Diseño, construcción y validación numérica de un túnel de viento a escala para aplicaciones académicas

Abstract

El trabajo desarrollado consiste en el diseño, la construcción y la instrumentación de un túnel te viento subsónico de circuito abierto que será adecuado en el laboratorio de mecanismos y simulación numérica ubicado dentro de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE. Para lo cual se realiza una revisión bibliográfica que establece las dimensiones y criterios de diseño de los principales componentes. Luego mediante el programa Inventor Autodesk se realiza el modelado mecánico de las piezas y se desarrolla un sistema de instrumentación en base al microcontrolador Arduino Uno y un sensor de hilo caliente para registrar la velocidad del flujo. Finalmente, se realiza simulación numérica con el programa de Ansys Fluent empleando el modelo de turbulencia k-ω SST. La validación numérica incluye estudios de independencia de malla y la verificación del tratamiento de pared mediante valores de Y+ cercanos a la unidad. Los resultados obtenidos permiten alcanzar velocidades de flujo de hasta 9 m/s, correspondientes a un régimen subsónico, con una intensidad de turbulencia aproximada del 1 % en la zona de pruebas. La comparación entre los resultados experimentales y numéricos muestra diferencias de velocidad comprendidas entre 0.05 y 0.40 m/s, además de una adecuada correspondencia cualitativa en la distribución de velocidades, presiones y líneas de corriente. Asimismo, los coeficientes aerodinámicos obtenidos para los modelos analizados presentan valores consistentes con los reportados en la literatura especializada. Finalmente, se obtiene un prototipo funcional de bajo costo que constituye una herramienta de apoyo académico para la enseñanza de la aerodinámica, la experimentación en dinámica de fluidos y la validación de estudios CFD en el Laboratorio de Mecanismos y Simulación Numérica de la ESPE.