ES2289908B1 - Tunel de viento vertical panoramico perfeccionado. - Google Patents
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Abstract
Túnel de viento vertical panorámico perfeccionado. La invención se refiere a un túnel de viento cuyos efectos para los fines a los que ha sido diseñado tiene lugar en su parte vertical, es decir, las corrientes de aire generadas por los medios adecuados confluyen en una zona vertical siendo la finalidad de las mismas, el que la corriente de aire sea capaz de levantar objetos en dicha zona vertical, a la vez que dicho levantamiento puede ser visualizado desde el exterior al haberse construido dicha parte vertical en materiales translúcidos, lo que permite dicha visualización así como la medición de los mismos, al poder ver y medir el ascenso de los cuerpos por dicho conducto.
Description
Túnel de viento vertical panorámico
perfeccionado.
La presente solicitud de Patente de Invención
consiste conforme indica su enunciado en un "Túnel de viento
vertical panorámico perfeccionado", cuyas nuevas características
de construcción, conformación y diseño cumple la misión para la que
específicamente ha sido construido, con una seguridad y eficacia
máximas.
Más concretamente la invención se refiere a un
túnel de viento cuyos efectos para los fines a los que ha sido
diseñado tiene lugar en su parte vertical, es decir, las corrientes
de aire generadas por los medios adecuados confluyen en una zona
vertical siendo la finalidad de las mismas, el que la corriente de
aire sea capaz de levantar objetos en dicha zona vertical, a la vez
que dicho levantamiento puede ser visualizado desde el exterior al
haberse construido dicha parte vertical en materiales translúcidos,
lo que permite dicha visualización así como la medición de los
mismos, al poder ver y medir el ascenso de los cuerpos por dicho
conducto. La invención consigue un progreso en el Estado de la
Técnica merced a una:
- Optimización de la geometría del túnel.
- La forma de construcción del túnel
- La ubicación de los propulsores de aire en el
túnel.
Otra de las finalidades de la invención es la
que permitirá la instalación de dicho túnel de viento para
actividades lúdicas, de manera que el público en general podrá
gozar de la ascensión de los cuerpos o personas introducidas en
dicha parte vertical y comprobar como ascienden por el mismo, y
experimentar nuevas sensaciones.
Otra de las ventajas de la invención es el
diseño geométrico y espacial de las distintas partes del túnel al
objeto en primer lugar de conseguir un rendimiento máximo con un
consumo mínimo de los propulsores que generan las corrientes de
aire y por otra parte que los medios de accionamiento de dichos
propulsores están situados fuera de los tubos, con lo cual los
mismos no interfieren las corrientes de aire generadas por dichos
propulsores y no provocan pérdidas de carga interfiriendo dichas
corrientes de aire, generando a su vez turbulencias y un aumento de
consumo, de los electro-motores que impulsan los
propulsores. La potencia requerida para el funcionamiento del túnel
de viento es también una dependencia en cuanto a su diseño, no es
pues posible separar ambas sino que la optimización de las
características formales estará finalmente a favor de una
disminución de dicha potencia, para un mismo caudal y presión del
aire de dicho caudal.
La invención preconizada está formada por tres
conductos que en forma de bucle quedan unidos por sus extremos en
una porción vertical; dicha porción vertical preferentemente está
formada por partes translúcidas. A su vez los bucles están formados
por distintas secciones de conductos solidarizados entre sí
mediante las correspondientes bridas, juntas y medios de apriete de
los mismos, tales como tornillos y similares. Tres de dichas
porciones de conductos, incluyen en su interior un propulsor que se
acciona desde el exterior del conducto mediante el correspondiente
electromotor, conectándose el eje del motor con el eje del
propulsor mediante correas, cadenas, medios reductores o
equivalentes técnicos.
El modelo de túnel resultante de la invención
está constituido fundamentalmente por los tramos siguientes:
- -
- Cámara de vuelo, que es el tramo del túnel de viento vertical en el que permanecerán los usuarios del mismo, y el lugar en el que la corriente alcanza su velocidad máxima.
- -
- Tres circuitos de retorno, en los que se incluyen una serie de tramos rectos y curvados que tienen por misión conducir la corriente desde la salida de la cámara de vuelo hasta la entrada de la correspondiente tobera o contracción, con las mínimas pérdidas posibles.
- -
- Tres Toberas de contracción, tramos que preceden a la cámara de vuelo y en los que la corriente de aire se acelera para luego penetrar en esta última con la velocidad máxima.
La concepción técnica del túnel está orientada a
que con la ayuda de las corrientes de aire generadas por los
propulsores y sus motores converjan en una zona, la zona inferior
de unión de los tubos, de manera que la suma de los caudales de
aire y las presiones generadas por dichas corrientes confluyan en
la parte inferior de la unión de dichos conductos y se conviertan en
una corriente de aire ascendente, capaz de levantar cuerpos
introducidos en dicha zona vertical y que permitan su movimiento
por su interior.
Las experiencias realizadas y los cálculos
efectuados permitirán al túnel preconizado trabajar en dos modos de
funcionamiento posible, el lo en función del tipo de usuario que
utilice el mismo:
- -
- Modo experto, en el que la velocidad de aire alcanza velocidad de 70 m/s en la entrada de cámara de vuelo, y se alcanzarán los 50 m/s a unos 6 m de altura sobre el nivel del suelo, lo cual permite que el usuario colocado en posición horizontal, se mantenga constantemente en esa altura, y en posición vertical cuando la velocidad es de 65 m/s
- -
- Modo no experto en el que la velocidad máxima alcanzaría los 55 m/s en la entrada de la cámara de vuelo, y se alcanzarían los 50 m/s a un 1,50 m de altura sobre el nivel del suelo.
La optimización del túnel viene por la
simulación por ordenador de su comportamiento aerodinámico. Dicha
simulación se ha realizado utilizando un software de elementos
finitos y ha permitido al diseño individualizado de cada una de las
partes del túnel. Se han estudiado diferentes configuraciones para
cada una de las secciones, comprobando el efecto de las mismas
sobre el flujo de aire en su interior con el objeto de reducir la
turbulencia y evitar la aparición de remolinos, especialmente en
las zonas mas curvadas del diseño. El resultado de esta
optimización es reducir el consumo de los propulsores necesarios
para el funcionamiento del túnel, parámetro crucial para garantizar
la viabilidad de una instalación de grandes dimensiones como la que
se ha diseñado.
Existen en el mercado y por tanto pueden
considerarse como estado de la técnica túneles de viento de
distintos tipos y configuraciones, incluso algunos con la cámara de
pruebas situada en posición vertical, sin embargo no es posible
observar de una forma directa lo que sucede en su interior, con lo
cual los mismos deben equiparse con medios de visión artificial que
permiten reproducir en el exterior lo que sucede en dicha parte
vertical, que habitualmente se utiliza para experimentaciones de
todo tipo, por ejemplo la patente europea nº 96919369.6 de la firma
Sky Venture, Inc nos describe y reivindica un "Simulador de salto
en paracaídas", que comprende una cámara vertical con una
columna de aire capaz de soportar un paracaidista en vuelo equipado
en una de sus paredes verticales con una pantalla de proyección de
vídeo y otros elementos.
En la patente inglesa GB nº 2.094.162 de la
firma Airflite Inc se nos muestra un Levitationarium para
la flotación de humanos, a base de una estructura compleja, en cuyo
interior se encuentra una cámara en la cual el aire fluye hacia
arriba y está formada por unos conductos de aire lineales y una
reja que permita que una persona pueda estar dentro e incluye una
zona de despegue y otra de aterrizaje, con un conducto periférico
en el cual la gente puede estar fuera del flujo de aire.
Finalmente y también como formando parte del
Estado de la Técnica se muestra la Patente PCT WO 2004/022427 por
"Simulador de vuelo de caída libre", el cual comprende una
cámara de compresión en la parte inferior de la que emergen por una
tobera central los terminales de una pluralidad de ventiladores
dispuestos en una configuración centrípoda.
Otros detalles y características se irán
poniendo de manifiesto en el transcurso de la descripción que a
continuación se da en los que se hace referencia a los dibujos que
a esta memoria se acompañan, en los que se representan los detalles
preferidos de la invención a título ilustrativo pero no limitativo
de la misma.
Sigue a continuación una relación detallada de
los principales elementos de la invención que se grafían en los
planos anexos; (10) túnel, (11) conducto tramos curvados, (12)
plataforma, (13) conducto de impulsión, (14) conducto de expulsión,
(15) bridas, (16) tornillos, (17) electro-motor,
(18) reductor, (19) pieza de unión de conductos inferior, (20) zona
de reunión de conductos superior, (21) tirantes, (22) paneles
translúcidos, (23) parte vertical del túnel (10), (24)
ventiladores, (25) sección de entrada, (26) esquinas, (27) sección
de salida, (28) bucles.
La figura nº 1 es una perspectiva del túnel (10)
y de sus conductos (11), (13), (14) y zonas de reunión superior
(20) e inferior (19), formando todos ellos los bucles.
La figura nº 2 es una vista superior en planta
del túnel (10) en la que se aprecia la disposición radial de los
conductos (11), (13) y (14).
La figura nº 3 es una perspectiva de unos de los
brazos o conductos (11), (13) o (14) con 1/3 de la parte vertical
(23) del túnel (10).
La figura nº 4 es una vista frontal en alzado de
un conducto bucle (20) del túnel de viento (10).
En una de las realizaciones preferidas de lo que
es el objeto de la presente solicitud, y tal y como puede verse en
la figura nº 1 (maqueta realizada en escala 1:12.5) el túnel (10)
esta formado por la reunión y montaje de distintos tubos unidos
entre si, constituyéndose en bucles (28), formando los bucles (28)
una distribución radial separados entre si 120º aproximadamente.
Los conductos (11) de forma angular se montan de forma que el
extremo superior se solidariza por los medios adecuados a una pieza
de unión (20) en forma de estrella, mientras que en los extremos
inferior de (11) se acoplan a unos conductos cilíndricos de
impulsión (13), en cuyo interior se encuentran unos impulsores
formados por un electro-motor (17) conexionado
cinemáticamente con las correspondientes palas de un ventilador
(24), no representados en las figuras, a través de un reductor (18)
y las poleas o cadenas que unen el eje del reductor con el eje de
dicho ventilador, montándose a su vez en el extremo inferior de los
conductos (13), unos conductos (14) de impulsión, tampoco
representados en las figuras, que convergen hacia una pieza de
unión en forma de estrella (19). El diseño incluye también diversos
deflectores internos en los tubos, no representados gráficamente,
situados en la parte superior e inferior de la zona de vuelo,
concretamente en las piezas de unión en forma de estrella (19) y
(20), y en los ángulos más extremos de los conductos de retorno
(11), cuyo cometido es doble. Por una parte, permiten evitar la
turbulencia generada en estos puntos por el cambio de dirección en
el movimiento del aire. Por otra parte, el deflector situado bajo
la zona vertical del túnel, o zona de vuelo, permite modificar la
distribución de velocidad del aire en la zona de vuelo, habiéndose
diseñado para que provoque un incremento de la velocidad ascensional
en la proximidad de las paredes de la zona de vuelo; ello se hace
para que la sustentación sea mayor en la proximidad de las paredes
que en la parte central de la zona de vuelo, de forma que, si el
usuario por efecto de su falta de experiencia en el vuelo en caída
libre se desplaza involuntariamente hacia las paredes de la zona de
vuelo, el gradiente de velocidad producido por este aumento de la
velocidad cerca de las paredes le desplazará de nuevo hacia la zona
central del túnel, reduciéndose así la posibilidad de que se golpee
involuntariamente con la pared. Este efecto se muestra en la
figura 3.
figura 3.
La parte superior del túnel (10) con la inferior
y más concretamente la zona (20), con la zona (19) se unen mediante
unos tirantes (21) en los que encajan unos paneles translúcidos
(22), que unen la sección de entrada de aire (25) a la parte
vertical (23) con la sección de salida (27), delimitando la parte
vertical (23) del túnel (10). Dicha sección vertical tiene una
forma específica, estando formada por la composición de dos troncos
de cono de diferente generatriz. En la parte inferior de la sección
vertical en una instalación a escala real (entre 0 y 3 m de altura)
el cono aumenta su diámetro de 5 a 5.4 m, por lo que las paredes
forman un ángulo de 3.81º con la vertical, mientras que en su parte
superior (entre 3 y 8 metros de altura) el diámetro aumenta de 5.4
a 7 m, formando las paredes un ángulo de 9.09º. Este cambio en la
divergencia de la sección vertical del túnel tiene por objeto
modificar la distribución vertical de velocidades del aire para
conseguir una variación entre 70 y 50 m/s en modo experto en una
sección de altura razonable. En caso contrario la instalación
aumentaría considerablemente su altura total, con los consiguientes
aumentos en los costes de construcción y también de operación, pues
al ser mayor el recorrido del aire en su interior aumentaría también
la potencia de impulsión necesaria para mantener un flujo
estable.
El túnel (10) presenta pues una geometría
mostrada en la Tabla 1 caracterizada por los siguientes
aspectos:
- -
- La forma de la sección transversal del circuito es circular en la parte vertical del túnel, ovalada en su parte superior, circular en la parte inferior y adopta forma de sector circular de 120º de abertura en zona de reunión (19).
- -
- La sección de entrada (25) en la cámara de vuelo o parte vertical (23) está a nivel de suelo, es decir su altura es 0 m, y está formada por dos troncos de cono de diferente divergencia, siendo mayor la divergencia del cono superior que la del inferior.
- -
- Los tramos curvados (11) o esquinas del circuito de retorno (26) son ángulos de 135º aproximadamente.
- -
- El circuito de retorno mantiene variable el área de su sección transversal a lo largo de todo su recorrido.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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La dinámica del túnel (10) cuyos valores se
recogen en la tabla 2, corre a cargo de los
electro-motores (17) que accionan unos ventiladores
(24) situados en el interior de los conductos (13), que impulsan el
aire del interior de (10), creando una corriente de aire a presión
hacia la zona de reunión inferior (19), en la que la suma de los
caudales procedentes de los conductos (11) impulsados mediante la
acción combinada de (17 y 24), remiten el aire a la parte vertical
(23), en la que merced a sus paneles translúcidos (22) permiten la
visión del interior de (23) y los objetos o personas situados en su
interior, sin la necesidad de elementos de visión artificiales,
pudiéndose convertir uno de dichos paneles en una puerta
practicable que facilite la entrada o salida de dichos objetos.
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La unión de conductos (11), (13), (14), y las
zonas (19 y 20) corre a cargo de unas bridas (15) y tornillos (16)
con sus correspondientes tuercas, no representadas en las figuras
anexas, intercalándose juntas de compresión en los casos
necesarios, resultando de todo ello un circuito cerrado de gran
rendimiento y de reducido consumo energético.
El cálculo del consumo de la instalación a
escala real, en la que el diámetro a la entrada de la zona de vuelo
es de 5 m, se ha realizado a partir de simulaciones numéricas; en
la Tabla 2 se presentan algunos de los resultados más
significativos. Como comparación se muestra el consumo de un túnel
abierto (sin retorno) en el cual el aire se toma directamente del
exterior, se impulsa verticalmente hacia la zona de vuelo y se
libera posteriormente a la atmósfera como por ejemplo en la Patente
Europea nº 96919369.6 de la firma Sky Venture, Inc anteriormente
citada.
Analizando los datos de la citada Tabla 3 se
observa que el comportamiento del túnel (10) es difícil de predecir
sin la ayuda de la simulación numérica. Sin embargo, un diseño
elaborado como el que es objeto de esta invención permite obtener
un ahorro superior al 50% de la potencia necesaria para la
operación de un túnel abierto.
Otro aspecto de esencial importancia en este
tipo de instalaciones es que las simulaciones deben realizarse a la
escala real que se proyecta para la instalación, dado que las leyes
de la aerodinámica no son lineales, y el comportamiento de la
instalación puede variar al variar sus dimensiones, aunque se
mantenga invariable la forma de los conductos. El efecto
fundamental de esta variación se apreciará en la potencia
consumida, que variará de forma específica al variar el tamaño de
la instalación.
Una característica común a todos los túneles de
viento cerrados (donde se recircula el aire para obtener un ahorro
de la potencia de impulsión) es que por efecto del rozamiento del
aire con las paredes se produce un calentamiento del propio aire
que es inconveniente en una operación continua del túnel. Mientras
que en una maqueta este efecto puede pasar desapercibido, en la
instalación a escala real no puede ignorarse puesto que la potencia
suministrada al aire en el proceso de impulsión es muy
considerable, y la variación de temperatura del aire sería muy
significativa, especialmente cuando la temperatura exterior sea
alta. El calentamiento del aire produce una disminución de su
densidad; en la instalación que se presenta esto tendría como
consecuencia una reducción de la fuerza de sustentación del
usuario, aparte de la incomodidad debida al propio aumento de
temperatura. Para evitar estos efectos indeseados en la instalación
que se presenta se ha previsto que los conductos curvados (11) se
construyan utilizando un material buen conductor del calor como por
ejemplo el aluminio, y construir a su alrededor una camisa de
refrigeración por la que se hará circular agua fría procedente de
una instalación de refrigeración externa a la instalación.
Asimismo, los deflectores interiores situados en las secciones
(20), (11) y (19) serán también de aluminio o material similar buen
conductor del calor, y se construirán huecos de forma que también
se pueda hacer circular agua fría por su interior y actúen como
intercambiadores de calor adicionales. Los cálculos realizados
indican que en condiciones desfavorables (es decir, con una
temperatura exterior de 30ºC) con la apropiada potencia de
refrigeración la temperatura de la zona vertical del túnel, o zona
de vuelo, oscilará entre 27ºC en modo no experto y 33ºC en modo
experto, lo cual se consideran condiciones apropiadas para el
funcionamiento de la instalación.
Descrita suficientemente la correspondiente
invención en correspondencia con los planos anexos, fácil es
comprender que podrán introducirse en la misma cualesquiera
modificaciones de detalle que se estimen convenientes, siempre y
cuando no se altere la esencia de la misma que queda resumida en
las siguientes reivindicaciones.
Claims (4)
1. Túnel de viento vertical panorámico
perfeccionado, de los que están formados por una cámara que recibe
un caudal de aire a presión preferentemente generado por la acción
de unos ventiladores impulsados por los correspondientes
electro-motores caracterizado en que el
túnel (10) está formado por la unión de unos tubos unidos entre si
formando unos conductos o bucles (28) en una distribución radial
separados entre si 120º aproximadamente, los conductos (11) de
forma angular se montan por uno de sus extremos a una pieza de
unión (20) en forma de estrella, mientras que en los extremos
inferiores se acoplan a unos conductos cilíndricos de impulsión
(13), montándose a los extremos inferiores de (13) unos conductos de
impulsión de aire que convergen hacia una pieza de unión en forma
de estrella (19), reuniéndose las piezas de unión (20 y 19)
mediante unos tirantes (21) en los que encajan unos paneles
translúcidos (22), delimitando la parte vertical (23) del túnel
(10), previéndose en el interior de los conductos (13) unos medios
de impulsión de aire dirigidos a la zona inferior de la parte
vertical del túnel (23).
2. Túnel de viento vertical panorámico
perfeccionado, según la 1º reivindicación caracterizado en
que los medios de impulsión de aire en el interior de los conductos
(13) están formados por un ventilador (24) conexionado
mecánicamente con unos medios exteriores.
3. Túnel de viento vertical panorámico
perfeccionado, según las anteriores reivindicaciones
caracterizado en que los medios exteriores de impulsión de
los ventiladores (24) están formados por un
electro-motor (17) y un reductor (18) este último
conexionado mediante cadenas o poleas al eje del ventilador
(24).
4. Túnel de viento vertical panorámico
perfeccionado, según la 1º reivindicación caracterizado en
que el túnel (10) presenta una geometría definida por los
siguientes aspectos:
- -
- La forma de la sección transversal del circuito es circular en la parte vertical del túnel (23), ovalada en su parte superior, circular en la parte inferior y adopta forma de sector circular de 120º de abertura en zona de reunión (19).
- -
- La sección de entrada (25) en la cámara de vuelo o parte vertical (23) está a nivel de suelo, es decir su altura es 0 m, y está formada por dos troncos de cono de diferente divergencia, siendo mayor la divergencia del cono superior que la del inferior.
- -
- Los tramos curvados (11) o esquinas del circuito de retorno (26) son ángulos de 135º aproximadamente.
- -
- El circuito de retorno mantiene variable el área de su sección transversal a lo largo de todo su recorrido.
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