Uno de los principales problemas que se encuentran los ingenieros al estudiar el comportamiento del flujo en modelos a escala es la correcta simulación de las condiciones de contorno. Con este artículo queremos profundizar en cómo resuelven este problema en los estudios realizados en túnel de viento.
Como ya os explicamos anteriormente en la sección de teoría, el número de Reynolds (Re) nos indica si el flujo es laminar o turbulento. Dicho número presenta en su numerador una componente de longitud (como podría ser la longitud de un monoplaza). Cuando estamos estudiando un modelo a escala, si no se variase ninguno de los demás parámetros (velocidad o densidad), podría darse que en una zona en la que se esperase obtener un flujo turbulento, el modelo a escala proporcionase un régimen de flujo laminar.
Es por esto que a la hora de llevar a cabo esta serie de actividades se deba emplear lo que se conoce como ley de semejanza dinámica. Para modelar correctamente la turbulencia en cada parte de la maqueta, se debe asegurar que el número de Reynolds es equivalente al del modelo real. Esto significa que:
Igualando a un lado y al otro de la ecuación, teniendo en cuenta que la densidad y la viscosidad dinámica del aire es la misma en el experimento en túnel de viento y en la realidad, queda que la velocidad del aire en el túnel de viento debe ser la siguiente:
Supongamos que usamos una maqueta a escala 1:10 (10 veces menor que el modelo real). En este caso, como Lreal=10·Lmaqueta, obtenemos como resultado que la velocidad del flujo en el túnel de viento debe ser 10 veces la del modelo real.
Esto presenta principalmente dos problemas, uno a nivel técnico y otro a nivel de la propia mecánica de fluidos. Por un lado, sería muy costoso operar un túnel de viento que consiga una velocidad del aire tan alta (alto consumo de potencia del ventilador). Por otro lado, si queremos simular un monoplaza circulando a 300 km/h, habría que conseguir una velocidad del aire de 3.000 km/h (unos 833 m/s). No obstante, al aproximarse o superar los 343 m/s (velocidad del sonido), el flujo se comienza a convertir en compresible, generando fenómenos como ondas de choque, que alterarían el resultado del estudio.
Es por esto que desde el punto de vista de la mecánica de fluidos, lo más interesante sería estudiar maquetas lo más grandes posible. No obstante, esto supondría también usar túneles de viento de mayor tamaño, lo que incrementaría los costes. Actualmente, los equipos tienen permitido usar maquetas de un 60% de tamaño del monoplaza real.
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