Aerodinámica Automotriz y Experimentación en Túneles de Viento

Fundamentos del Flujo Alrededor de un Objeto

La capa límite es una delgada región que está en contacto directo con la superficie del cuerpo. En esta zona, el fluido experimenta la fricción superficial, lo que provoca que su velocidad varíe desde cero en la pared hasta alcanzar la velocidad del flujo libre. Por el contrario, la parte exterior se comporta como un fluido no viscoso.

Transición de la Capa Límite: de Laminar a Turbulenta

Toda capa límite es inicialmente laminar; sin embargo, a medida que aumenta la distancia recorrida sobre la superficie, el flujo se inestabiliza y se vuelve turbulento. Existen factores que influyen en este comportamiento:

• Aceleración del fluido: Ejerce un efecto estabilizador que ayuda a mantener la capa límite en estado laminar.
• Radios convexos: También contribuyen a la estabilización del flujo.
• Intensidad turbulenta exterior: Cuanto mayor sea la turbulencia en el flujo exterior, más fácil será la transición hacia una capa límite turbulenta.

Comportamiento del Flujo Ideal frente al Flujo Real

En un flujo ideal, las líneas de corriente seguirían fielmente toda la superficie del objeto. No obstante, en la realidad, la viscosidad genera la aparición de la capa límite, la cual tiende a desprenderse en algún punto. Para optimizar el diseño, conviene adaptar la geometría con variaciones suaves, permitiendo que la velocidad disminuya gradualmente.

En el flujo real, la fricción interna de la capa límite provoca una pérdida de energía cinética, lo que puede derivar en una separación del flujo ante un gradiente de presiones adverso. Este fenómeno causa que la distribución de presiones difiera de la teórica, generando la denominada resistencia aerodinámica (drag).

Tipos de Cámaras de Ensayo en Túneles de Viento

1. Cámara Abierta: Se elimina el efecto de bloqueo. El área del modelo debe ser pequeña en comparación con la sección transversal. Su principal inconveniente es que el chorro de aire arrastra el aire circundante, lo que reduce la velocidad a medida que aumenta la longitud de la cámara. Ofrece cero gradiente de presión.
2. Cámara Cerrada de Paredes Paralelas: Funciona de forma similar a una tubería, presentando pérdidas de carga. Permite una mayor longitud útil, aunque se debe compensar el gradiente de presión (debido a las pérdidas) mediante un incremento gradual de la sección. Es muy sensible al bloqueo de la sección de paso.
3. Cámara Streamlined: Permite disminuir el efecto de bloqueo al ajustar la sección de paso a la desviación natural de las líneas de corriente. Son diseños más compactos, ideales para estudios de climatización.
4. Paredes Ranuradas: Representan un equilibrio entre las cámaras abiertas y cerradas. Ofrecen una conducción del flujo superior a la abierta y están menos limitadas que la cerrada.

Técnicas de Simulación del Suelo Móvil

Para simular correctamente el efecto del suelo en túneles de viento, se emplean las siguientes técnicas:

• Colocación del vehículo en una plataforma elevada.
• Succionado del flujo delante del modelo.
• Succionado debajo del modelo.
• Soplado tangencial.
• Método de simetría.
• Cinta móvil (Moving belt): Considerada la técnica más precisa.

Métodos de Visualización del Flujo

Para comprender el comportamiento del aire sobre la carrocería, se utilizan:

• Hilos en la superficie: Se orientan según las líneas de corriente y permanecen estables mientras no exista desprendimiento del flujo.
• Uso de polvos suspensivos: Las partículas son arrastradas en zonas de flujo adherido y tienden a acumularse en las áreas donde ocurre el desprendimiento.
• Medición del campo de velocidades: Uso de parrillas con sondas Prandtl para mapear presiones y velocidades.

Optimización Aerodinámica de la Carrocería

Parte Frontal

Es crucial controlar la separación del flujo. Los parámetros clave incluyen la pendiente del capó, la inclinación de la parte frontal y los radios de transición entre superficies.

Parabrisas y Pilares del Techo

El tamaño de las burbujas de turbulencia en la base del parabrisas depende directamente del ángulo de inclinación entre el capó y el cristal. Al aumentar el ángulo de inclinación, se mejora la fuerza de resistencia al avance, recomendándose un máximo de 60º. Asimismo, es fundamental el redondeo de los pilares del techo para minimizar vórtices y ruidos aerodinámicos.