VISUALIZACIÓN DE FLUJO EN TÚNEL DE VIENTO
SUBSÓNICO ABIERTO
FLOW VISUALIZATION IN AN OPEN SUBSONIC WIND TUNNEL
PONZONI, Lucio1
MONTENEGRO, Sara2
GANIELE, María Julieta3
ATTORRESI, Luciano4
CACCIA, Matías5
Ponzoni, L., Montenegro, S., Ganiele, M. J., Attorresi, L. y Caccia, M.(2024).
Visualización de flujo en túnel de viento subsónico abierto. Revista INNOVA, Revista
argentina de Ciencia y Tecnología, 14.
RESUMEN
El túnel de viento es comúnmente utilizado para investigar la aerodinámica de
modelos montados en un eje, pero también sirve como herramienta para demostrar
principios claves de la mecánica de fluidos aplicados al diseño de ingeniería. La
visualización de líneas de corriente mediante humo es una técnica crucial para
comprender campos de flujo complejos en este entorno, revelando detalles como la
separación de la capa límite, la formación de vórtices y la extensión de la estela.
Este trabajo presenta la experiencia de los autores en el desarrollo, montaje y puesta
a punto de un sistema de visualización de líneas de corriente, aportando a la
instrumentación de un túnel de viento subsónico-abierto ubicado en el Centro
Atómico Constituyentes.
Para este proyecto, se configuró un sistema de visualización a partir de un pulmón,
con el objetivo de obtener líneas continuas a partir de la inyección de humo. La
salida del sistema dentro del túnel se realizó en forma de rastrillo y se colocó una luz
estroboscópica desarrollada por el grupo para complementar el sistema y mejorar la
5Universidad Nacional de Tres de Febrero, Argentina / mcaccia@untref.edu.ar
4Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), Argentina; Universidad Nacional de Tres de Febrero
(UNTREF), Argentina / lucianoattorresi@cnea.gov.ar
3Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), Argentina / mariajulietaganiele@cnea.gob.ar
2Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), Argentina; Universidad Nacional de Tres de Febrero
(UNTREF), Argentina / saramontenegro@cnea.gob.ar
1Universidad Nacional de Tres de Febrero, Argentina; Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA),
Argentina; Universidad Nacional de San Martín (UNSAM), Argentina. / investigacionaeromat@gmail.com
14.aEdición | DICIEMBRE 2024 | ISSN 2618-1894 | Artículos científicos
visualización. El sistema se probó con distintos modelos de aerogeneradores
Savonius y perfiles alares de aerogeneradores de eje horizontal impresos en 3D con
distintos materiales.
PALABRAS CLAVE
Aerogeneradores / Túnel de viento / visualización de líneas de corriente
ABSTRACT
The wind tunnel is a frequently used tool for studying the aerodynamics of shaft-mounted
models. It also illustrates fundamental principles of fluid mechanics applied to
engineering design. An important technique for understanding complex flow fields in this
environment is the visualization of streamlines. It reveals details such as the flow
separation - boundary layer separation, the formation of vortices and the wake pattern.
This paper describes the experience of the authors in the design and testing of a smoke
rake system for the instrumentation of an open subsonic wind tunnel at the Centro
Atómico Constituyentes.
The visualization system was configured to obtain continuous lines from smoke injection.
A stroboscopic light was developed by the group to improve visibility, and the exit of the
system inside the tunnel was designed as a rake. The system was tested with different
models of Savonius wind turbines and 3D-printed horizontal-axis turbine wing profiles in
different materials.
KEY WORDS
Wind turbines / wind tunnel / smoke rake system
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Contexto
Desde la Gerencia de Materiales de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)
y la Universidad Nacional de Tres de Febrero (UNTREF), se ha conformado el grupo
de investigación AeroMat. Este grupo trabaja en la investigación y desarrollo de
aerogeneradores de baja potencia, impresión 3D y nuevos materiales. En este
contexto, hemos instalado un túnel de viento subsónico abierto para el estudio de
aerogeneradores de baja potencia.
Introducción
La energía eólica es una de las tecnologías con mayor desarrollo y avances de las
fuentes de energías renovables a pequeña y gran escala, y representa el 67% de la
potencia instalada de fuentes renovables en Argentina (Secretaría de Energía de la
Nación, 2022).
La energía eólica de pequeña y mediana escala ofrece una alternativa frente a los
aerogeneradores de gran potencia, y su utilización está aumentando en el mercado
debido a que son adecuados para producir energía no solo a nivel doméstico, sino
también en pequeñas comunidades aisladas que no tienen acceso a la red de
distribución de energía eléctrica (conexión off-grid). Asimismo, los aerogeneradores
de baja potencia son más sencillos de instalar, requieren poco mantenimiento y sus
componentes están fabricados para que presenten una gran durabilidad. Sin
embargo no dejan de ser dispositivos complejos por lo que deben de tener una
ingeniería de diseño para proporcionar la máxima captación de energía del viento
junto con una resistencia adecuada del material a las diferentes cargas y esfuerzos
que pueda estar sometida (Ramón y Giovanni, 2016).
La simulación de elementos aerodinámicos mediante la dinámica de fluidos
computacional (CFD por sus siglas en inglés) y los túneles de viento abaratan y
acortan los tiempos requeridos para diseñar aerogeneradores (Ramón y Giovanni,
2016). La simulación CFD permite visualizar, calcular y determinar a priori, cuál será
el comportamiento aerodinámico del perfil, mediante el análisis de la dinámica del
fluido.
Asimismo, las tecnologías de impresión 3D, complementan todos estos procesos
permitiendo pasar de un modelo asistido por computadora (CAD) a uno físico, y
realizar así las pruebas mediante el uso de túneles de viento. El uso del túnel del
viento no sólo permite realizar la validación de las simulaciones de los perfiles,
mediante la verificación de los efectos de la corriente del aire que se generan, sino
también demostrar la eficiencia y especificación aerodinámica de los modelos a
escala.
La visualización de líneas de corriente mediante humo es una técnica útil para
comprender cualitativamente campos de flujo complejos, particularmente en un
entorno de túnel de viento (Ramirez, s.f.). Para llevar a cabo esta técnica existen
diversos métodos y opciones disponibles. Uno de ellos es la técnica de alambre
pretensado, que utiliza un calentamiento resistivo para generar vapor de agua
mediante un evaporador piezoeléctrico. Otra opción es utilizar un rastrillo de humo,
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que consiste en una hilera de tubos por los que se fuerza la salida de humo (Trinder
& Jabbal, 2013)(Beck, Anderson & Hosni, 2008).
Por lo que, este trabajo presenta la experiencia de los autores en el desarrollo,
montaje y puesta a punto de un sistema de visualización de líneas de corriente,
aportando a la instrumentación de un túnel de viento subsónico-abierto ubicado en
el Centro Atómico Constituyentes. Este túnel fue instalado como parte del trabajo del
grupo AeroMat perteneciente al Laboratorio Perfil Alar de la Gerencia de Materiales
de CNEA, que trabaja en la investigación y desarrollo de aerogeneradores de baja
potencia, impresión 3D y nuevos materiales.
Objetivos
El objetivo general de este trabajo fue el diseño y desarrollo de un sistema de
visualización de líneas de corriente del tipo rastrillo de humo para un túnel de viento
abierto y subsónico, con la finalidad de poder analizar los efectos del
desprendimiento de la capa límite, ancho de estela, y turbulencias generadas en
aerogeneradores de baja potencia.
Metodología
El túnel de viento subsónico-abierto empleado para la visualización de humo fue
construido por el grupo de investigación AeroMat. El mismo posee un rango de
velocidad de 1 a 15 m/s y una sección de prueba desmontable circular de 180 mm
de diámetro × 420 mm de largo. La Figura 1 presenta imágenes del dispositivo
construido.
Figura 1
Túnel construido
Fuente: elaboración propia.
Para la visualización de humo, se decidió utilizar una máquina de vapor de agua y
glicerol en conjunto con un rastrillo para la canalización hacia la entrada de la
sección de prueba. Para ello, fue necesario la introducción de un pulmón para la
salida de humo de forma constante, combinado con un forzado de aire axial de 10
cm, logrando un flujo constante de humo por el rastrillo en la cámara de prueba. Se
colocó un fondo negro en la sección de prueba para una mejor observación de las
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líneas de corriente. En la Figura 2, se muestran los componentes principales del
sistema.
Figura 2
Componentes principales del sistema de visualización tipo rastrillo
Fuente: elaboración propia.
Para la visualización clara de las líneas de corriente es necesario un sistema de
iluminación, ya que de ello dependen las imágenes que se podrán obtener. En este
punto, distintos autores proponen el uso de luces láser (Beck, Anderson & Hosni,
2008), estroboscópicas (Willmott, Ellington & Thomas, 1997) o LED (Trinder & Jabbal,
2013), entre otras.
Respecto al diseño del rastrillo, diversos autores proponen distintos modelos según
muestra la Figura 3.
Figura 3
Modelos de rastrillos realizados por diversos autores
Fuente: Ramirez, s.f.; Beck, Anderson & Hosni, 2008; Trinder & Jabbal, 2013.
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Para el diseño e implementación de un sistema de visualización de flujo tipo
rastrillo, existe una serie de criterios y características principales a considerar (Beck,
Anderson & Hosni, 2008):
●Número de líneas de visualización y diámetro de los tubos.
●Longitud de los tubos y radio de curvatura para alinearlos con el flujo.
●Diseño del conjunto del colector y montaje de los tubos.
●Equilibrio del flujo de humo inyectado con la corriente de flujo exterior.
●Nivel de turbulencia en el túnel de viento.
●Desarrollo del flujo en el interior de los tubos de humo.
Número de chorros y diámetro de los tubos
Estos parámetros influyen en la conservación de la masa (Ec. 1), ya que el número de
chorros (N) afecta el área de salida (As) en forma proporcional, y el diámetro de los
tubos (Dt) de forma exponencial, haciendo que el aumento o disminución de una
variable o ambas, incremente o reduzca caudal (Q) respectivamente.
𝑄𝑒=𝑄𝑠
1
𝑄𝑒=𝑉𝑠*𝐴𝑠
1.1
𝑄𝑒=𝑉𝑠*𝑁(𝑛*𝐷𝑡2
4)
1.2
Al mismo tiempo, el diámetro de los tubos interviene en el número adimensional de
Reynolds (Ec. 2), el cual puede considerarse laminar (Re ≤2000), de transición (2000 ≤
Re ≤4000) o turbulento (Re ≥4000) (Smart Blade, 2023).Para la correcta visualización
de las líneas es necesario que el flujo sea laminar. En este caso el diámetro afecta de
forma directamente proporcional al valor de Reynolds.
𝑅𝑒= 𝐷𝑡*ν* ρ
µ
Donde:
Dt: Diámetro de los tubos
ν: Velocidad del fluido
ρ: Densidad del fluido
µ: Viscosidad dinámica del fluido
Por otra parte, al considerar la conservación de la energía, las pérdidas generadas
dentro del sistema disminuyen la energía de salida, como se puede ver en la
expresión de Bernoulli (Ec. 3):
𝐸𝑒=𝐸𝑠
3
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𝑃𝑒
ρ𝑔 +𝑉𝑒2
2𝑔 +𝑍𝑒−𝐻𝑟0−𝐻𝑟𝑁= 𝑃𝑠
ρ𝑔 +𝑉𝑠2
2𝑔 +𝑍𝑠
3.1
El término Hr0 representa la pérdida de carga aguas arriba respecto de los tubos de
salida, mientras que el término HrN representa las pérdidas de carga propia del total
de los tubos de salida. Esta última se calcula con la expresión de Darcy-Weissbach
(Ec. 4):
𝐻𝑟𝑁=𝐻𝑟*𝑁=𝑁*0, 0827*𝑓*𝐿* 𝑄2
𝐷𝑡5
4
Donde:
f: es el factor de fricción
L: es la longitud de la tubería
Q: caudal
Dt: diámetro de los tubos
En la Ec. 4 se puede ver que el diámetro de los tubos (Dt) influye en las pérdidas de
forma inversa y exponencialmente con orden quinto.
Longitud de los tubos y radio de curvatura para alinearse con el flujo
Siguiendo el análisis de la Ec. 4, la longitud interviene de forma directa en las
pérdidas de carga. Y el factor de fricción se calcula en base a varios parámetros,
entre ellos el radio y ángulo de curvatura. Como se puede ver en la Figura 4, para
dos curvas de 90° de giro, la longitud equivalente aproximada para las pérdidas de
carga de este accesorio, aumenta cuando a mismo diámetro el radio de curvatura es
el triple del diámetro y el doble.
Figura 4
Tabla de valores de longitud equivalente para curvas de 90°
Fuente: Beck, Anderson & Hosni, 2008.
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Diseño de montaje de colectores y montaje de tubos
El montaje de colectores y tubos interviene en el sistema de visualización ya que se
encuentra aguas arriba de la salida del humo, generando turbulencias dentro del
túnel que según su intensidad pueden afectar el humo en su salida, haciendo que
turbulencias externas reduzcan la definición de las líneas de corriente.
Equilibrio del flujo de humo inyectado con la corriente de flujo exterior
Este equilibrio se consigue cuando la velocidad de salida del humo es igual a la
velocidad del aire dentro del túnel de viento. Si ambas no coinciden se generan
turbulencias en las corrientes de humo. Por lo que debe existir una relación
isocinética (I ≈1) entre la velocidad del flujo del túnel de viento y el flujo del sistema
de visualización.
Nivel de turbulencia en túnel de viento
Es necesario que no existan turbulencias dentro del túnel de viento, es decir que el
flujo sea de régimen laminar. No es el fin del trabajo entrar en las cuestiones de
diseño del túnel, pero sabe que fue construido de forma tal que su flujo presente un
régimen sea laminar.
Desarrollo de flujo dentro de los tubos de rastrillo de humo
El desarrollo del flujo dentro de los tubos está influenciado por el tipo de material.
Este determina un coeficiente de rugosidad, cuando este valor es menor, la fricción y
por ende las pérdidas de carga ocasionadas serán menores.
Por otra parte, la curvatura de los tubos es la última alteración que sufre el flujo,
antes de ingresar al túnel de viento. Es aguas abajo de la curvatura en donde se va a
desarrollar el perfil de flujo hasta alcanzar un régimen de tipo laminar (Re < 2000).
Por ello es necesario considerar la distancia posterior a la curvatura.
1. Sistema de visualización: Modelo 1
A partir de lo mencionado con anterioridad, podemos dividir el sistema de
visualización en los siguientes subsistemas.
1.1. Rastrillo de humo
Se realizaron dos diseños de rastrillo de humo, variando el espaciado y la cantidad
de tubos presentes en cada uno, con el objeto de analizar la influencia de estas
variables en la visualización de las líneas de corriente.
Los tubos utilizados son de acero inoxidable con un diámetro externo de 4 mm.
Dichos tubos se plegaron con una dobladora a 90° para que la dirección de las líneas
de humo sea paralela al flujo dentro del túnel, tal como se observa en la Figura 5.
Figura 5
14.aEdición | DICIEMBRE 2024 | ISSN 2618-1894 | Artículos científicos
Plegado de tubos
Fuente: elaboración propia.
Esta disposición a 90° genera una menor interferencia en el flujo dentro del túnel de
viento ya que el tubo de PVC por el cual circula el humo, queda por fuera de la
sección útil.
Para acoplar los tubos al caño de PVC y alinearlos entre ellos, se diseñaron e
imprimieron en 3D dos piezas. El primer diseño contó con un espaciado de 10 mm,
colocando un total de 12 tubos en el rastrillo, y en el segundo los tubos fueron
dispuestos cada 20 mm colocando así un total de 6 tubos en el rastrillo. Todos los
diseños se imprimieron en 3D con filamento PLA.
Los caños PVC, alineadores y acoples impresos en 3D fueron vinculados mediante
adhesivos. El subsistema del rastrillo completo con 12 y 6 tubos se observa en la
Figura 6.
Figura 6
Tubos de corriente anexados al tubo de PVC. Izquierda: 12 tubos. Derecha: 6 tubos
Fuente: elaboración propia.
1.2. Pulmón/Regulador presión
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Para la cámara pulmón se utilizó un bidón PEAD (Polietileno de Alta Densidad) de 50
litros. Las medidas aproximadas del mismo son: Ø Boca 80 mm; Ø Base 390 mm;
Alto 600 mm.
Para unirlo al sistema se realizaron dos conexiones cercanas a la base del pulmón,
buscando una circulación del flujo de vapor de agua y glicerol que no genere
turbulencia.
La Figura 7 muestra las conexiones del pulmón. La conexión 1 presenta una salida
directa al exterior, donde se conecta una máquina de humo comercial (Modelo
Venetian 400 W) para llenar el pulmón. Para aumentar la presión de la cámara, se
utiliza un secador de pelo en modo frío. Mediante un cerrojo curvo diseñado e
impreso en 3D se evitan pérdidas de esta conexión.
La conexión 2 vincula el pulmón con la sección de prueba del túnel mediante caños
de PVC de 1/2” mediante una válvula, diseñada e impresa en 3D con PLA, que
permite regular la apertura de esta conexión; permaneciendo cerrada al momento
de carga del pulmón, y abierta al momento de inyectar el humo a la sección de
prueba.
Figura 7
Pulmón y regulador de presión modelo 1
Fuente: elaboración propia.
1.3. Iluminación
La iluminación de la sección de prueba consistió en una tira LED 5730 18.2 W/m IP20
cálida, alimentada con una fuente conmutada de 12v y 600 mA. Luego de varias
pruebas de posición, se colocó este sistema en la parte superior de la sección de
prueba.
2. Sistema de visualización: Modelo 2
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Al analizar los resultados obtenidos en el sistema de visualización propuesto en el
Modelo 1, se consideró necesario realizar modificaciones que mejoren el
rendimiento. A continuación, se describirán estas modificaciones en detalle.
2.1. Rastrillo de humo
Para este modelo se optó por modificar el diámetro de los tubos con el objetivo de
mejorar la visualización de las líneas de corriente. Para ello, se modificaron los
diámetros de los tubos de 4 mm a 6 mm. Asimismo, el espaciado entre tubos se
colocó en 1,5 cm.
2.2. Pulmón/Regulador de presión
En este modelo la conexión 1 solo se destinó al ingreso del humo para llenar el
pulmón. Mientras que la salida de la conexión 2 se amplió, haciendo uso de un caño
de PVC 110 cm de diámetro. Esta conexión, utiliza un forzador axial a la salida del
pulmón, que genera una depresión en la salida de este, favoreciendo una descarga
continua de humo por el rastrillo ubicado en la sección de prueba del túnel de
viento.
El rastrillo de humo, se encuentra acoplado por medio de una cañería de
polipropileno de ½” al troncal de PVC que tiene el forzador de aire, a partir de una
pieza impresa en PETG, conectando así el pulmón con la sección de prueba, tal como
se observa en la Figura 8.
Figura 8
Pulmón y regulador de presión modelo 2
Fuente: elaboración propia.
2.2.1. Controlador del ventilador
Con el fin de controlar el flujo de vapor de agua y glicerol, se desarrolló un sistema
de control de velocidad para un ventilador basado en un motor de corriente
continua de 4 cables. Este dispositivo se compone de tres partes: una fuente de
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alimentación de 12V, circuito de control y un ventilador. Este sistema se utiliza en el
pulmón para forzar la salida del humo.
El ventilador empleado proviene del sistema de refrigeración de un procesador de
CPU y posee conectores de alimentación, masa, tacómetro y modulación por ancho
de pulso (o PWM), con el cual se puede controlar la velocidad de giro del ventilador.
El circuito controlador se basa en el integrado NE555n, empleado en numerosas
aplicaciones electrónicas. El integrado es configurado mediante resistencias y
capacitores para que genere una señal cuadrada de 25 kHz. La conexión es diseñada
para que al girar un potenciómetro el ancho de pulso de la señal generada varía,
modificando así el porcentaje de ciclo de trabajo de 0 a 100%. La Figura 9 (izquierda)
muestra el esquemático del circuito diseñado, contemplando los componentes con
valores seleccionados. Asimismo, en la figura 9 (derecha) se observa el dispositivo
final montado en un gabinete diseñado para albergar dichos componentes. Este
gabinete se imprimió con PLA, y contempla una entrada para la alimentación del
dispositivo mediante una fuente de corriente continua de 12V.
Figura 9
Diagrama esquemático del circuito de control (izquierda) y dispositivo final montado
(derecha)
Fuente: elaboración propia.
2.3. Iluminación
Para poder visualizar la velocidad y la dirección del flujo de aire se emplea una luz
estroboscópica de frecuencia variable. El efecto generado permite observar con
mayor claridad las líneas de flujo, vórtices y turbulencias para estudiar la
aerodinámica de diferentes objetos.
El sistema diseñado está basado en un microcontrolador Arduino MEGA configurado
en modo de comparación de tiempo y captura (CTC) con el que se genera una señal
cuadrada de frecuencia variable para el encendido y apagado de un diodo LED de
alta potencia montado a un disipador de calor.
El modo CTC permite generar una señal con estas características a partir de un
temporizador de hardware. De esta manera, el sistema cuenta de manera interna
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hasta un valor preestablecido, que se almacena en un registro llamado OCR (Output
Compare Register). Al alcanzar dicho valor, se genera una interrupción y se reinicia el
contador. De esta manera, la frecuencia de la señal generada se determina con el
reloj del microcontrolador, el valor almacenado en el registro OCR y un pre-escalador
del temporizador.
El dispositivo posee tres pulsadores para variar el largo del registro OCR y por lo
tanto, la frecuencia de la señal de salida: aumento, disminución y cambio de la
variación en potencias de 10. Mediante una pantalla LCD 1602 se visualiza la
frecuencia actual junto con el salto establecido para su modificación. La alimentación
eléctrica del sistema es mediante una fuente de tensión continua de 12V.
La precisión de la frecuencia de la señal cuadrada depende del valor del registro OCR
medido en “tics”. Para calcular este valor, se utiliza la frecuencia proporcionada por el
cristal piezoeléctrico del microcontrolador (16 MHz), un pre-escalador y la frecuencia
de salida ingresada por el usuario. El pre-escalador determina la cantidad de ciclos
de reloj necesarios para que el temporizador aumente, mientras que el OCR
determina la cantidad de tics del temporizador necesarios para que se reinicie y
active una interrupción. Quien limita el valor obtenido es el registro ya que debe ser
un número entero que evita poder obtener valores de frecuencia específicos.
Debido a las limitaciones de corriente y tensión del Arduino MEGA en configuración
CTC, la señal de salida debe ser amplificada para poder alimentar correctamente al
LED. Se emplea un circuito tipo “buffer” con un transistor MOSFET IRF540 polarizado
según indica su hoja de datos. De esta manera se evita afectar y comprometer la
integridad del microcontrolador. La Figura 10 (izquierda) muestra el circuito completo
del sistema de luz estroboscópica. Una vez finalizado el ensamble del circuito, se
diseñó y construyó un gabinete empleando una impresora 3D con filamento PLA,
como se observa en la Figura 10 (derecha).
Figura 10
Circuito completo del sistema de luz estroboscópica (izquierda) y circuito montado
(derecha)
Fuente: elaboración propia.
Resultados y discusiones
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Analizando los resultados obtenidos, se observó que el espaciado entre los tubos
afecta la forma en que las líneas de corriente interactúan entre sí y con el modelo. El
espaciado de 1 cm provocó que las líneas de humo se mezclaran y no se distingan
sobre el modelo, mientras que el espaciado de 2 cm proporcionó una visión más
clara e individual de las líneas de corriente, pero nos obligó a reducir la cantidad de
tubos de 12 a 6, debido a limitaciones dimensionales de la sección de prueba.
Debido a ello, en el modelo 2 se utilizó un espaciado de 1,5 cm (8 tubos), que nos
permitió observar las líneas de corriente sin entrecruzamientos.
En cuanto al diámetro de salida de los tubos observamos que este afecta la
velocidad de salida, la intensidad del humo y la presión requerida en el pulmón. En
el primer modelo se utilizaron tubos de 4 mm, donde se observó que las líneas de
corriente eran delgadas y difíciles de visualizar, como se observa en la Figura 11,
donde también se puede apreciar la condensación a la salida de los tubos. Asimismo
se notó que era necesaria una presión más alta para expulsar el humo. Por lo que,
en el segundo modelo, los tubos de salida se cambiaron por tubos de 6 mm para
permitir que el humo fluya más fácilmente y produzca líneas de corriente más
definidas.
Figura 11
Salida de humo del modelo 1, con tubos de 4 mm de diámetro
Fuente: elaboración propia.
Los acoples y alineadores impresos en 3D en el rastrillo, nos permitieron vincular los
componentes de forma precisa y acortan los tiempos de mecanización de las piezas
ya que se pueden obtener buenas terminaciones superficiales a partir de la
impresión 3D. Este punto fue fundamental porque es necesario que el espaciado se
mantenga constante entre tubos para que las líneas de corriente no se entrecrucen.
Respecto a las conexiones del pulmón no se observaron pérdidas considerables. Sin
embargo, en el modelo 1 se observó una gran condensación del humo en el interior
de las conexiones de PVC. Por lo que, en el modelo 2 se decidió aumentar el área
transversal de estas conexiones para evitar este fenómeno. Asimismo, la válvula
impresa en 3D a partir de PLA (modelo 1) presentó cambios dimensionales debido a
las altas temperaturas. Por ello, las conexiones en el modelo 2 se imprimieron en
PETG ya que es un material con mayor resistencia a altas temperaturas.
El aumento de presión en el pulmón, en el modelo 1 se realizó con un secador de
pelo, lo cual no generó buenos resultados ya que produjo turbulencias en el fluido.
Por ello, se decidió cambiar el secador de pelo como elemento presurizador, y se
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implementó un ventilador axial con regulador de la velocidad en el conducto
principal para forzar la salida del humo generado.
Todas las modificaciones propuestas para el desarrollo del modelo 2 mejoraron
ampliamente la performance del sistema de visualización, disminuyendo la
condensación del fluido y las turbulencias. A su vez la iluminación óptima se logró
combinando la luz LED con la luz estroboscópica. Los resultados finales se observan
en la Figura 12.
Figura 12
Visualización final
Fuente: elaboración propia.
Conclusiones
En esta instancia podemos afirmar que el modelo 2 nos permitió obtener mejores
resultados de visualización de las líneas de corriente que el modelo 1 para el estudio
del flujo sobre un perfil en el interior del túnel de viento. Lo cual era de esperar, ya
que a partir de los inconvenientes que fueron surgiendo durante el desarrollo del
primer modelo se optimizó el segundo diseño. Como conclusiones generales
podemos establecer:
- El espaciado entre los tubos del rastrillo de humo afecta la forma en que las
líneas de corriente interactúan entre sí y con el modelo.
- El diámetro de salida de los tubos afecta la velocidad de salida, la intensidad
del humo y la presión requerida en el pulmón.
- Los acoples y alineadores impresos en 3D en el rastrillo, permitieron vincular
los componentes de forma precisa y acortan los tiempos de mecanización de
las piezas.
- No se presentaron pérdidas considerables en las conexiones del pulmón.
- Los acoples realizados mediante impresión 3D con PETG presentan una
mayor estabilidad dimensional y resistencia térmica que los impresos con
PLA.
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- El aumento del diámetro de las conexiones de PVC, disminuye la
condensación de humo.
- La combinación de la luz LED con la luz estroboscópica permite una mejor
visualización de las líneas de corriente.
- El uso de un forzador axial a la salida del pulmón favorece la descarga
continua de humo en la sección de prueba del túnel de viento.
Trabajos futuros
Se deben realizar ajustes en cuanto al aumento del diámetro de los tubos del
rastrillo y también de las conexiones de PVC. Por un lado, un mayor diámetro en los
tubos del rastrillo disminuirá las pérdidas y aumentará el caudal generando líneas
de corriente más definidas. En cuanto a los tubos de PVC el aumento del diámetro
evitará la condensación del humo.
Finalmente, se debe modificar el forzador axial para disminuir la generación de
turbulencias, es decir, cambiar el uso del secador de pelo por un ventilador por
ejemplo tipo cooler. Esto implicaría un rediseño del pulmón en cuanto a su
disposición y también a la cantidad y tamaño de las aperturas del mismo.
Bibliografía
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14.aEdición | DICIEMBRE 2024 | ISSN 2618-1894 | Artículos científicos
Fecha de recepción: 20/2/2024
Fecha de aceptación: 25/6/2024
14.aEdición | DICIEMBRE 2024 | ISSN 2618-1894 | Artículos científicos