El Túnel de Viento

Con cierta frecuencia me invaden preguntas relativas a conceptos que escuchamos en diversos medios de comunicación o utilizamos en ocasiones. Estoy segura que en alguna ocasión os habéis preguntado cómo se sustentan en el aire los aviones, habéis fruncido el ceño al escuchar en una retransmisión de Fórmula 1 que Fernando Alonso ha elegido una configuración Aerodinámica determinada para su Ferrari o habéis puesto cara de asombro cuando un equipo ciclista gana una contrarreloj porque ha mejorado su entrenamiento Aerodinámico.

En apariencia, términos distintos los unos de los otros, en profundidad un nexo común, un concepto común, una ciencia común: la AERODINÁMICA.

 

¿Qué es la AERODINÁMICA y en qué se basa?

La Aerodinámica es una parte de la ciencia que estudia la influencia que tiene una corriente de aire sobre los cuerpos sólidos en movimiento. Notemos que en la definición aparece "en movimiento" es decir, la aerodinámica tiene sentido para cuerpos sólidos que poseen una velocidad, que recorren una distancia en un tiempo determinado.

Para que lo entendamos fácilmente pensemos que nos encontramos bajando una montaña montados en una bicicleta. Si bajásemos con una sudadera perfectamente cerrada y colocados en una posición tal que  nuestro cuerpo fuese una prolongación de la bicicleta, las líneas de aire fluirían por nuestros costados sin resistencia. Sin embargo, si bajásemos la montaña con la sudadera abierta y con el torso muy levantado nuestra velocidad se vería reducida, estariamos perdiendo aerodinámica.

Esto que en un principio puede parecer algo sencillo, sin importancia y fácilmente solucionable ha adquirido una importancia desproporcionada en campos como la aeronáutica, ya sea en diseño de aviones o de hélices para aerogeneradores, o en deportes como la Fórmula 1, el ciclismo, el atletismo o el esquí, hasta el extremo de que equipos y sponsors dedican importantes partidas de los presupuestos al diseño y mejora de las propiedades relacionadas con esta ciencia. 

                             

Las modificaciones aerodinámicas pueden tener dos objetivos: mejorar la sustentabilidad del objeto en el aire, como es el caso de los aviones, o aumentar el agarre con la superficie, como es el caso de los monoplazas de Fórmula 1.

Cuando un avión surca el cielo, el aire fluye a diferentes velocidades por cada una de las partes de una misma ala, ya que tiene que recorrer distancias diferentes. Esta diferencia de velocidades, creará en el ala, según el principio de Bernoulli, una diferencia de presión que a posteriori generará una fuerza de sustentación y que mantendrá al avión en el aire. Sin embargo en el monoplaza de Fórmula 1, buscamos el efecto contrario, es decir, los alerones son diseñados de forma contraria a las alas de los aviones, ya que lo que se pretende es que la diferencia de presión creada actúe como una carga que empuje el coche contra el suelo, que aumente su agarre, que minimice la resistencia al avance causanda por las turbulencias que frenan el coche.

¿Cómo se mejora la Aerodinámica? ¿Qué instalaciones se utilizan para este propósito?

Para mejorar la aerodinámica se trabaja en un Túnel de Viento. Hasta ahora habiamos insitido en que para poder hablar de aerodinámica era necesario que el objeto se encontrara en movimiento, sin embargo, es difícilmente imaginable realizar pruebas en instalaciones cerradas con aviones que se muevan con una cierta velocidad. Para solucionar esto, el túnel de viento se diseña como una instalación en la que se obtiene de forma artificial mediante difusores un flujo de aire rectilíneo y uniforme a una velocidad que fluye a través de un cuerpo sólido que se encuentra estático en la denominada cámara de ensayos. Las diversas partes de la instalación pueden apreciarse en la siguiente imagen: 

1. Planta de Potencia

Es el lugar donde se instalan los intrumentos y protecciones eléctricas necesarias para garantizar la potencia eléctrica requerida. 

2. Difusores

Son los ventiladores necesarios para generar una corriente de aire con una velocidad tal que al llegar a ponerse en contacto con el objeto cree la diferencia de presión requerida.

3. Esquinas y 4. Cámaras de Remanso, que incorpora rejillas en configuración aeronáutica.

Se disponen de forma tal que garanticen que la corriente de aire que llegue a la cámara de ensayo lo haga sin perturbaciones y en un régimen de circulación adecuado. Se buscará optimizar la pérdida de carga a produicir en el fluido.

5.  Contraccción

En este punto se produce una disminución de la sección de forma tal que se acelere la corriente de aire hasta la velocidad que ha de tener en el ensayo. Además aquí se cumplirán las funciones de disminución del nivel de turbulencia y mejora de la uniformidad del perfil de velocidades. 

6.Cámara de Ensayos 

Es el lugar donde se realiza el ensayo propiamente dicho. En ella se dispone el equipo  y los sensores adecuados para poder realizar el seguimiento del test que se está realizando. 

7. Sala de Control

Es la sala donde se recibe toda la información emitida por los sensores y donde se visualiza la simulación y la interpretación de los resultados.

Si queréis experimentar las sensaciones de los Ingenieros Aerodinámicos, disponéis de una herramienta gratuita para estudiantes ofrecida por Autodesk, llamada "Project Falcon" que permite realizar una simulación en un tunel de viento. Podéis elegir el objeto para realizar el análisis, la velocidad del flujo de aire, la inclinación, etc, además de ver un gráfico de la evolución de la simulación y los valores resultantes del test. Yo no me he podido resistir y aquí tenéis un ejemplo de una simulación para un Airbus. 

Espero que este humilde rinconcito os ayude a conocer un poco más esa parte de la ciencia llamada Aerodinámica, porque no hay nada más increible que saber por qué y cómo ocurren las cosas.

Nos vemos en la próxima entrada, hasta entonces... ¡¡¡¡¡ DISFUTEN DE LA CIENCIA!!!!