UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE
SINALOA
Facultad De Ciencias De La Tierra y El Espacio
Investigación:
TRABAJO FINAL DE CURSO:
“Construcción de túnel de viento para pruebas aerodinámicas”
ALUMNOS:
Guerrero Flores Gema Esmeralda
Gracia Ornelas Roberto de Jesus
Higuera Lizárraga Erick
CARRERA:
ingeniería Aeronáutica
CURSO:
Metodología de la Investigación
ASESOR INTERNO:
Griselda Quintero Covarrubias
ENLACE:
https://metoddelainvestgaero12tdv.blogspot.com/
Culiacán, Sinaloa a 08 de enero de 2024
Lista de cotejo
No proporcionada
“CONSTRUCCIÓN DE TÚNEL DE VIENTO PARA PRUEBAS AERODINÁMICAS”
RESUMEN
El fundamento teórico aborda conceptos clave de aerodinámica y fuerzas, mientras que los antecedentes revisan proyectos relevantes en España y México que han abordado la construcción de túneles de viento. La metodología propuesta es un estudio experimental cualitativo, adaptando especificaciones de proyectos anteriores y realizando pruebas en software de simulación. Aunque no se obtuvieron resultados prácticos debido a la naturaleza del ejercicio, se concluye que la construcción de un túnel de viento para fines experimentales y didácticos es posible, ofreciendo una valiosa herramienta para visualizar fenómenos aerodinámicos y mejorar la comprensión teórica en ingeniería aeronáutica. Se destaca la exploración continua de posibilidades para lograr los objetivos establecidos.
Palabras clave: Ingeniería aeronáutica, Túnel de viento, Aerodinámica, Materiales didácticos, Investigación
ABSTRACT
The research focuses on addressing material and space deficiencies in the new aeronautical engineering degree at the Autonomous University of Sinaloa through the development of a wind tunnel. The objective is to identify aerodynamic concepts. The lack of teaching materials and the need to improve the understanding of key concepts justify this research and the construction of the wind tunnel, starting with a simulated model and followed by the construction and testing of the tunnel. to evaluate its operation.
The theoretical foundation addresses key concepts of aerodynamics and forces, while the background reviews relevant projects in Spain and Mexico that have addressed the construction of wind tunnels. The proposed methodology is a qualitative experimental study, adapting specifications from previous projects and performing tests in simulation software. Although no practical results were obtained due to the nature of the exercise, it is concluded that the construction of a wind tunnel for experimental and educational purposes is possible, offering a valuable tool to visualize aerodynamic phenomena and improve theoretical understanding in aeronautical engineering. The continuous exploration of possibilities to achieve the established objectives stands out.
Keywords: Aeronautical engineering, Wind tunnel, Aerodynamics, Teaching materials, Investigation
ÍNDICE
1 INTRODUCCIÓN 1
1.1 Planteamiento del problema 1
1.2 Descripción de la empresa u organización 1
1.3 Objetivo general 1
1.4 Objetivos específicos 1
1.5 Justificación 2
1.6 Alcance 2
2 FUNDAMENTO TEÓRICO 3
2.1 ANTECEDENTES 3
2.1.1 R. POLO, PROYECTO Y DISEÑO DE UN TÚNEL DE VIENTO DOCENTE PARA EL AULA DE AUTOMOCIÓN DE LA EPSEM, ESPAÑA, 2021. 3
2.1.2 P. RAMIREZ, PROYECTO Y DISEÑO DE UN TÚNEL DE VIENTO, MÉXICO, 2018. 4
2.1.3 J. L. MUÑOZ, CONSTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN TÚNEL DE VIENTO A PEQUEÑA ESCALA, ESPAÑA, 2014. 6
2.2 METODOLOGÍA 6
3 RESULTADOS 8
4 CONCLUSIONES 9
5 FUENTES DE INFORMACIÓN 10
INTRODUCCIÓN
Planteamiento del problema
La apertura de nuevas ofertas educativas conlleva, muchas veces, deficiencias en materiales, equipo e incluso docentes para la primera generación de dicha carrera nueva, este es el caso para la licenciatura de ingeniería en aeronáutica en la Universidad Autónoma de Sinaloa, la cuál no tiene ni aparatos ni laboratorios o espacios designados para la enseñanza, experimentación y pruebas necesarias para el aprendizaje y formación de los futuros ingenieros aeronáuticos sinaloenses.
Descripción de la empresa u organización
La Facultad de Ciencias de la Tierra y el Espacio, de la Universidad Autónoma de Sinaloa, es una dependencia de educación superior, cuya misión es formar profesionales de calidad, con prestigio y reconocimiento social, dispuestos a contribuir en la promoción de un desarrollo sustentable, capaces de proponer soluciones óptimas a los problemas de interés social de carácter local, regional, nacional e internacional, todo sustentado en programas académicos de nivel licenciatura y posgrado pertinentes y competitivos (Facultad de Ciencias de la Tierra y el Espacio, de la Universidad Autónoma de Sinaloa, 2019).
Objetivo general
Desarrollar a partir de modelos preestablecidos un túnel de viento funcional a escala con propósitos experimentales para identificar conceptos de aerodinámica y superficies de control.
Objetivos específicos
Demostrar la necesidad de un túnel de viento para el desarrollo de la licenciatura en ingeniería aeronáutica.
Valorar y cotizar costos y materiales para la realización del proyecto
Indagar antecedentes y proyectos previos
Diseñar un modelo 3D de la propuesta
Justificación
La licenciatura en ingeniería aeronáutica es completamente nueva en la Universidad Autónoma de Sinaloa, y por lo tanto no cuenta con algunos materiales didácticos necesarios para una mejor comprensión de algunas materias tales como aerodinámica y diseño aeronáutico, ya que debido al grado de abstracción de las mismas dificultan el poder identificar los escenarios de acción en la práctica, parte fundamental de la ingeniería aeronáutica.
Existen modelos ya realizados con materiales accesibles y de manera casera, así como modelos más profesionales de los mismos, de tal forma que podemos crear un túnel de viento funcional a escala que cubra nuestras necesidades de aprendizajes como estudiantes de ingeniería aeronáutica.
Alcance
Al iniciar el semestre, se ha realizado una investigación acerca de los beneficios para el aprendizaje de tener un túnel de viento con fines didácticos, desde el 22 de agosto del 2023.
Todo con el fin de justificar la necesidad de un túnel de viento que cumpla las características fundamentales para poder identificar los fenómenos y conceptos de algunas materias y ponerlos en práctica de manera tangible. Se desarrollará un modelo simulado para obtener un marco de referencia que sirva para futuras comparaciones, después será construido y sometido a distintas pruebas, para determinar su funcionamiento y evaluar los resultados.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Para tener mayor comprensión respecto a lo que se trata de presentar, es necesario dar un
conocimiento básico respecto a las áreas que se mencionan en este documento.
ANTECEDENTES
A continuación, se encuentran los trabajos que se encontraron relevantes para esta investigación, pues su importancia radica en la construcción y aplicación de un túnel de viento dentro del área educativa, abarcando diseños construidos por los alumnos.
R. POLO, PROYECTO Y DISEÑO DE UN TÚNEL DE VIENTO DOCENTE PARA EL AULA DE AUTOMOCIÓN DE LA EPSEM, ESPAÑA, 2021.
Roger Polo Homet, estudiante de la Universitat Politécnica de Catalunya en España llevó a cabo un proyecto de gran relevancia en el ámbito de la ingeniería mecánica y la educación técnica, enfocado en el diseño y construcción de un Túnel de Viento Docente para su universidad durante el año 2021.
El fundamento técnico se estructura en torno a las fuerzas aerodinámicas, explorando la aerodinámica del móvil, con énfasis en la resistencia y cargas aerodinámicas. Se introducen conceptos cruciales como el análisis dimensional, los números de Reynolds y la capa límite, proporcionando una base sólida para el desarrollo de la investigación. Además, se presentan las ecuaciones aerodinámicas clave, como las ecuaciones de Navier-Stokes, el movimiento isotrópico y la ecuación de Bernoulli.
En cuanto a los recursos de investigación, se utilizaron herramientas como computadoras y software especializado, incluyendo SolidWorks para la simulación de materiales y fluidos. Se accedió a diversas fuentes, desde revistas científicas hasta archivos gubernamentales de la NASA y recursos en línea como blogs de ingenieros aeronáuticos, para respaldar y enriquecer la investigación.
Para el proceso de desarrollo del túnel de viento, primero plantearon las normativas que debía cumplir de manera teórica, utilizaron sus conocimientos en física y sus recursos para realizar los cálculos necesarios durante su desarrollo, posteriormente crearon los diseños 3D en el software de simulación donde pulieron los detalles finales y realizaron las pruebas pertinentes de su modelo. Con lo que podemos decir que su tipo de investigación fue cuasi-experimental ya que los elementos analizados no son aleatoriamente seleccionados y debemos distinguir entre series cronológicas, donde se espera una respuesta permanente, y muestras cronológicas, donde se esperan respuestas transitorias
Culminaron con un presupuesto que incluía, los costes de materiales, así como de mano de obra estimados, y entre los principales hallazgos, se destaca el cumplimiento del objetivo principal de diseñar un túnel de viento abierto, listo para ser implementado en la realidad sin modificaciones significativas. No obstante, se identificaron limitaciones, como la falta de detalle en la sujeción de elementos dentro de la caja de ensayo y la ausencia de un panel de estabilización para ordenar el flujo de aire antes de ingresar a la caja de ensayos. Estas limitaciones ofrecen oportunidades para futuras mejoras y refinamientos en el diseño del túnel de viento. (Polo, 2021)
P. RAMIREZ, PROYECTO Y DISEÑO DE UN TÚNEL DE VIENTO, MÉXICO, 2018.
El túnel de viento es hoy en día un dispositivo de gran utilidad alrededor del mundo, ya que nos ayuda a realizar pruebas de aerodinámica. Por este motivo es que en 2018 Pablo Ramírez Silva Decide diseñar y construir un túnel de viento dentro de los laboratorios de la UNAM.
Pensado por la necesidad de realizar pruebas en turbinas de vapor, agua o gas, ya sea a escala o a tamaño real, por lo que el objetivo en el túnel es alcanzar estas velocidades que se encuentran clasificadas como subsónicas convirtiendo un flujo turbulento en un flujo laminar, además de ser lo suficientemente ligero para poder montarlo y desmontarlo en cualquier lugar y desplazarlo de un lugar a otro.
Los fundamentos teóricos que sustentan este proyecto de investigación sobre el diseño y construcción de un túnel de viento inician con una exhaustiva exploración de los antecedentes básicos de este dispositivo. Se aborda la diversidad de tipos de túneles de viento, su campo de operación y clasificación, así como una introducción a los materiales que serán empleados en el proyecto.
En el segundo capítulo, se proporciona una descripción detallada de los componentes clave de un túnel de viento, definiendo tecnicismos esenciales que serán fundamentales para la explicación del desarrollo. El capítulo tres, por su parte, se sumerge en los conceptos más sustanciales, específicamente en la "Dinámica de Fluidos". Aquí, se presentan definiciones, ecuaciones, teorías y principios de la física que respaldan el enfoque teórico del proyecto.
En términos de recursos de investigación, se destaca la utilización de laboratorios y equipamiento especializado, computadoras con software como SolidWorks para simulaciones de fluidos, así como fuentes como revistas científicas, libros, enciclopedias y recursos en línea, incluyendo blogs de ingenieros aeronáuticos.
El proyecto va más allá de la obtención de un modelo 3D, ya que se construye el túnel de viento y se llevan a cabo pruebas para evaluar el éxito de la investigación. El diseño se aborda en etapas, con cálculos correspondientes. Las simulaciones, realizadas mediante un programa CAD, proporcionan un marco de referencia para evaluar cuantitativamente el éxito del túnel de viento.
En los hallazgos principales, se destaca la satisfactoria minimización de la pérdida de energía a lo largo del túnel, indicando un aspecto positivo para las pruebas aerodinámicas. Sin embargo, se señala un notable margen entre los resultados de las simulaciones y los obtenidos durante las pruebas reales.
Los objetivos no alcanzados incluyen la falta de ligereza buscada, problemas en la potencia del ventilador, y deficiencias en el sellado de la cubierta del ventilador y la falta de un regulador de velocidad para la máquina de humo, afectando la apreciación de la aerodinámica de algunos objetos. Estos resultados apuntan a áreas críticas para futuras mejoras y refinamientos en el diseño y ejecución del túnel de viento. (Ramirez, 2018)
J. L. MUÑOZ, CONSTRUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN TÚNEL DE VIENTO A PEQUEÑA ESCALA, ESPAÑA, 2014.
José Muñoz, alumno en 2014 de la Universidad de Oviedo, construyó un túnel de viento de bajas velocidades, con el objeto de visualizar los efectos que se producen al interactuar un fluido en movimiento con cuerpos estáticos.
El túnel fue de bajas velocidades, de tamaño pequeño lo que permitió la fácil manipulación por parte de los alumnos, también se le añadieron controles, equipos de iluminación y elementos de medición.
Se utilizaron las instalaciones de la universidad para colocar el túnel de viento. Para su construcción fueron necesarios softwares de simulación y cálculos para encontrar las medidas de relación necesarias para el funcionamiento correcto del túnel de viento. Las características de los materiales y herramientas se detallaron en los anexos de la publicación.
Al terminar la construcción del túnel de viento y comprobar su correcto funcionamiento, se iniciaron las pruebas con diferentes cuerpos. Se realizaron cálculos e investigaciones acerca del comportamiento del fluido contra estos cuerpos.
En conclusión, se determinó que las pruebas de funcionamiento cumplieron con los objetivos planteados en la introducción, sin embargo, este trabajo se consideró como punto de partida para futuras mejoras e investigaciones. (Muñoz, Pereiras, & Fernandez, 2014)
METODOLOGÍA
La metodología propuesta en el presente proyecto consta de un estudio experimental puro de enfoque cualitativo. Se tomaron como modelo diferentes proyectos ya realizados, adaptando las especificaciones a los requerimientos específicos. La información recabada se utilizará como base en la construcción del túnel de viento.
Ya que la intención de la muestra es confirmar o refutar los hallazgos iniciales hechos por los proyectos anteriores, se habla de una muestra confirmativa, del tipo no probabilístico, pues tiene un propósito definido y acorde con la evolución de los acontecimientos. Entonces, se seleccionan casos similares a aquellos donde emergieron las hipótesis y también casos donde se contradijeron, hasta comprender lo que verdaderamente sucede.
En este caso se realizarán “de 6 a 10” casos de pruebas en software de simulación, partiendo desde estimaciones basadas en los proyectos anteriores para así poder determinar el correcto funcionamiento del túnel de viento a la escala deseada. Debido a que se tomarán sólo los casos convenientes para la investigación, y que se tendrá control total en la manipulación de las variables como tamaño, tipo de ventilador, velocidad del ventilador, etc…
Posteriormente se construirá un modelo de túnel de viento con los planos de la simulación más cercana a nuestro caso de estudio, haciendo uso de herramientas como impresora 3D, computadora, entre otros materiales. Con el modelo construido se realizaran 10 pruebas con parámetros previamente seleccionados en las simulación por software para evaluar el desempeño del túnel y determinar si es que funciona o no el mismo.
RESULTADOS
Debe presentar de manera ordenada los datos o aspectos más relevantes que resultaron de las actividades realizadas, así como su interpretación a la luz de la fundamentación teórica planteada como pueden ser diagramas, análisis de datos, esquemas, diseños, procesos, entre otros. Se recomienda utilizar referencias a tablas y figuras que se verán reflejadas en el índice correspondiente. (Cabe destacar que al no haberse realizado la investigación, y haber quedado como ejercicio, no se obtuvieron resultados, pero se deja por entendido que se comprendió el objetivo de la obtención de resultados de la investigación) .
CONCLUSIONES
En base a los estudios citados, y la revisión de antecedentes, se puede afirmar que la construcción de un túnel de viento con fines experimentales y didácticos es posible. El túnel de viento es una herramienta para la visualización de fenómenos aerodinámicos y para el mejor entendimiento de los temas teóricos de materias como dinámica de fluidos, aerodinámica, entre otras. Debido a la falta de experimentos aún no se puede determinar si es posible realizar modelos de túnel de viento a una escala más reducida, sin embargo se estarán explorando diferentes posibilidades para lograr cumplir con los objetivos establecidos.
FUENTES DE INFORMACIÓN
belver.clavijero. (2020). belver.clavijero. Obtenido de Contenido de Metodología de la Investigación: https://belver.clavijero.edu.mx/cursos/nme/semestre1/mdi_1/s1/contenidos/utilidad_y_caractersticas_de_la_metodologa_de_la_investigacin.html
Cordero, Z. R. (2009). LA INVESTIGACIÓN APLICADA: UNA FORMA DE CONOCER LAS REALIDADES CON EVIDENCIA CIENTÍFICA. Revista Educación, 33(1), 155-165.
Hernandez Sampieri, C. R., Fernandez Collado, C., & Baptista Lucio, P. (1997). METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN. Colombia: MCGRAW-HILL.
LaEdu.digital. (26 de 04 de 2021). LaEdu.digital. Obtenido de Utilidad y las características de la metodología de la investigación: https://laedu.digital/2021/04/26/utilidad-y-las-caracteristicas-de-la-metodologia-de-la-investigacion/
Muñoz, J. L., Pereiras, B., & Fernandez, J. (2014). Construcción y caracterización de un túnel de viento a pequeña escala. España.
Polo, R. (2021). Proyecto y Diseño de un túnel de viento docente para el aula de automoción de la EPSEM. Catalunya, España.
Ramirez, P. (2018). Proyecto y Diseño de un túnel de viento. Ciudad Nezahualcóyotl, Estado de México, México.
S.E.F.O. (2014). Scientific European Federation of Osteopaths. Obtenido de LOS ELEMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN: https://www.scientific-european-federation-osteopaths.org/los-elementos-de-la-investigacion/
Ulrich, K., & Eppinger, S. (2013). Diseño y desarrollo de productos (5ª edición ed.). México, D.F.: Mc Graw Hill.
Universidad Naval. (2023). METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN. Obtenido de https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/133491/METODOLOGIA_DE_INVESTIGACION.pdf
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He leído el trabajo y me parece excelente dado que es fácil encontrar la información que se expone, y además hay referencias de donde consultar o ampliar más la información.
ReplyDeleteMuy buen trabajo muy logrado visual mente bonito entendible y me gusta la información agregada
ReplyDeleteEsta trabajo es un antes y un después en la ingeniería Aeronáutica
ReplyDeleteExcelente trabajo, muy completo, la información explícita, con referencias bibliográficas dándole pues su validez
ReplyDeleteExcelente trabajo, bien desarrollado, y abarca los temas de manera bien estructurada. Temas interesantes. Otra firma de manejo de información.
ReplyDeleteEl trabajo me parece muy organizado, la información es clara y sin duda es un buen camino para empezar una investigación sobre los túneles de viento. Asimismo, consideró que el resto del blog contiene información muy valiosa.
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