundamentales:
Porlacirculacindeaireensuinterior,puedenserabiertosocerrados.Elabiertotomaelairedelaatmsferaylodevuelvealamisma,elcerradousaundifusorparaqueelairerecuperesuenergaincial.Porlavelocidaddeflujoseransubsnicos(menorqueladelsonido),transnicos(velocidadentrelos980y1230Km/h),supersnicos(velocidadsuperioraladelsonido)ehipersnicos(velocidad5omsvecesmayorqueladelsonido).
Laspartesdelasquesecomponeuntneldevientoson:
Ventilador:Lavelocidaddelacorrientedeairequegeneradebeseradecuadaalexperimento.Cmaradeensayo:Lapartemsimportanteeneldiseodeuntneldeviento.Siesdegrandesdimensiones,permiteacercarsemsaescalasrealesyaslasemejanzadelndeReynoldsesmssencillademantener.Estabilizadoresdecorrientetraselventilador:Paraanularelretornodelacorrientealventiladorporrotacin.Ventanillasantipompaje:Ventanillasorejillasqueestabilizanelflujodeaireyevitanoscilacionescrticas.Difusor:Parareducirlavelocidaddelflujo,expandirloydarledenuevopresinseusaeldifusor.Peroeldifusoresmuysensibleaerroresdediseo,aunqueseanpequeos.Puedeproducirvibracionesperniciosaseneltnel,yesdifcildedetectaresoserrores.Ademsnotrabajanconflujolaminaryaqueseencuentranconelairesalidodelacmaradeensayos.Conodecontraccin:Sufuncinesaumentarlavelocidaddeflujo,alcontrarioqueeldifusor,ysesitaenlacmaradeensayo.Elconodecontraccinaprovechaelefectoventuriyreduceeltrabajodelventilador.
Porltimoosvoyahablardeunproblemaadicionaleneldiseoquenoosheexplicadoantes,setratadeelfenmenodelbloqueoointerferencia.Estefenmenosedefinecomoelradiodelaseccinfrontaldelmodeloporelreadelaseccindeprueba(ladeltnel).Elbloqueoparapruebasaerodinmicasnodebeexcederel5%.Elbloqueoocurredebidoaltamaorelativamentegrandedelmodeloconrespectoalaseccintotaldeltnel(tamaoslimitados).Entonceslapresindelaireenlasparedesdeltnelaumentabastanteysedebenderealizarcorreccionesadicionalesalosclculos,debidoalbloqueo.
Esperohaberarrojadoalgodeluzsobrelosaspectosqueinfluyeneneldiseoyelfuncionamientodeuntneldeviento,yquesepaisverlosporqusdelosproblemasquetienenlosequiposmuchasvecesconpiezasqueusadasenlapista,noproducenlamejoraesperadayhayquevolveraprobareneltneldeviento.
Jerohttp://www.twitter.com/jeroitim
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Comentarios
1. JessRasuerosdice:3septiembre,2013alas19:31
Nosabiaquefuerantancomplejosyquehubieradiferentestiposdetuneles.Muybuenacompaero,arrojandoluzaestostemastancomplicadosymuchas,lamayoriadelasveces,difcilesdeentender.
Responder
Jerodice:3septiembre,2013alas21:39
Lafluidomecnica,juntoconlaresistenciademateriales,sondosdelasmateriasmsdifcileseningenieria.Laaerodinmicaesunaramadelafluidomecnica,asqueescomplicado.CuandoluegoequiposcomoFerrariandansufriendotantoconeltneldeviento,seentiendeperfectamente(notantoporpresupuesto).Graciascompaeroporelcomentario.
Responder
2. JonathanSolanesdice:3septiembre,2013alas19:58
Brutalviru+.Bravocompaero!!
Responder
Jerodice:3septiembre,2013alas21:40
Intentohacerlolomssimplificadoposible,gracias
Responder
3. Noahdice:3septiembre,2013alas20:38
WauuuuuinteresantisimoGraciasbuentrabajo
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4. LaGatadice:3septiembre,2013alas22:14
Excelentecomosiempre,aunquereconozcoquemeheperdidounpocoenunodelosprrafos:
Sientendlodelacapalmiteyladiferenciaentretrabajarenrgimenlaminaryelturbulento,peroelnmerodeReynoldsnomehaquedadoclaroqumideycmoseusaeseparmetro.
Lodemsmehaparecidointeresantsimo,ymehallamadolaatencincmoeltrabajodeunmontndemesessepuedeverperdidosieltnelnovabien.
Responder
Jerodice:3septiembre,2013alas22:20
Reenrealidadesunnadimensional,esdecirquenotieneunidades.Simplementeesunmtododecomparacin,yhayunosvalorespreestablecidosparasabersitrabajamosenrgimenlaminaroturbulento.SiestporencimadeunnRepreestablecidoserturbulento,sinoserlaminar.Slonosindicacomotrabajaelfluido,peronomidenadatangible.Esperoquetequedealgomsclaro.
Responder
5. LaGatadice:3septiembre,2013alas22:29
Ahorasi.Gracias!
Responder6. Viru+:Conceptosbsicosdeingenieradecompeticin(captulo7)|VirutasF1dice:
22febrero,2014alas10:14
[]Graciasaque,comosabeisdecaptulosanteriores,sepuedeescogerelcampofluidoquemsnosconvengaparacalcular,encasitodosloscasospodemosconseguirlosresultadosdefuerzasymomentosqueesecampofluidoejercesobreunslidocualquieraqueloatraviesa.Encasosmscomplejoslaexperimentacinvienebien,porejemploconelusodelostnelesdeviento(yaoshabldeelloshacetiempo,siquereisrepasarpinchadaqu).[]
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