Los ensayos en túnel de viento
Los ensayos en túnel de viento se han utilizado ampliamente para aplicaciones industriales y de investigación a lo largo de las cinco últimas décadas.
Un ensayo en túnel de viento es una prueba aerodinámica realizada en un túnel de viento donde se estudia el comportamiento de un objeto expuesto a un flujo de aire que simula las condiciones reales.
Las pruebas en túnel de viento requieren una instalación costosa e instrumentos sofisticados para medir una gama de variables de campo (velocidad del viento, cargas de presión, intensidad de la turbulencia, etc.).
Su principal limitación reside en que tales mediciones solo se obtienen en unos pocos puntos precisos de la sección de ensayo, lo que restringe considerablemente la comprensión global de los procesos evolutivos o transitorios de fenómenos complejos no estacionarios (como el desprendimiento de vórtices, las estelas de turbulencia y la estratificación térmica).
Las diferentes etapas de un ensayo en túnel de viento
De la definición del objetivo al análisis de los resultados, un ensayo en túnel de viento sigue seis etapas metódicas:
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Definición del objetivo
Antes de realizar un ensayo en túnel de viento, es importante definir claramente el objetivo del ensayo. Podría ser el estudio de la resistencia aerodinámica de un vehículo, la optimización de la sustentación de un ala de avión, o incluso la evaluación de la estabilidad de un edificio frente al viento.
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Diseño del modelo
Generalmente se fabrica un modelo reducido del objeto a estudiar a escala reducida para poder ensayarlo en el túnel de viento. El modelo puede fabricarse a partir de diversos materiales como el plástico, la madera o incluso la impresión 3D.
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Instalación del modelo en el túnel de viento
Una vez listo el modelo, se coloca en el túnel de viento de manera que quede expuesto al flujo de aire. Se utilizan soportes y sistemas de medición para mantener el modelo en su sitio y recopilar los datos pertinentes durante el ensayo.
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Ajuste de las condiciones del ensayo
Antes de comenzar el ensayo, deben ajustarse las condiciones, como la velocidad del viento, la temperatura y la presión. Estas condiciones se determinan generalmente en función de las especificaciones técnicas concretas del objeto a ensayar.
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Recopilación de datos
Durante el ensayo, se efectúan diversas mediciones y observaciones para evaluar el comportamiento del objeto en el flujo de aire. Esto puede incluir la medición de la fuerza ejercida sobre el objeto (resistencia, sustentación), la visualización de los flujos de aire mediante técnicas de visualización (humo, partículas), o incluso la medición de las presiones sobre la superficie del objeto.
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Análisis de los resultados
Una vez recopilados los datos, se analizan con el fin de extraer conclusiones sobre el comportamiento aerodinámico del objeto. Los resultados se presentan a menudo en forma de informes técnicos, gráficos o imágenes para comunicar las conclusiones del estudio y las eventuales recomendaciones para la optimización del objeto ensayado.
Modelización numérica de los ensayos en túnel de viento
La CFD ofrece numerosas ventajas frente a los ensayos en túnel de viento.
Además de generar simulaciones a escala real (en lugar de modelos a escala reducida para numerosas simulaciones físicas), también aporta datos complementarios y permite comparar, para un viento dado, las velocidades de viento simultáneamente entre dos puntos.
Es posible realizar estudios de hidrología, aeráulica o térmica a diferentes escalas: de la microelectrónica a los estudios de edificios y ciudades.
De la microelectrónica a la escala de una ciudad
Un mismo método CFD abarca estudios de hidrología, aeráulica y térmica a todas las escalas — desde el componente electrónico de unos milímetros hasta el barrio urbano, una amplitud difícil de cubrir con maquetas físicas.
Los resultados pueden visualizarse con mayor claridad y explicarse a un público amplio.
¿Túnel de viento o CFD: qué elegir?
En las mismas problemáticas aerodinámicas, los dos enfoques no juegan en la misma liga. Síntesis de las diferencias:
| Criterio | Ensayo en túnel de viento | Simulación CFD |
|---|---|---|
| Escala del modelo | Maqueta a escala reducida (plástico, madera, impresión 3D) | Simulación a escala real, sin maqueta |
| Cobertura de las mediciones | Unos pocos puntos precisos de la sección de ensayo | Campo completo; comparación simultánea de las velocidades entre dos puntos para un viento dado |
| Fenómenos no estacionarios complejosvórtices, estelas turbulentas, estratificación térmica | Comprensión global restringida | Procesos evolutivos y transitorios restituidos |
| Instalación e instrumentación | Instalación costosa, instrumentos sofisticados | Estudio numérico: alternativa eficaz y económica |
| Restitución y pedagogía | Informes técnicos, gráficos, visualizaciones puntuales | Resultados visualizados con mayor claridad y explicables a un público amplio |
| Aeroacústicaruido de origen aerodinámico | Generalmente más pertinente: medición directa del ruido aerodinámico | Simulación posible pero pesada y muy costosa |
| Clima e intemperielluvia, nieve, escarcha | Túneles de viento climáticos sofisticados: capacidad de proyección de lluvia y reproducción de un clima | Modelizable, pero complejo de reproducir fielmente |
La CFD: un abanico muy amplio de aplicaciones
Estos métodos permiten resolver un abanico muy amplio de problemáticas. La CFD se despliega como una verdadera caja de herramientas, del flujo de los fluidos a los intercambios térmicos, pasando por la multifísica y la hidrología.
Caja de herramientas
- Simular el flujo de un fluido alrededor o en el interior de un cuerpo
- Estudiar el confort frente al viento
- Estudio de las cargas de viento
Caja de herramientas térmica
- Estudiar los intercambios convectivos
- Estudiar los intercambios conductivos
- Estudiar los intercambios radiativos
Caja de herramientas multifísica
- Visualizar la dispersión de contaminantes
- Estudiar la extracción de humos
- Estudiar el desplazamiento de polvo, arena…
- Estudiar el desplazamiento de objetos, ventiladores…
Estudio de hidrología
- Flujo de fluidos
- Riesgo de inundación
- Riesgo de lluvia o de nieve
Malla, condiciones de contorno, modelo de turbulencia: descubre los fundamentos de un estudio CFD.
¿Hay que abandonar realmente el túnel de viento?
La pregunta merecía algo más que un eslogan. Esta es una respuesta mesurada, a la luz de todo lo anterior.
¿Pruebas en túnel de viento obsoletas? No del todo — pero la CFD se ha convertido en el reflejo.
El túnel de viento conserva su valor de ensayo físico de referencia para calibrar un modelo o validar un caso crítico. Pero en la gran mayoría de las problemáticas aerodinámicas, térmicas y multifísicas del edificio y de la industria, la simulación CFD se impone como la alternativa eficaz y económica: trabaja a escala real, restituye el campo completo en lugar de unos pocos puntos de medición, y permite explorar tantas variantes como sea necesario sin volver a fabricar maquetas.
Sin modelo reducido
La geometría real del edificio o de la ciudad se simula directamente, sin efecto de escala que corregir.
Todo el dominio, no solo unas sondas
Velocidad, presión, temperatura y turbulencia se conocen en todas partes — incluso en los fenómenos no estacionarios.
Iterar sin volver a fabricar
Cada variante de diseño se vuelve a lanzar en cálculo, allí donde el túnel de viento impone una nueva maqueta.
