Informe Del Tunel de Viento Imprimir

PROYECTO DE CONSTRUCCION DE UN TUNEL DE VIENTO

Tabla de contenido PRESENTACION .................................................................................................................................................................. 2 OBJETIVOS .......................................................................................................................................................................... 3 JUSTIFICACION .................................................................................................................................................................. 3 MARCO TEORICO.............................. ................................ ................................. ................................ ............................... 4 TEORÍA DE CAPA LÍMITE .............................. ................................. ................................. ................................ ............... 4 NUMERO DE REINOLD ............................................................................................................................................. 5

DESCRIPCION GENERAL DEL TUNEL DE VIENTO. .............................. ................................. ............................... ..... 5 TUNEL DE VIENTO DE CIRCUITO CERRADO. ................................ ................................ ..................... 6 TUNEL DE VIENTO DE CIRCUITO CIR CUITO ABIERTO . ............................... ................................ ................................. ......... 7

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TIPOS DE TUNELES DE VIENTO. [BARLOW, 1999, 27) 27 ) ...................... 8 PARTES DEL TUNEL DE VIENTO ............................. ................................. ................................. ............................... ..... 8 CAMARA DE PRUEBAS PRUEBA S ............................. ................................. ................................. ................................. .............. 8 DIFUSOR ...................................................................................................................................................................... 9 MALLAS DE SEGURIDAD SEGUR IDAD Y MALAS CORRECTORAS DE VELOCIDAD ............................................................. .............................. ............................... 9 CAMARA DE AJUSTES............................................................................................................................................... 9 ACONDICIONADOR DE FLUJO ............................................................................................................................. 9 CONO DE CONTRACCION ............................... ................................. ................................ ................................ ... 10

INGENIERIA DE PROYECTO ............................ ................................. ................................. ................................. ............ 11 LA LISTA DEMATERIALES.............................. ................................. ................................. ................................ ............. 11 LISTA DE HERRAMIENTAS............................ ................................. ................................. ................................. ............ 11 LISTA DE EQUIPOS O ACCESORIOS COMPLEMENTARIOS COMPLEMENTARIOS ........................................................ ....................... 11 PASOS EN LA CONSTRUCCION DEL TUNEL DE VIENTO ................................. ................................ ................... 12 FOTOS DE LA CONSTRUCCION DEL TUNEL DE VIENTO ....................................................... ............................. 15 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES................................. ................................ ................................ .............................. 17 PRESUPUESTO .................................................................................................................................................................. 17 CONCLUSIONES ................................ ................................ ................................ ................................ .............................. 18 BIBLIOGRAFIA................................ ............................... ................................. ................................ ................................ ... 18 INFOGRAFIA ............................ ................................ ................................. ................................ ................................. ....... 18

INTRODUCCION A LA INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

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PRESENTACION El siguiente proyecto se trata de la construcción de un túnel de viento con materiales reciclados de la construcción como son alambres, tecnopor, bolsas de cemento y hojas bond de fotocopias de trabajos pasados. El túnel de viento es una prueba indispensable en el diseño y construcción de automóviles, cohetes, aviones y cualquier otro elemento sujeto a movimiento o acción del viento tales como generadores eólicos, etc. El túnel de viento nos permite ver la aerodinámica de un automóvil si este es ideal para que salga al mercado por eso las empresas de construcción de estos invierten muchas horas de ensayos para ver su comportamiento a través de flujos de aire laminar y turbulentos viendo viendo si estos estos cumplen las expectativas deseadas ya que un mal diseño significara un desperdicio en combustible y una mayor resistencia al aire reduciendo la velocidad del mismo y esto sería fatal por la alta competencia en este mercado. Por eso nosotros nos vimos en la necesidad de construir un pequeño túnel de viento para entender su importancia para nosotros los Ingenieros mecánicos eléctricos y someter a pruebas a distintos tipos de vehículos y analizar su compartimiento frente a un flujo de aire.


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OBJETIVOS 1. Diseñar un túnel de viento usando usando materiales reciclados 2. Comprender el comportamiento del flujo de aire frente a vehículos. vehículos. 3. Analizar la forma aerodinámica de vehículos vehículos y ver ver sus diferencias. diferencias. 4. Manipular variables como la la velocidad del ventilador y la forma de las rejillas filtradoras de aire en túnel de viento. 5. Entender la naturaleza y diferencias de un flujo laminar laminar y turbulento. turbulento. 6. Observar el el funcionamiento funcionamiento de un túnel de viento.

JUSTIFICACION La construcción de este túnel de viento nos permitirá la diferenciación del flujo de aire laminar y turbulento así como el comportamiento del aire atreves de automóviles a escala siendo esto comprobado visualmente. Esto nos permitirá conocer la verdadera dimensión de un buen diseño de la aerodinámica de vehículos y su relación con la l a eficiencia del uso del combustible y el alcance de altas velocidades en el desplazamiento del mismo ya que un vehículo con mal diseño aerodinámico presentara una fuerte resistencia frente al paso del aire. Lograr la construcción de un túnel de viendo usando materiales reciclados y cumpla con las expectativas deseadas.


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MARCO TEORICO TEORÍA DE CAPA LÍMITE La capa molecular de aire en íntimo contacto con la superficie permanece adherida a esta, después existe un desplazamiento entre las diferentes capas, que conforme están a más distancia de la superficie, tienen una velocidad mayor hasta un punto en el qu e la velocidad de la capa de aire correspondiente es el de la corriente libre. La distancia que existe entre la superficie del perfil y el punto donde la velocidad es la de corriente libre, se denomina capa límite. El espesor de la capa limite es la distancia del punto de velocidad cero, a otro donde la velocidad es el 99% de la corriente libre.

Comportamiento de la velocidad bajo efecto de la capa limite En los puntos próximos al borde de ataque, la capa limite es laminar, conforme el aire se va moviendo alejándose del borde de ataque, las fuerzas de rozamiento disipan cada vez mas la energía de la corriente de aire como se observa en la Figura 2, haciendo que el espesor de la capa limite aumente paulatinamente, hasta que a una cierta distancia del borde de ataque, la capa limite empieza a sufrir unas perturbaciones de tipo ondulatorio, que acarrean un aumento de espesor de la capa limite, y una destrucción de la corriente laminar que existía, pasando a ser turbulenta.


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Capa limite laminar y turbulenta La capa limite tiene una propiedad fundamental y muy útil, es que a través de ella se transmite la presión que existe en la corriente libre de aire hasta la pared, esto permite entre otras cosas la medida de la velocidad, ya que se puede medir la presión estática. Dentro de la capa limite no se puede aplicar la ecuación de Bernoulli, porque debido a los rozamientos tiene lugar una pérdida de energía, que no se computa en dicho teorema. Una forma didáctica de ilustrar el concepto de capa limite es por ejemplo cuando se observan las gotas de agua en la ventanilla de un avión, ya que estas no son barridas por el aire, sino que se desplazan lentamente. La turbulencia se define como un movimiento en tres dimensiones dependiente del tiempo, en donde el vórtice de estiramiento genera fluctuaciones en la velocidad esparcidas por todas las longitudes de onda entre un mínimo determinado por las fuerzas viscosas y un máximo determinado por las condiciones de capa limite del flujo. Es el estado usual del movimiento de un fluido excepto a bajos números de Reynolds.

NUMERO DE REINOLD El número de Reynolds es el que llega a tener más importancia en los fenómenos aerodinámicos de bajas velocidades, cuando las fuerzas de inercia llegan a cierto nivel más altas que las fuerzas viscosas, el flujo entra en inestabilidad y se presentan los fenómenos de turbulencia, además el número de Reynolds está implicado en las fuerzas de fricción interna del fluido y por eso es importante la descripción de pérdidas.         =

 

DESCRIPCION GENERAL DEL TUNEL DE VIENTO. Existen básicamente dos tipos de túneles de viento (circuito abierto y cerrado) y dos configuraciones para la cámara de pruebas (sección abierta y cerrada). En general, el tipo de túnel de viento que se decida construir, depende de las bases disponibles y del propósito al cual va a ser empleado. [Barrow, 1999, 68] Estos tipos de túnel presentan básicamente las mismas partes, descritas a continuación:


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PROYECTO DE CONSTRUCCION DE UN TUNEL DE VIENTO a. Cámara de pruebas. b. Difusor c. Primera esquina, presenta acondicionadores de flujo. d. Sección de área constante e. Malla de seguridad del ventilador. f. Segunda esquina, presenta acondicionadores iguales al de la primera esquina. g. Transición de sección rectangular a circular. h. Ventilador (sistema de propulsión). i. Retorno o segundo difusor. j. Tercera esquina, con acondicionadores acondicionadores de flujo. flujo. k. Sección de área constante l. Intercambiador de calor. m. Cuarta esquina, con acondicionador de flujo iguale a la tercera esquina. n. Difusor de Angulo pronunciado. o. Cámara de ajustes. p. Mallas acondicionadoras de flujo. q. Contracción.

Túnel de viento cerrado

TUNEL DE VIENTO DE CIRCUITO CERRADO. En la cámara de pruebas, se genera una corriente de aire de velocidad controlada, el sistema de propulsión (ventilador y el equipo regulador), se encarga de hacer circular el aire. Consta así mismo de difusores cuya función es uniformizar la corriente de aire. La INTRODUCCION A LA INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

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PROYECTO DE CONSTRUCCION DE UN TUNEL DE VIENTO contracción disminuye la sección de forma suave hasta la cámara de pruebas, acelerando la corriente hasta la velocidad que ha de tener en ella, y cumpliendo funciones importantes desde el punto de vista de la calidad de la corriente, como son el disminuir el nivel de turbulencia y el mejorar la uniformidad del perfil d e velocidades y la dirección de la corriente. Al ser un túnel de circuito cerrado, es necesario forzar a la corriente a realizar giros, pero de manera ordenada, sin elevar más allá de lo razonable la perdida de carga ni introducir perturbaciones en la corriente.

TUNEL DE VIENTO DE CIRCUITO ABIERTO. Se definen en túneles tipo soplador, donde son impulsados por un ventilador centrífugo, y tipo succión donde se emplea un ventilador axial, según se observa en la figura 3.2. [Barlow, 1999, 69].


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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TIPOS DE TUNELES DE VIENTO. [BARLOW, 1999, 27)

PARTES DEL TUNEL DE VIENTO CAMARA DE PRUEBAS Lo primero en determinarse es la cámara de pruebas ya que es el núcleo y el objetivo aerodinámico del proyecto. En este se busca que el flujo de aire sea paralelo y de velocidad constante. En la cámara de pruebas es donde se instala el modelo u objeto, y se determina visualmente los cambios en el flujo, y físicamente las fuerzas aerodinámicas. Por tal motivo debe presentar ciertas características, debe ser transparente, para visualizar el flujo y debe ser dimensionada de tal forma que sea capaz de evitar el desprendimiento de capa limite.


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DIFUSOR El propósito del difusor es disminuir la velocidad del flujo con la menor perdida de energía posible. Menor perdida de energía significa máxima recuperación de presión. Generalmente es deseable reducir la velocidad en la menor distancia posible, sin caer en la separación del flujo.

MALLAS DE SEGURIDAD Y MALAS CORRECTORAS DE VELOCIDAD Una malla en principio reduce la velocidad del flujo. Las mallas que no sean montadas firmemente, pueden pandearse notablemente, perturbando la capa limite. [Bradshaw]. Las mallas hacen los perfiles de velocidad más uniformes mediante la caída de presión estática, la cual es proporcional a la velocidad al cuadrado, y por lo tanto reduce el espesor de la capa límite. Una malla también refracta el flujo incidente hacia la normal local y reduce la intensidad de turbulencia en todo el campo de flujo.

CAMARA DE AJUSTES Esta cámara, es un espacio requerido para estabilizar el flujo, y es donde se albergan las mallas de seguridad y el acondicionador de flujo. Su longitud recomendada es de 0.5 veces su diámetro hidráulico. La cámara de ajustes reduce principalmente las variaciones de velocidad en la dirección del flujo, y presenta muy baja influencia en la variacion de la velocidad de las líneas aerodinámicas debido a que la caída de presión a través de esta cámara es baja.

ACONDICIONADOR ACONDICIONAD OR DE FLUJO Su objetivo es proporcionar un flujo espaciado, relativamente uniforme y estable de aire en la cámara de pruebas del túnel de viento, como ya se había mencionado anteriormente. El acondicionador de flujo debe ser montado en marcos para facilitar su montaje y desmontaje en caso de realizar mantenimiento de limpieza o simplemente quitarlas. Puede emplearse marcos de madera o cauchos especiales.


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CONO DE CONTRACCION Tiene básicamente dos funciones:

1. Incrementar la velocidad del aire, lo cual permite que la instalación del acondicionador de flujo y mallas sea en una zona de baja velocidad, reduciendo así las perdidas, ya que estas dependen directamente de la velocidad al cuadrado. 2. Reduce la variación variación de velocidad.

El diseño de la contracción se centra en el logro de la uniformidad y estabilidad del flujo al momento de salir, evitando la separación de flujo (espesor de capa limite al mínimo), también es deseable una longitud de contracción no muy larga.

El diseño de la contracción está limitado por dos restricciones opuestas. La primera restricción establece que la longitud de la contracción debe ser lo suficientemente larga para no generar disturbios en la uniformidad del f lujo a medida de la sección transversal cambia. En contraposición está el requerimiento que establece que la contracción debe ser lo más corta posible para minimizar el crecimiento de la capa limite antes de llegar a la camara de pruebas. Por tal motivo el diseño de la contracción requiere de un balance entre estas dos restricciones. Reshotko sugiere una relación largo ancho para el diseño de la contracción de 1.25. [McLeod, 2000, 11].


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INGENIERIA DE PROYECTO Aquí se detalla los materiales, herramientas herramientas y los pasos a seguir para la construcción del túnel de viento así como reacomodaciones reacomodaciones para el buen funcionamiento del proyecto.

LA LISTA DEMATERIALES 1. Alambres de construcción de distinto calibre (N° y N°10). 2. Bolsas de cemento, 3. Hojas bond que que no se usen usen o en su defecto cuaderno cuaderno ya usados. usados. 4. Cola sintética. 5. Pintura. 6. Tecnopor, 7. Vinifan. 8. 1 pliego de cartoneta, 9. Silicona líquida. 10. Un ventilador que aspire. 11. Lijar de agua. 12. Diodos led. 13. Resistencias de 1k a ¼ de vatio. 14. 3 latas de aluminio de Maltin Power. 15. 1 lata de leche grande. 16. Algodón y pabilo de algodón. 17. Alcohol de 96°. 18. 1 botella pequeña de glicerina. 19. Un Un encendedor.

LISTA DE HERRAMIENTAS 1. Alicate universal. 2. Tijera. 3. Cúter. 4. Wincha métrica. 5. Plumón marcador de CDs.

LISTA DE EQUIPOS O ACCESORIOS COMPLEMENTARIOS 1. Una fuente de 1,2v a 24 v DC, 2. Un auto de juguete. INTRODUCCION A LA INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

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PASOS EN LA CONSTRUCCION DEL TUNEL DE VIENTO . La construcción del túnel de viento se ha seguido de los siguientes pasos:

PASO 1

Se construye el armazón del cono de contracción con alambre de construcción usando para el alambre N°8 para ello haciendo dos círculos de diámetro de 12 cm y 42 cm.

PASO 2

Se une ambos círculos con alambre N°8 dándole formas de curvas y se procede a amallar con alambres más delgados hasta que se vea conveniente.

PASO 3

Se remoja las bolsas de cemento en agua y luego se sacan para formar pliegos, estos se cortan en varias tiras y se enrollan hasta formar cintas. El papel de cemento es muy resistente a tensiones es por eso que es usado para almacenar cemento.

PASO 4

Entrecruzar las tiras de bolsa de cemento con el armazón de alambres y untar con cola sintética y dejar secar al sol para que quede fijo.

PASO 5

Despedazar las hojas bond y remojarlas en agua para luego exprimir el papel y mezclarlo con cola sintética hasta formar una especie de pasta.

PASO 6

Untar la pasta de papel en el armazón de alambres y tiras de bolsas de cemento haciendo esto por ambos lados tratado de que se oculten los defectos del enmallado de alambre y dejar secar por 5 días al sol.

PASO 7

Lijar el cono de contracción para luego pintarlo.


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PROYECTO DE CONSTRUCCION DE UN TUNEL DE VIENTO PASO 8

Cortar tiras de tecnopor de dimensiones de 25cm x 20cm en un total de 2, 2 tiras de 20cm x 15cm, 2 tiras de 25cm x 15cm y luego unirlas con silicona líquida y formar un primas que será la cámara de pruebas siendo las dimensiones 25cm de largo x 20cm de ancho x 15cm de altura haciendo también que la parte superior pueda abrirse para poder introducirlos objetos a ensayo.

PASO 9

Hacer agujeros en los extremos del prisma de tecnopor con un diámetro de 10cm y agujeros en forma de rectángulo en la parte superior y frontal de 20cm x 10cm y ponerlos con una mica para poder visibilizar el objeto a someter a ensayo.

PASO 10

Instalar 2 diodos leds para la mejor visualización del humo cuidando la polaridad del mismo para no dañarlos. Siendo los más sugeridos los leds de alta incidencia como los azules rojos y rosados por su mejor apreciación.

PASO 11

Construir los acondicionadores de flujo siendo el elegido por nosotros el tipo cuadrado para usando para ello cartoneta o cartón y hacer otros dos más haciéndolo de una forma irregular para que los flujos de aire se mezclen y creen una turbulencia.

PASO 12

Introducir los acondicionadores de flujo dentro de la cámara de pruebas colocándolos a los extremos.

PASO 13

Pegar en un extremo de la cámara de pruebas el ventilador.

PASO 14

Construir el hornillo con dos latas de gaseosa partiendo ambas latas con una altura de 4 cm conservando la parte de la base donde no se halla el orificio para tomar la gaseosa, hacer agujeros con un clavo o una aguja en el medio de la base de lata y en los extremos de la misma. Poner un poco de algodón en la otra lata que no ha sido agujereada y echar el alcohol de 96° luego taparlo con la otra lata agujereada. INTRODUCCION A LA INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

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PASO 15

Construir el mechero usando para esto una lata de gaseosa partiéndola en la mitad, marcar con el marcador de CDs las latas a una altura de 4 cm y cortar con la tijera. En la parte donde se halla el orificio para tomar la gaseosa hacer un pequeño agüero con un clavo y meter el pabilo de algodón, lechar alcohol en la otra lata y taparla con al que contiene el pabilo de algodón.

PASO 16

Partir por la mitad la lata de leche gloria y en un lado hacer agujeros en los extremos con un clavo, echar en la otra mitad la glicerina mezclada con el alcohol de 96° en proporción de 2 a 1 y taparla con el otra mitad mit ad de la lata de leche que ha sido agujereada.

PASO 17

Construir una base o soporte para el recipiente de lata de leche que contiene la mezcla de glicerina y alcohol con alambre de construcción. Eso se deja al criterio de ustedes.

PASO 18

Encender el hornillo y calentar la lata de leche con glicerina y alcohol hasta que comience a hervir y salir el humo de la evaporación de la mezcla para luego cambiar el hornillo por el mechero de alcohol ya que el hornillo proporciona demasiado calor que puede hacer encender la mezcla de glicerina y alcohol.

PASO 19

Unir el cono de contracción y la cámara de pruebas y conectar el ventilador con una fuente variable de DC.

PASO 20

Colocar el auto a escala dentro de la cámara de ensayo y luego energizar el ventilador.

Paso 21

Apreciar

el

ensayo

variando

la

velocidad

del

ventilador

o

cambiando

los

acondicionadores de flujo.


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PROYECTO DE CONSTRUCCION DE UN TUNEL DE VIENTO La elaboración del túnel de viento se ha de contar con mucha paciencia e imaginación para cualquier mejora en el diseño si bien se ha construido con materiales reciclados se los pruebas realizadas fueron satisfactoriamente aceptables y nos invoca a seguir mejorando en el futro tal vez instalando sensores para registrar valores como la velocidad del viento humedad temperatura así como determinar valores como el número de Reinold que nos puedan ayudar a entender y cuantificar las variables más importantes de un diseño de un vehículo.

FOTOS DE LA CONSTRUCCION DEL TUNEL DE VIENTO


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CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES N°

JUNIO

ACTIVIDAD 16

1

Alambrado del cono de contraccion contraccion

X

2

Untado y secado del cono de contraccion contraccion

X

3

Contruccion Contruccion de la camara de pruebas

X

4

Armado Armado y ensayo del Tunel de Viento

5

Mejoras del tunel del viento

6

Elaboracion Elaboracion del Informe del Tunel de Vi ento

7

Exposicion del Tunel Tunel de Vi ento

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JULIO 30

4

7

X X X X

PRESUPUESTO N° 1

1 1 2 1 3 1 1

MATERIAL

Cola sintetica tekno Botell a de si li cona l i qui da Ve ntil ador Diodos l eds Cartoneta Latas de Maltin Power Botell a de Gice rina Lata de pi ntura negra de 1/8 Otros TOTAL

Cant. Unit.

Cant. Total

10

10 8 19 2 1.5 3 3.5 2 10 59

8 19 1 1.5 1 3.5 3 10


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CONCLUSIONES 

Comprender la la naturaleza naturaleza del flujo laminar y turbulento del aire.



Ver que la aerodinámica es vital en el diseño de vehículos.



Que pesar de todos programas que simulan el flujo de aire aun aun es indispensable indispensable hacer pruebas experimentales en un túnel de viento.



Los materiales reciclados pueden pueden servir para la construcción construcción de proyectos proyectos de una una calidad aceptable.



El indispensable ensayo del túnel de viento en distintos proyectos como aeronáutica automóviles y generadores eólicos.

BIBLIOGRAFIA o

CENGEL, Yunus A. Cimbala, John M. Mecánica de fluidos, Fundamentos Fundamentos y aplicaciones. Primera edición. McGraw Hill/Interamericana editores. México 2006. Páginas 956. ISBN970-10-5612-4.

o

MATAIX, Claudio, Claudio, Mecánica Mecánica de Fluidos Fluidos y Maquinas Hidráulicas. Segunda Segunda edición. Ediciones del Castillo SA, España 1982. Páginas 660 .ISBN 84 -219-0175-3

INFOGRAFIA 

http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/SP-440/contents.htm



http://www-htgl.stanford.edu/bradshaw/tunnel/screen.html



http://www.hypersphere.org/wind/references.shtml


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