UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERO INDUSTRIAL RESUMEN. Resumen

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María Velázquez Espinoza
hace 8 años
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1 RESUMEN Resumen 1

2 RESUMEN El uso de túneles de viento ha ido proliferando al mismo ritmo que la aeronáutica y otras disciplinas relacionadas con la ingeniería lo han hecho a lo largo del s. XX. Este tipo instalaciones se emplean para estudiar el movimiento de un fluido en torno a un cuerpo sólido. El aire es soplado o aspirado por medio de unos potentes ventiladores con el fin de emular situaciones reales a las que se podrían enfrentar distintos dispositivos aerodinámicos que son ensayados en estas instalaciones además de reducir costes en el desarrollo de ensayos. Sólo determinadas entidades como universidades, compañías automovilísticas y aeronáuticas; así como corporaciones de defensa pueden permitirse disponer de estas instalaciones pues requieren un elevado coste de instalación y mantenimiento. El flujo de aire que circula por el interior del conducto genera una potencia térmica por fricción que calienta considerablemente el aire (en nuestro caso del orden de 1-2ºC/minuto). A esa potencia hay que añadirle la generada por pérdidas en los ventiladores. El incremento de la temperatura en el interior debido a los fenómenos antes citados, si no se implementa una solución, altera las condiciones del ensayo y puede que lo hagan inaceptable. Las empresas que cuentan con estas instalaciones emplean distintos sistemas de refrigeración por lo que la primera fase del proyecto consiste en un estudio del arte detallado de los dispositivos empleados en la actualidad para túneles de viento; así como un estudio riguroso de artículos científicos publicados hasta la fecha. Para este estudio se emplean distintos motores de búsqueda de patentes y bibliotecas especializadas. Una vez estudiada la literatura existente se procede a la identificación de 2

El aire es soplado o aspirado por medio de unos potentes ventiladores con el fin de emular situaciones reales a las que se podrían enfrentar distintos dispositivos aerodinámicos que son ensayados en

3 RESUMEN las diferentes áreas de investigación que son de interés y de las tecnologías de refrigeración y diseños propuestos. Este proyecto tiene por objetivo principal cuantificar la cantidad de potencia térmica que debe evacuarse para la correcta operación de un túnel cerrado analizando los diferentes tramos del conducto, i.e. tobera, difusores, cámaras de ensayos/vuelo, etc. Una vez determinado el estudio térmico se analizan algunas de las propuestas de refrigeración. Estos sistemas comprenden sistemas tanto convencionales como innovadores. Debido a la falta de tiempo sólo algunas de las propuestas son analizadas en este proyecto. Con el fin de simular de manera eficiente y comparar tantas alternativas como sea posible se precisa de una herramienta alternativa al estudio por elementos finitos. Se ha desarrollado una interfaz entre Excel-Matlab-Simulink y se ha validado con ANSYS-CFD para que las diferentes soluciones puedan ser modeladas y analizadas de forma rápida, después las mejores soluciones podrán entonces ser simuladas con más detalle en ANSYS-CFD. La diferencia de resultados entre la interfaz y ANSYS-CFD es del orden de entre el 10 y el 20%, diferencia considerada más que suficiente para comparar y seleccionar la mejor solución posible de los sistemas de refrigeración. Una vez contrastados ambos resultados (los de la interfaz y los de ANSYS) se procede a simular las propuestas de refrigeración (aquellas que se consideren más potentes en esta etapa) para finalmente determinar si por separado estas tecnologías solucionarían el problema o si por el contrario, una combinación de las mismas es la solución óptima. 3

i.e. tobera, difusores, cámaras de ensayos/vuelo, etc. Una vez determinado el estudio térmico se analizan algunas de las propuestas de refrigeración.

4 RESUMEN El presente proyecto se ha desarrollado de forma que sirva de base para el estudio detallado de las propuestas de refrigeración que no se han simulado debido a la falta de tiempo; así como para la futura investigación en sistemas de refrigeración para este tipo de instalaciones. 4

se han simulado debido a la falta de tiempo; así como para la futura

5 ABSTRACT Abstract 1

6 ABSTRACT The use of wind tunnels has been proliferating at the same rate as aerospace, and other engineering related disciplines throughout the 20 th century. Such installations are used for studying the movement of a fluid around a solid body. Air is blown or sucked by powerful fans in order to emulate real life situations which may be faced by different aerodynamic devices that are tested in these facilities also reducing costs in the development of the tests. Only certain institutions such as universities, automobile companies, and aeronautics companies such as defence corporations can afford having these facilities due to their high cost of installation and maintenance. The air that flows within the duct generates frictional thermal heat energy that heats the air up considerably (for our case in the order of 1-2 C/minute). Within that same frictional thermal heat energy generated, the losses generated by the duct fans also need to be taken into consideration. The increase of the temperature within the interior of the tunnel is due to the phenomena mentioned above and this increase in temperature, if no solution is implemented, alters the test conditions and may make them unacceptable. Therefore efficient cooling systems must be introduced. The companies that have these facilities use different cooling systems that will be explained in the first part of this project consisting of the detailed study of the State of the Art within the wind tunnels; as well as a rigorous review of related scientific articles published to date. For this study, different patent search engines and specialized libraries were used for research. Once the research has been carried out, the different areas of research interest are presented and several cooling technologies and designs proposed 2

Air is blown or sucked by powerful fans in order to emulate real life situations which may be faced by different aerodynamic devices that are tested in these facilities also reducing costs in the

7 ABSTRACT The objective of this project is to calculate the amount of thermal heat energy needed to be released in the correct operation within a closed tunnel analyzing the different sections of the duct such as the nozzle, diffuser, flight chamber, etc. Once the thermal heat energy has been determined, a number of cooling systems will be proposed and analyzed. These systems will comprise both conventional and innovative systems. Due to time constraints, not all the proposed solutions have been analyzed in this Project. In order to efficiently simulate and compare as many alternatives as possible, an alternative tool to Finite Element Method software was needed. An Excel-Matlab-Simulink interface was developed and validated with ANSYS- CFD so that the different cooling solutions can be easily and rapidly modeled and analyzed and then the best solutions can be simulated in more detail in ANSYS-CFD. The difference in results for this first version of the interface, with respect to ANSYS- CFD, is in the order of 10-20%, which is considered more than sufficient to compare and select the best possible cooling systems. Once both results are compared (interface v. ANSYS-CFD), a selection of the proposed cooling systems (those considered to have more potential at this stage) will be simulated to finally determine whether these technologies would separately solve the problem or if on the contrary, a combination of both would be the optimal solution. This project has been developed in such a way as to serve as a base for the future study of detailed cooling proposals that have not been simulated due to time constraints. 3

These systems will comprise both conventional and innovative systems. Due to time constraints, not all the proposed solutions have been analyzed in this Project.

8 ABSTRACT This can allow for future advanced research in cooling systems for these types of facilities. 4

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