ISSN2953-6367 Enero2026 http://revistainvestigo.com Vol.7No,18,PP.66-83 https://doi.org/10.56519/8jm6vh03 RevistaCientíficaMultidisciplinariaInvestiGoRiobamba–EcuadorCel:+593979119620revisinvestigo@gmail.com 66 CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCHCFDASANEDUCATIONALANDSCIENTIFICTOOLFORTHEDESIGNOFWINDTUNNELSINTHEESPOCHLuisBrayanMeraLandeta1{luis.mera@espoch.edu.ec}Fechaderecepción:02/12/2025/Fechadeaceptación:17/12/2025/Fechadepublicación:06/01/2026RESUMEN:Eltúneldevientoesuninstrumentoampliamenteutilizadoenlosúltimosañosyresultaesencialenelanálisisaerodinámico;sinembargo,suaplicaciónenelsistemaeducativohasidoinsuficiente.Porestarazón,esimportanteanalizaruntúneldevientocerrado.Elobjetivodeestainvestigaciónessimularuntúneldevientocerradomedianteladinámicadefluidoscomputacionales(CFD),considerandolosparámetrosambientalesdeRiobamba,conlafinalidaddevalorarsudesempeñoyeficacia.Elestudiocuentaconunenfoquemixtoyseutilizanmétodoscomoelanalítico,sintético,hipotéticoydeductivo.Además,poseeunapoblaciónquecorrespondealosparámetrosambientalesdelaciudaddeRiobamba,proporcionadosporelgrupoGEAAdelaESPOCH,eincluyenaltitud,temperatura,presiónatmosférica,densidad,humedadrelativa,velocidaddelvientoygravedad.Lamuestraestáconformadaporlasmediasoficialesdedichosparámetros,proporcionadasporelgrupodeinvestigación,lascualesfueronutilizadasenloscálculosyentodoelprocesoexperimental.LosdatosylasimulaciónsedesarrollaronmedianteelsoftwareSolidWorks,dondeseanalizóelcomportamientodelflujodeaire.Además,seobservóelcomportamientodelvientoalcircularpordiferentessecciones,conelpropósitodeoptimizareldiseñoygarantizarunflujodeaireestableyequilibrado.Porúltimo,seaplicaronecuacionesdeladinámicadefluidos,comogastomásico,caudal,continuidadyBernoulli.Lasimulacióndiocomoresultadoconfiguracionesóptimasdeltúnel,convaloresestablesde5,04m/sy45,66m/s,sustentandosuvalidezmediantelaaplicacióndeecuaciones,enlascualeslosvaloresobtenidosseajustaronnotablementealossimulados.Finalmente,serecomiendaalgrupoGEAAdelaESPOCHlaimplementacióndetúnelesdevientocerrados,loscualesserviránparacalibrarlosequiposyreforzarinvestigacionesaerodinámicasenelfuturo.Palabrasclave:Túneldeviento,análisisaerodinámico,simulación,SolidWorks,condicionesatmosféricas 1 EscuelaSuperiorPolitécnicadeChimborazo(ESPOCH);Riobamba-Ecuador,https://orcid.org/0009-0005-5078-5453.
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 67 ABSTRACT:Thewindtunnelisawidelyusedinstrumentinrecentyearsandisessentialforaerodynamicanalysis;however,itsapplicationintheeducationalsystemhasbeeninsufficient.Forthisreason,itisimportanttoanalyzeaclosedwindtunnel.Theobjectiveofthisresearchistosimulateaclosedwindtunnelusingcomputationalfluiddynamics(CFD),consideringtheenvironmentalparametersofRiobamba,inordertoassessitsperformanceandeffectiveness.Thestudyemploysamixed-methodsapproach,utilizinganalytical,synthetic,hypothetical,anddeductivemethods.ThepopulationconsistsoftheenvironmentalparametersofthecityofRiobamba,providedbytheGEAAgroupatESPOCH,includingaltitude,temperature,atmosphericpressure,density,relativehumidity,windspeed,andgravity.Thesamplecomprisestheofficialaveragesoftheseparameters,providedbytheresearchgroup,whichwereusedinthecalculationsandthroughouttheexperimentalprocess.ThedataandsimulationweredevelopedusingSolidWorkssoftware,wheretheairflowbehaviorwasanalyzed.Furthermore,thebehaviorofthewindasitflowedthroughdifferentsectionswasobserved,withtheaimofoptimizingthedesignandensuringastableandbalancedairflow.Finally,fluiddynamicsequations,suchasmassflowrate,flowrate,continuity,andBernoulli'sequation,wereapplied.Thesimulationresultedinoptimaltunnelconfigurations,withstablewindspeedsof5.04m/sand45.66m/s.Thevalidityoftheseconfigurationswassupportedbytheapplicationofequations,inwhichtheobtainedvaluescloselymatchedthesimulatedvalues.Finally,theGEAAgroupatESPOCHisrecommendedtoimplementenclosedwindtunnels,whichwillservetocalibrateequipmentandstrengthenaerodynamicresearchinthefuture.Keywords:Windtunnel,aerodynamicanalysis,simulation,SolidWorks,atmosphericconditionsINTRODUCCIÓNConstruirobjetossinunprevioanálisisdecuálvaasersurespuestaconrespectoalascondicionesfísicaspuedegenerardañosenlosmismos,haciendoquesevuelvanobsoletosygenerenunapérdidaderecursosparalaempresa.Analizarflujosturbulentosenobjetosoenelinteriordeellossehaconvertidoenunestudioquevacreciendo;conmayorexactitudnosayudaaentendercómosecomportanloscambiosfísicosdelambienteenunasecciónespecífica(1).Paracomprenderyanalizarelcomportamientoaerodinámico,esfundamentalsabercómosecomportaelairealmomentodeconstruirlamayoríadeobjetosmecánicosycómopuedenverseafectados.Paraello,lasimulacióndelosfenómenosfísicosesfundamental,yaquepermitedeterminarvariosproblemasycorregirlosatiempo,obteniendoasíundiseñomáseficazyóptimo.Lostúnelesdevientosoninstrumentosquefacilitanexaminarladinámicadelaireatravésdeobjetossólidos,comoautomóviles,avionesopuentes,ydeterminarcómopuedenverseafectadosporlosdiferentesflujosqueprevalecenenlanaturaleza.Esteestudioesaltamente
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 68 complejo,porloquesepuedecontinuarconinvestigacionesfuturassobrelassimulacionesylaconstruccióndeobjetosfísicos.Dadoelavancedelacienciaylatecnología,comenzóaponerénfasisporestudiarlosfluidosmáscomplejosentrestemáticasmuyfundamentalesquesonlafísica,losmétodosnuméricosylainformática.Variasinvestigacionesseñalanqueenlasúltimasdosdécadasseestudiaronladinámicadelosgases,lasecuacionesdeNavier-Stokes,laaerodinámicay,dentrodelamatemática,elmétododeelementosfinitos(2).Esporelloque,graciasalasmejorasdealgoritmosyhardware,realizarsimulacionesCFDpermiteoptimizarcostosytiempo,yaquepermitemoldeardemaneramáseficienteunobjetoenconstrucción.Actualmente,serealizannumerosassimulacionesconlaayudadediferentessoftwaresqueutilizanladinámicadefluidoscomputacional(CFD)paraapreciarelcomportamientodelairealdiseñaryevaluardiferentesperfilesaerodinámicos,comoalasdeaviones,palasdeturbinaseólicasocarcasasdeautomóviles.Elestudiodelcomportamientodelaireesmuyfundamental,yaque,deestaforma,podemosentenderdemejormaneracómovacambiandosuentornodeacuerdoconlosparámetroscomolatemperatura,lapresión,ladensidadylavelocidadendistintascondicionesatmosféricas.Porestarazón,esimportantetenerdatosprecisosydesarrollaranálisisdeformamásdetalladamedianteladinámicadefluidos(CFD),enespecialcuandotrabajamosconuntúnelmodelado.También,lacaracterizacióndelflujoesprimordial,yaqueayudaaidentificaralgunasáreasconturbulenciay,porconsiguiente,evaluarlaestabilidaddelvientoycómoactúaendiferentescuerpossólidos.EnAméricaLatina,enparticularenEcuador,ladinámicadelvientonohasidoampliamenteanalizadaporquelaprincipalfuentedeenergíaprovienedelascentraleshidroeléctricas.Noobstante,rarasvecessetomanencuentalasalteracionesclimáticasyatmosféricas,razónporlacualhubonumerososproblemasconlaproduccióndeenergíaduranteelaño2023.Segúnlasestimaciones,en2013seprodujoúnicamenteel0,26%delaenergíaeólicadetodoslossistemaseléctricosdelpaís(3).Enlaactualidad,yespecíficamenteenlaESPOCH,noexisteuntúneldevientogeneralqueayudeadistintosusosdidácticosoparafinesnetamenteinvestigativos.EsporelloqueesimportanteelempleodeCFDparagenerarexploraciones,yaseaenlaconstruccióndeobjetos,mejorandoyevaluandosufuncionamientoaerodinámico,oanalizandolavelocidaddelvientodentrodeuntúnelsimulado.Inclusosepuedengenerarproyectosenlaproduccióndeelectricidad.Dadolosavancesdelaingenieríaindustrial,esvitalelusodelosdistintosprogramascomputacionalesexistentesenelmercadopararealizardichassimulaciones(4).Medianteelusodeunenfoquefísicoyteórico,seestudianlasprincipalesecuacionesdeladinámicadefluidos,comoelgastomásico,elcaudal,elprincipiodecontinuidadylaecuacióndeBernoulli,conelpropósitodeanalizareltipodeflujoqueseplantea,yenparticularenlazonadeprueba.Asimismo,lainvestigaciónsecentraenelanálisisdelvientousandolas
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 69 ecuacionesdedinámicadefluidoscomputacional(CFD),enfocandoposiblesproblemasderivadosalinteractuarconflujosturbulentos(5).ElobjetivoprincipaldeestetrabajoesdimensionaruntúneldevientocerradomedianteunaherramientaexperimentalcomoSolidWorks,examinandolasáreasdelaszonasdeprueba,losconosdecontracciónylasboquillasdedescarga.Asimismo,setieneencuentaelusodeunventiladorydeflectores,queenelfuturoserviráncomobasedeestudiodetemasrelacionadosdirectamenteconladinámicadefluidosenlacarreradeFísica,ydegranutilidadtantoparalaindustriacomoparalaingeniería.MATERIALESYMÉTODOSLapresenteinvestigacióntieneunenfoquemetodológicobienestructuradoyfácilderealizar,diseñadaespecíficamenteparallevaracabolasimulacióndelvientoconunabasededatosqueasegurasuvalidezaplicadaenlasimulacióndeltúneldeviento.Pararealizaresteproceso,sedispusodeunarecopilacióndedatosdelosparámetrosambientales,laconfiguracióndeunmodelocomputacionaly,finalmente,severificóresultadosatravésdeprincipiosteóricosdeladinámicadefluidos.Estaestructurametodológicagarantizaprecisiónycoherenciaencadaetapadelosanálisisexperimentales.TipodeinvestigaciónLainvestigaciónadoptaunenfoquemixtoquecombinatantoaspectoscualitativoscomocuantitativos.Enlapartecualitativa,serecopilarondatosdelibrosdefísica,artículoscientíficosydocumentacióntécnicadediversosprogramasinformáticos.Estoayudóaampliarlainformaciónnecesariapararealizarsimulacionesdeltúneldevientobajodiferentescondicionesambientales.SerealizaroncálculosutilizandoecuacionesdedinámicadefluidosyseanalizaronlosresultadosdelassimulacionesCFD,siguiendounenfoquecuantitativo.Además,seestudióelcomportamientodevariablescomolatemperatura,lapresiónatmosférica,lahumedadrelativa,lavelocidaddelvientoy,porúltimo,elnúmerodeMach.Tambiénaplicaremoselmétodohipotético-deductivo,quesebasaenunahipótesispreviayenunanálisisexperimental.Esteúltimopermitirácontrastarlavalidezdelmodelofísico-teóricoconlosresultadosobtenidosenlasimulaciónporcomputadora.PoblaciónymuestraLapoblacióndeestainvestigaciónestáfundamentadaenlosparámetrosambientalesdelaciudaddeRiobamba,otorgadosporelgrupoGEAAdelaESPOCH.Losdatossonprimordialespararealizarlasecuacionesdedinámicadefluidos,yaquenospermitenobtenerresultadosprecisosdelapresión,densidadyvelocidaddeflujo.Estosvaloresayudanenlasimulacióndelcomportamientodelairedentrodeltúneldevientocerrado;estainformaciónesimportante,yaquepuedeestableceruncontornorealenelmodelocomputacional,locualgarantizaquelosresultadosseanfactiblesenelentornofísicodondeseplanteaimplementareltúneldeviento.Conesto,sebuscaqueeldiseñopuedaconstruirseyevaluarsuscondicionesreales,
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 70 manteniendounbuendesempeñoaerodinámico.LapoblacióndereferenciaesimportanteparalograrlosobjetivosmediantelaprecisiónenlacaracterizacióndelflujoysuconfiabilidadenlassimulacionesejecutadasmediantelasimulaciónCFD.Entorno,medicionesyanálisisEstainvestigaciónserealizóenlaescuelapolitécnicadeChimborazo(Espoch)ubicadaenlaciudaddeRiobamba,Ecuador,eneláreadefacultaddeciencias.Elobjetivoprincipalesincorporarladinámicadefluidoscomputacionales(CFD)comouninstrumentodeestudiocientífico.Posterioraello,sebuscadesarrollaruntúneldevientocerrado,atravésdelusode(CFD)paraanalizarelcomportamientodelaireylosfenómenosaerodinámicossintenerqueutilizarprototiposquegenerangastos.PararealizarlasimulaciónsenecesitaronlosparámetrosrealesdeRiobamba,loscualesfueronproporcionadosporelgrupoGEAAdelaESPOCH,comoaltitud,temperatura,presiónyvelocidaddelviento.Losdatosseaplicaronenlasecuacionesdedinámicadefluidospararepresentarconprecisiónelcomportamientodelaireeneltúneldeviento.Comoresultado,seconsideraroncondicionesinicialesde2754msnmdealtitudy13°Cdetemperaturapromedio;estopermitiócalculardemaneraadecuadaunadensidadde0,881kg/m³,esdecir,mantienecoherenciaconelentornofísicoparaimplementareldiseño.Encuantoalanálisis,secentraenobservarcómosecomportaelairedentrodeltúnelaplicandolassimulacionesrealizadasenSolidWorks.Porestarazón,seestudianvariablescomolavelocidad,lapresióndelaireylatemperaturaendistintaspartesdeltúnel.Sedemostróqueelflujosemanteníaestableyconunrégimensubsónico,conunavelocidadde37m/senlazonadepruebapequeña;encambio,enlazonagrande,manteníaunavelocidadde4,22m/s.TambiénseconfirmalosvaloresdeReynolds,dondeelflujoeraturbulento,porloqueesadecuadoenestosestudios.Porello,lasimulaciónesconfiableyrealista.RESULTADOS1.AnálisisdelosparámetrosambientalesdelaciudaddeRiobamba.Paraestableceryexaminarlosparámetrosambientales,esnecesarioutilizarlasimulaciónparaobtenerlosdatosdepresiónydetemperaturamediaendichopunto,loscualescorrespondena2 754msnmy13 °C(286,5K).2.Densidaddelaire
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 72 muyencuentaeldiseñoylaconfiguracióndeltúneldevientocerradoalinstantedemodelarloenelsoftware.5.SeleccióndelpropulsorParafacilitarlasimulaciónseempleóelventiladorcomercialHEPT-45-6M/H,dadoquesusparámetrosseadecúanperfectamentealascircunstanciasdeuntúneldevientoparainvestigación(7).LasprincipalescaracterísticasdelmismoseencuentranenlaTabla1.Tabla1.Principalespropiedadesydesempeñodelventiladorseleccionado. VentiladorAxial(HEPT-45-6M/H) HEPT Ventiladorhelicoidaltubular Diámetro(cm) 45 Númerodeaspas 6 Instalación Monofásico(M) Caudal Alto(H) Caudalmáximodeaire(m 3 /h) 4900 Velocidad(rpm) 955 Potenciadeentrada(w) 225 Niveldepresiónsonora(db(A)) 56 Peso(Kg) 15,5 Velocidadangular(rpmyrad/s) 955y100,01 Fuente:Mera,2024.6.DimensionesdeltúneldevientocerradoEnesteapartadosedescribeladimensionalizacióncorrespondientealdiseñoylamodelaciónen3Ddeuntúneldevientodecircuitocerrado,enlascualesexistendosseccionesdeprueba,especificandocadapieza,medianteelusocomputacionalSolidWorks.
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 73 Figura1.Diseño3Ddeltúneldevientocerrado.EnlaFigura1secreóuntúnelmedianteSolidWorks,añadiendodeflectores;deestaforma,seaseguraunflujodeairemásestable.Lasdimensionessondiseñadasparainstalarloenunlaboratorioylaestructuraqueposeeesdeaceronegro,porloquegarantizasuduraciónytambiénsuresistencia.7.DeflectorUnodeloselementosfundamentalesparaoptimizarlaeficaciadelflujodeairesonlosdeflectoresproyectadosencadaesquinadeltúneldeviento.Sehancreado45deflectores,10fueronsituadosasusalidadelflujo,12encadaesquinadondeserequieranmantenerlavelocidaduniformey11enlaotraesquinarestante(8). Figura2.Deflectores(Solidline:91L198).
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 74 EnlaFigura2muestralosdeflectoresenlasesquinasdeltúneldevientodondedebenseguiralgunasreglasparaqueseanmáscompetentesenellugardondelescorresponde,teniendounacoberturade90°ysuradiodebesermayora15,2cm,entrecadadeflectorconunadistanciade7,6cm.Enlatabla2sedetallanlascurvaturasyladisposicióndelosreflectoresubicadosenlas4esquinasdeltúneldeviento.Tabla2.Curvaturayespaciadodereflectores. Parteinferiorizquierda Parteinferiorderecha Partesuperiorizquierda Partesuperiorderecha Lacurvaturadelaesquinacuentaconunradiode29,82cm,elintervalodeespaciodecadadeflectoresdea=15,00cm,permitiendoubicar10deflectores.Porloqueladistanciaentrecadaunodesusextremosesdeb=44,51cm,porloquelarelaciónentreb/a=2,97. Sedeterminounradiode25cm,ysesituaron12deflectoresconunaseparaciónentrecadaunodea=12cm.Obteniendounvalordondeb=30,04cm,loquepermitióestablecerlarelaciónentreb/a=2,50. Lasuperiorizquierdalacurvaturatieneunradiode29,80cm,dondesehaelegido11deflectores,losqueestánubicadosaunadistanciadea=14cmentrecadauno.Alcanzandounvalordesusextremosdeb=36,77cm,porlotanto,larelaciónentreb/a=2,63. Secolocaron12deflectores,separadosentresíporunadistanciadea=15cm,enlacurvaturadelextremosuperiorderecho,quetieneunradiode25cm.Elvalordesusextremosesb=35,36cm,loquesignificaquelarelaciónb/aes2,36. Fuente:Mera,2024.
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 75 7.MalladodeltúneldevientoParaestetrabajoseutilizóelmalladomanualdelaFigura3,conelobjetivodeteneruncontrolmásexactosobresudensidadylacalidadqueestepuedeofrecer,sobretodoenáreasquesoncomplicadasdeestudiar. Planta Lateral Alzado Figura3.Esquemadelmalladoenvistas:planta,lateralyalzado.LaFigura3muestraelmalladomanualendiferentesplanos;encadaunoseapreciacómolamallaseadaptaalageometría,manteniendouncontrolmásadecuadoencuantoaladensidadylacalidaddelmallado,especialmenteenlaszonasmáscomplicadas,paraobtenerresultadosmásprecisosenlasimulación.8.PresióntotalUnadelascondicionesdecontornoaprovechadascorrespondealapresióntotaldelflujoenlazonafrentealrotor,lacualenlapresiónatmosféricadeRiobamba(72.324,96Pa).Medianteelusodelaopciónenelsoftwareloquepermitiódefinirestapresióncomountotal,formandounapresiónmanométricacero.ComolomuestraMejías(9).
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 76 Figura4.Presióntotal,72324,96Pa,enlaotracaradelrotor.LaFigura4muestraunmodelodetúneldevientodondesevadistribuyendolapresióntotalalrededordeunrotor.Laslíneasquesedisponenentodoslosladosrepresentanlassuperficiesdepresión(contornos),dondeclaramentesemuestracómoelflujosecomportaalentrar,alatravesarytambiénalsalir.Tabla3.Resumenderesultadossimuladosparalazonadepruebapequeña(1). NombredelObjetivo Unidad Valor Promedio ValorMínimo ValorMáximo Progreso[%] Convergencia PGDensity(Fluid)5 [kg/m^3] 0.492 0.482 0.476 0.492 100 Si PGMachNumber7 [] 0.121 0.117 0.113 0.124 100 Si PGRelativeHumidity4 [%] 100.000 92.098 80.559 100.000 100 Si PGStaticPressure1 [Pa] 38423.446 38325.624 38230.896 38423.446 100 Si PGTemperature(Fluid)3 [K] 271.293 275.544 271.293 278.094 100 Si PGTotalPressure2 [Pa] 38736.651 38658.781 38576.693 38736.651 100 Si PGVelocity6 [m/s] 36.719 37.556 36.719 38.075 100 Si Fuente:Mera,2024.
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 77 LaTabla3muestravaloresdesimulacionesqueseevidencianenlazonadepruebapequeña,devariasmagnitudesrelacionadasconelfluidoycómoestassemantienenestables,conunaaltauniformidadentretodoslosvaloresmínimosymáximosdecadavariableanalizada.ElnúmerodeMachindicaunrégimensubsónico;encambio,lavelocidaddelfluidoseconservaen37m/ssincambiosimportantes.Además,lapresiónylatemperaturademuestranagualevementepresurizadayfría,loqueevidencialadensidadobtenida.Tambiénsepuedeverquelahumedadrelativaeselevada,loquepuedebeneficiarprocesosdecondensaciónenelsistema.Todaslasvariableslograronun100%deprogresoyconvergencia,reafirmandolavalidezyestabilidadnuméricadelasimulación.Tabla4.Resumenderesultadossimuladosparalazonadepruebagrande. NombredelObjetivo Unidad Valor Promedio ValorMínimo ValorMáximo Progreso[%] Convergencia PGDensity(Fluid)12 [kg/m^3] 0.847 0.836 0.832 0.847 100 Si PGMachNumber14 [] 0.013 0.014 0.013 0.014 100 Si PGRelativeHumidity11 [%] 100.000 100.000 100.000 100.000 100 Si PGStaticPressure8 [Pa] 68051.27 68046.926 68028.948 68084.547 100 Si PGTemperature(Fluid)10 [K] 279.248 281.899 279.248 283.053 100 Si PGTotalPressure9 [Pa] 68058.17 68053.895 68035.936 68091.543 100 Si PGVelocity13 [m/s] 4.171 4.225 4.171 4.254 100 Si Fuente:Mera,2024.LosresultadosdelaTabla4muestranunflujoconcomportamientoestableyuniforme,conrégimensubsónicoycondicionesprudentementepresurizadas.Caberecalcarquepresentaunaaltahumedadybajatemperatura,loquedemuestraunflujofríoyregulado,mientrasquelaconvergenciatotalindicaexactitudyfirmezadelasimulación.
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 78 Tabla5.Resumenderesultadossimuladosparalacabecera. NombredelObjetivo Unidad Valor Promedio ValorMínimo ValorMáximo Progreso[%] Convergencia PGDensity(Fluid)19 [kg/m^3] 0.323 0.313 0.308 0.323 100 Si PGMachNumber21 [] 0.070 0.067 0.065 0.071 100 Si PGRelativeHumidity18 [%] 100.000 76.421 58.089 100.000 100 Si PGStaticPressure15 [Pa] 24684.871 24658.199 24639.359 24684.871 100 Si PGTemperature(Fluid)17 [K] 265.898 272.796 265.898 276.499 100 Si PGTotalPressure16 [Pa] 24752.113 24730.630 24714.259 24752.113 100 Si PGVelocity20 [m/s] 20.872 21.543 20.872 21.881 100 Si Fuente:Mera,2024.EnlaTabla5nosindicaunflujoconstanteyuniforme,quemantieneunrégimensubsónico(Mach0,07)conunavelocidadde21,54m/s.Encuantoalapresiónysutemperatura,evidencianunflujomásfrío,conunabajadensidad(0,313kg/m³),mientrasquelahumedadvaríaenun100%,loqueestableceunazonadesaturación.Todoestodemuestralavalidezdelasimulación.Tabla6.Resumenderesultadossimuladosparalabase. NombredelObjetivo Unidad Valor Promedio ValorMínimo ValorMáximo Progreso[%] Convergencia PGDensity(Fluid)26 [kg/m^3] 0.746 0.734 0.727 0.746 100 Si PGMachNumber28 [] 0.023 0.023 0.022 0.023 100 Si PGRelativeHumidity25 [%] 100.000 99.280 94.400 100.000 100 Si
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 81 comoresultadoloconsistenteconlosaciertosde(14),quiendemostróquelasvariacionesdevelocidadypresióndependenclaramentedelapotenciadelventiladorylasdimensionesdelsistema.Enestecaso,elfuncionamientodelventiladoraplenacapacidadexplicalosaltosvaloresdelnúmerodeReynolds.Enlaentradadeltúnel,lavelocidadpromediode21,54m/syladensidadde0,313kg/m³indicanunflujosubsónico,conunahumedadrelativaquealcanzael100%,loquemuestralaposiblepresenciadezonasdesaturacióndeaire.Según(13),lasfluctuacionesdepresiónyhumedadpuedenperturbarlapersistenciadelflujo;sinembargo,eldiseñoefectuadomantuvolasimilitudylafijezanumérica.Enlasalidadeltúnel,losresultadosconfirmaronunflujosubsónico,conunavelocidadpromediode7,26m/syunnúmerodeMachde0,023.Lascondicionesdepresiónytemperaturafueronestables,mientrasquelahumedadsemantuvocercanaal100%,loquegarantizalaprecisióndelmodelo.Estoconcuerdaconeltrabajode(15)y(17),quienesexpusieronlaimportanciadegenerarsituacionesdecontornoregistradasparavalidarasílassimulacionesCFD.LosresultadosdelasecuacionesporelladodeReynolds(Re=1573629,26yRe=372211,91)destacansignificativamenteellímitede4000determinadopor(16),loquecorroboraunrégimenturbulento,importanteparalosanálisisaerodinámicosmássensatos.Asimismo,laestabilidaddelavelocidadalolargodelejeXratificalaeficaciadeldiseñoylaprecisióndelmodelo.También,conlosestudios(18),(19)y(20),estetrabajorepresentaunavancesignificativo,yaqueintegraunmodeladotridimensional,conayudadelasimulaciónnuméricayelanálisisfísicoencondicioneslocales.Enconsecuencia,losresultadosexplicanqueaplicarCFDcomoherramientapermiteunareproducciónprecisadelcomportamientodelflujoeinstauraunabasesólidaparafuturosproyectosdeenergíaeólicaydiseñoaerodinámicoenlaESPOCH.CONCLUSIONESElanálisisdeuntúneldevientocerradomedianteladinámicadefluidoscomputacional(CFD)ytomandoencuentalascondicionesrealesdelaciudaddeRiobamba,comolaaltitud,presiónydensidad,permitedeterminarconprecisiónelcomportamientodelairedentrodelaestructura.Losresultadossonválidos,porquedemuestranquelasimulacióndeltúnelylasecuacionesdefluidossonherramientasútilesenelestudioaerodinámicoenentornoscontrolados;asimismo,laoptimizaciónderecursosexperimentalesayudaareducirelusodeequiposfísicosquesuelensercostosos;deestamanera,secontribuyealaprendizajedeformamáseficazypráctica.Elestudiotieneunenfoqueexperimentalymixto,yseemplearonmétodosanalítico,sintético,hipotéticoydeductivo.Además,seanalizóelcomportamientodelvientoalcircularpordiferentesseccionesdeltúnel,conelpropósitodequeeldiseñoseamejorparaqueelairesemuevadeformaestableyequilibrada.Porúltimo,seaplicaronecuacionesdeladinámicadefluidoscomogastomásico,caudal,continuidadyBernoulli;deestemodo,sevalidandeformateóricalosresultadosquearrojaronmediantelaaplicaciónSolidWorks.
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 82 Lasimulacióndiocomoresultado,demaneraexacta,lasconfiguracionesóptimasdeltúnel,lascualesalcanzaronvaloresestablesde5,04m/sy45,66m/s,sustentandoasísuvalidezconlaaplicacióndeecuacionesfísicas(gastomásico,caudal,principiodecontinuidadyBernoulli)deformateórica,endondelosvaloresobtenidosseajustaronnotablementealossimulados.Finalmente,serecomiendaalgrupoGEAAdelaESPOCHlaimplementacióndetúnelesdevientocerrados,loscualesserviránparacalibrarlosequiposyreforzarinvestigacionesaerodinámicasenelfuturo.REFERENCIASBIBLIOGRÁFICAS1.METAS.Presiónatmosférica,presiónbarométricayaltitud.Conceptosyaplicaciones.Jalisco–México:ZapotlánElGrande,2005.Disponibleen:http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-05-02-presion-atmosferica.pdf2.MONGE,G.“Dimensionadoyconstruccióndeuntúneldevientodebajavelocidad”.RevistaIngeniería,2011.Disponibleen:https://doi.org/10.15517/ring.v16i2.6653.MONJE,J.Estudiomatemáticodelcomportamientodeunfluidoincompresibleenflujolaminar.Madrid,España.2015.Disponibleen:http://oa.upm.es/38373/4.MORA,X.“LasecuacionesdeNavier-Stokes”.MètodeScienceStudiesJournal,2017.Disponibleen:https://doi.org/10.7203/metode.8.94155.Quinatoa,C.Repotenciaciónyoptimizacióndeltúneldevientodellaboratoriodeaerodinámicadelacarreradeingenieríaautomotriz.ESPOCH,2020.Disponibleen:http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/15290/1/65T00353.pdf6.QUISPE,C.“Diseñoaerodinámicodeuntúneldevientodebajasvelocidades”.RevistadeInvestigacióndeFísica,2014.Disponibleen:https://doi.org/10.15381/rif.v17i01.86647.RUIZ,H.;&CURICAMA,A.Diseñoyconstruccióndeuntúneldevientoparapruebasaerodinámicasenvehículos.ESPOCH,2013.Disponibleen:https://books.google.com/books?id=hIIzAQAAMAAJ8.Salvador,J.AnálisisaerodinámicoregionalmediantetécnicasCFDdeunsemirremolquetipoplataforma.UniversidadSEK,2018.Disponibleen:https://repositorio.uisek.edu.ec/bitstream/123456789/2881/2/Tesis%20Juan%20Carlos%20Salvador9.SODECA.Ventiladoreshelicoidalesyextractoresdetejado.Madrid,España:2019.Disponibleen:https://www.sodeca.com/upload/imgCatalogos/ES/CT07_Helicoidales_Tejado_2019_ES.pdf10.SOLÍS,R.Diseñoyconstruccióndeuntúneldevientoparaevaluarelfuncionamientodeunrotoreólicoinstructivo.ESPOCH,2016.Disponibleen:http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/518411.VÁZQUEZ,J.“LaecuacióndeNavier-Stokes:Unretofísico-matemáticoparaelsigloXXI”.MonografíasdelaRealAcademiadeCienciasdeZaragoza,2004.Disponibleen:http://www.unizar.es/acz/05Publicaciones/Monografias/Monografia26/031Vazquez.pdf
CFDCOMOHERRAMIENTAEDUCATIVAYCIENTÍFICAPARAELDISEÑODETÚNELESDEVIENTOENLAESPOCH 83 12.CALAUTIT,J.;&HUGHES,B.“CFDandexperimentaldataofclosed-loopwindtunnelflow”.DatainBrief,2016.Disponibleen:http://dx.doi.org/10.1016/j.dib.2016.02.03313.DAO,Ha;etal.“WindtunnelandCFDstudiesofwindloadingsontopsidesofoffshorestructures”.OceanEngineering,2023.Disponibleen:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002980182301694314.ADRIÁN,Oscar;etal.“CaracterizacióndeltúneldevientosubsónicodeECITEC-UABC”.VehicleSystemDynamics,2018.Disponibleen:https://ingenierias.uanl.mx/anteriores/80/documentos/A21_N80_caracterizacion_del_tunel.pdf15.FRANCO,D.;&RAMÍREZ,P.“Construccióndeuntúneldeviento”.RevistadeInnovaciónSistemática,2017.Disponibleen:https://www.ecorfan.org/taiwan/research_journals/Innovacion_Sistematica/vol1num1/Revista_de_Innovacion_Sistematica_V1_N1_6.pdf16.IMADDUDDIN,B.;&NOFRIZALIDRIS,D.“ComparisonbetweenSolidWorksandAnsysFlowSimulationonAerodynamicStudies”.JournalofIndustry,EngineeringandInnovation,2019.Disponibleen:https://jdse.fazpublishing.com/index.php/jdse/article/download/19/19/17.ENRIQUE,P.;MERA,L.;&TAYUPANTA,G.Diseñoyconstruccióndeuntúneldevientoaescala.USFQ,2016.Disponibleen:https://repositorio.usfq.edu.ec/jspui/handle/23000/593818.GONZÁLES,A.“Historiadeladinámicadefluidoscomputacionales(CFD)”.InstitutoPolitécnicoNacional,2018.Disponibleen:https://www.academia.edu/39320819/Historia_del_CFD19.HU,X.;etal.“Thelowfrequencypressurepulsationandcontroloftheopen-jetwindtunnel”.ScientificReports,2022.Disponibleen:https://doi.org/10.1038/s41598-022-22080-920.VERMA,N.;&BALONI,D.“Numericalandexperimentalinvestigationofflowinanopen-typesubsonicwindtunnel”.SNAppliedSciences,2019.Disponibleen:https://doi.org/10.1007/s42452-019-1422-3