Diseño y construcción de un túnel de viento para ensayos en régimen subsónico y transónico

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Carrera Grado en Ingeniería Aeroespacial Vehículos aeroespaciales DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL DE VIENTO PARA ENSAYOS EN RÉGIMEN SUBSÓNICO Y TRANSÓNICO Autor: Daniel Enrique Martínez Coza Tutor: Pablo José Matute Martín Dep. de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2016 ÍNDICE GENERAL 1. DOCUMENTO 1: MEMORIA DESCRIPTIVA Y ANEXOS. 2. DOCUMENTO 2: PLANOS. 3. DOCUMENTO 3: MEDICIONES Y PRESUPUESTO. 4. DOCUMENTO 4: PLIEGO DE CONDICIONES. 5. DOCUMENTO 5: ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD. Diseño y construcción de un túnel de viento para ensayos en régimen subsónico y transónico DOCUMENTO 1: MEMORIA DESCRIPTIVA Y ANEXOS 2 3 ÍNDICE Pag. 1. Introducción ............................................................................... 11 1.1. Marco del proyecto ............................................................ 11 1.2. Objetivos del proyecto....................................................... 11 2. Emplazamiento .......................................................................... 13 2.1. Ubicación y accesos .......................................................... 14 2.2. Características del polígono y la parcela ........................... 16 3. Túnel de viento .......................................................................... 17 3.1. Definición .......................................................................... 17 3.2. Clasificación de túneles de viento ..................................... 17 3.2.1. Velocidad de operación ............................................ 17 3.2.2. Características topológicas ....................................... 18 3.2.2.1. Tipo de retorno ................................................ 18 3.2.2.2. Tipo de cámara de ensayos ............................. 19 3.3. Elementos de un túnel de viento........................................ 21 4. Teoría del flujo .......................................................................... 23 4.1. Números adimensionales ................................................... 23 4.1.1. Numero de Reynolds ................................................ 23 4.1.2. Número de Mach ...................................................... 24 4.1.3. Número de Froude .................................................... 24 4.2. Régimen del flujo .............................................................. 25 4.2.1. Régimen laminar ....................................................... 25 4.2.2. Régimen turbulento ................................................... 26 4.2.3. Ecuación de Colebrook –White ................................. 27 4.2.3.1. El ábaco de Moody .......................................... 27 4.3. Capa límite ......................................................................... 28 4.4. Ecuaciones de conservación: Navier – Stokes ................... 29 4.4.1. Hipótesis de partida ................................................... 29 4.4.2. Ecuaciones de conservación ...................................... 30 4.4.3. Ecuaciones de Navier – Stokes ................................. 32 4.4.4. Movimiento de gases en conductos: ecuaciones del número de Mach .................................................... 32 4.4.4.1. Ecuación del número de Match ....................... 32 4.4.4.2. Ecuaciones del movimiento isentrópico .......... 34 5. Diseño del túnel ......................................................................... 35 5.1. Aeronave limitante ............................................................. 35 5.2. Cámara de ensayos ............................................................. 36 5.3. Difusores ............................................................................ 38 5.3.1. Primer difusor ............................................................ 40 5.3.2. Segundo difusor ......................................................... 41 5.4. Codos .................................................................................. 42 5.4.1. Primer y segundo codo .............................................. 42 4 5.4.2. Tercer y cuarto codo .................................................. 43 5.5. Sección impulsora ............................................................. 44 5.6. Contracción ....................................................................... 47 5.7. Cámara de estabilización ................................................... 50 5.7.1. Acondicionadores de flujo ........................................ 50 5.8. Pantalla de seguridad ......................................................... 51 5.9. Conductores de adaptación ................................................ 52 5.10. Túnel de viento ................................................................. 53 6. Análisis de las pérdidas y operación del túnel de viento ........... 54 6.1. Pérdidas de carga ............................................................... 54 6.1.1. Tramos rectos de sección constante ......................... 55 6.1.2. Difusores .................................................................. 56 6.1.3. Codos ........................................................................ 56 6.1.4. Contracción .............................................................. 59 6.1.5. Pantallas de seguridad .............................................. 59 6.1.6. Acondicionadores de flujo ....................................... 60 6.2. Operación del túnel de viento ............................................ 61 7. Instalaciones y servicios ............................................................ 67 7.1. Personal ............................................................................. 67 7.2. Infraestructuras .................................................................. 68 7.2.1. Túnel de viento .......................................................... 68 7.2.2. Edificio principal ....................................................... 70 7.2.3. Edificio de ensayos y taller ....................................... 71 7.2.4. Edificio del compresor .............................................. 72 7.2.5. Edificio del motor ...................................................... 73 7.2.6. Instalaciones auxiliares ............................................. 73 7.2.6.1. Suministro eléctrico ......................................... 73 7.2.6.2. Saneamiento y abastecimiento de agua ........... 74 7.2.6.3. Sistema de presurización del túnel ................... 75 7.2.7. Parking ...................................................................... 76 7.2.8. Caseta de seguridad ................................................... 76 7.2.9. Vallado ...................................................................... 77 7.2.10. Urbanización y viales .............................................. 77 7.3. Servicios ............................................................................ 78 7.3.1. Ensayos ...................................................................... 78 7.3.1.1. Aviación civil y comercial ............................... 79 7.3.1.2. Aviación militar ............................................... 79 7.3.1.3. Helicóptero y convertible ................................. 80 7.3.2. Instrumental ............................................................... 80 7.3.2.1. Medida de las cargas sobre el modelo ............. 81 7.3.2.2. Medida de la deformación del modelo ............ 81 7.3.2.3. Medida de presiones sobre el modelo .............. 81 7.3.2.4. Estadísticas y visualización del campo fluido . 82 7.3.2.5. Mediciones acústicas ....................................... 82 5 7.3.2.6. Medida de actitud ............................................. 83 7.3.2.7. Medida del flujo de calor ................................. 83 7.3.2.8. Evolución de la transición a la turbulencia ...... 83 8. Resumen del presupuesto .......................................................... 84 9. Normativa de obligado cumplimento ........................................ 85 9.1. Ordenación urbanística ....................................................... 85 9.2. Administración pública ...................................................... 85 9.3. Estructuras de acero............................................................ 85 9.4. Materiales metálicos y transformados ................................ 86 9.5. Estructuras de hormigón y cimientos ................................. 86 9.6. Instalaciones eléctricas ....................................................... 87 9.7. Instalaciones de alumbrado ................................................ 88 9.8. Instalaciones contra incendios ............................................ 89 9.9. Medio ambiente .................................................................. 89 9.10. Seguridad y prevención .................................................... 91 9.11. Industria ............................................................................ 92 9.12. Protección Civil ................................................................ 92 9.13. Abastecimiento de aguas .................................................. 93 10. Conclusiones .............................................................................. 94 Anexo I: Movimiento de gases en conductos .................................. 95 Anexo II: Conservación del número de Mach y el número de Reynolds ................................................ 98 Anexo III: Resolución del problema ............................................... 102 Anexo: IV: Diseño de la sección impulsora .................................... 115 IV.I Rectificadores de la corriente ...................................... 115 IV.II Fan ............................................................................. 116 Anexo V: Códigos de Matlab .......................................................... 123 12  Diseño y modelado en 3D de los elementos del túnel y generación de planos del mismo y de las instalaciones adyacentes.  Listar los posibles ensayos a realizar y el instrumental necesario en base a datos bibliográficos.  Generar un presupuesto tentativo del coste de ejecución del proyecto constructivo. 13 2. EMPLAZAMIENTO El túnel de viento se encontrará en España, en la provincia de Sevilla. El polígono industrial Aerópolis dispone de una parcela que cumple las necesidades del proyecto en cuanto a tamaño y accesos. En la imagen siguiente podemos observar la ubicación de la parcela en la que se ejecutará el proyecto. Figura 2.1: Emplazamiento en España Figura 2.2: Emplazamiento en Sevilla 14 Figura 2.3: Emplazamiento en Aerópolis 2.1 Ubicación y accesos El polígono se encuentra ubicado a 10 km al Este de Sevilla. El acceso principal se encuentra en las siguientes coordenadas geográficas (37.431801-N, 5.860494-O). Se puede acceder al polígono Aerópolis por el Sur del mismo a través de la autovía A-4 por la salida 528. Además el polígono se encuentra ubicado a 5 km del aeropuerto de Sevilla. Su ubicación acerca el túnel de viento a la compañía Airbus Defense and Space, ubicada una sede en San Pablo Sur, a 5 km del polígono Aerópolis. En la imagen siguiente podemos observar la ruta para acceder a Sevilla: Figura 2.4: Ruta parcela – Sevilla 15 En la imagen siguiente podemos observar la ruta desde el aeropuerto: Figura 2.5: Ruta parcela – aeropuerto En la imagen siguiente podemos observar la ruta desde San Pablo Sur. Figura 2.6: Ruta parcela – San Pablo Sur 16 2.2 Características del polígono y la parcela El polígono industrial Aerópolis está urbanizado y dispone de de redes de abastecimiento de agua, saneamiento y suministro eléctrico. Está bien ubicado, próximo a Sevilla y con buenos accesos. La parcela cumple con los requisitos de espacio necesario para la construcción del proyecto y ofrece la posibilidad de ampliación ya que la superficie es mayor que la necesaria. 17 3. TÚNEL DE VIENTO 3.1 Definición Un túnel de viento es una herramienta de tipo experimental que pretende simular los efectos del movimiento de un sólido inmerso en un fluido, en este caso el aire. Este sistema permite simular el comportamiento y las reacciones de un cuerpo, modelado a escala o no, que tendría inmerso en la atmósfera terrestre. En un túnel de viento, el cuerpo permanece fijo en una cámara de ensayos y se hace circular el fluido para recrear las condiciones requeridas para estudiar el comportamiento dinámico, cinemático o estático que tendría en el caso real. El aire es impulsado generalmente por la sección impulsora, que contiene al fan. El túnel de viento ofrece simplificaciones y beneficios a la hora realizar estudios de viabilidad aerodinámica y comportamiento de aeronaves, ya que permite diseñar un modelo a escala para las primeras fases del desarrollo de la aeronave, lo cual supone un ahorro considerable en costes al no tener que probar una aeronave a escala real. El túnel de viento permite simular unas condiciones de semejanza dinámica y cinemática que representan con gran precisión el comportamiento real del flujo alrededor de la aeronave. Además proporciona una gran cantidad de datos de alta precisión que sirven de base para posteriores decisiones en las fases de diseño más complejas. 3.2 Clasificación de túneles de viento Es posible encontrar una moderada variedad de túneles de viento y por lo tanto se pueden caracterizar de diversas formas. Pero es posible clasificarlos según tres parámetros: según la velocidad en la cámara de ensayos, si el circuito es abierto o cerrado y si la cámara de ensayos está abierta o cerrada a la atmósfera. 3.2.1 Velocidad de operación Podemos clasificar los túneles de viento según el rango de velocidades óptimos en el que pueden operar. Se emplea el número de Mach alcanzado en la cámara de ensayos como parámetro de clasificación. En la tabla siguiente podemos observar los rangos en que se clasifican: Tabla 3.1: Regímenes de velocidad Tipo Régimen de velocidad De baja velocidad M<0.3 Subsónico M<0.7 Transónicos 0.7<M<1.2 Supersónicos 1.2<M<5 Hipersónicos M>5 18 Conforme el régimen de velocidad aumenta el diseño del túnel se vuelve más complicado y aparecen la ondas de choque cuando en algún punto del túnel o del modelo se alcanzan velocidades superiores a M>1. Para aeronaves comerciales el régimen de vuelo es siempre subsónico M<1, por lo que el túnel que se proyecta deberá poder trabajar en régimen subsónico y transónico - subsónico. Se presentan ciertas ventajas de realizar únicamente ensayos en régimen subsónico o transónico – subsónico:  No se dan ondas de choque en ningún punto del túnel de viento, es decir: las posibles ondas de choque se localizarían en el modelo. Por lo que no afectaría al flujo en el resto del túnel.  Al nunca alcanzar velocidades supersónicas no se daría el efecto de bloqueo sónico en ninguna sección del túnel: es decir, el gasto de aire circulante no alcanzaría su valor de saturación.  Las velocidades serían menores que en túneles supersónicos, por lo que las pérdidas de carga serían menores.  Menor complejidad estructural que en túneles de alta velocidad. 3.2.2 Características topológicas Es posible caracterizar los túneles de viento según dos características geométricas: el tipo de retorno y la configuración de la cámara de ensayo. 3.2.2.1 Tipo de retorno El retorno del flujo puede ser de tipo abierto o de tipo cerrado:  Retorno abierto En esta configuración el túnel se encuentra abierto a la atmósfera y la usa como reservorio de aire. El flujo de aire entra al túnel directamente desde la atmósfera y recorre el túnel de forma recta. El flujo es acondicionado y uniformado en la sección de entrada. Después se acelera en una contracción donde a la vez pierde presión y desemboca en la cámara de ensayos. A continuación se encuentra un difusor que devuelve el aire a la atmósfera a través de la sección de salida. Generalmente encontramos la sección impulsora después de la cámara de ensayos para evitar la interferencia de éste con el flujo. Este tipo de configuraciones presentan una serie de ventajas e inconvenientes: 19 o Ventajas:  Menores costes de construcción y menor tamaño.  Permite técnicas de visualización con humo y agregados al aire ya que el flujo no retorna a la cámara de ensayos. o Desventajas:  Fuente de contaminación acústica, lo cual podría limitar el uso del túnel a un horario determinado. Además requeriría de aislamientos que incrementarían el coste del proyecto.  Sería necesario acondicionar mejor el flujo en la sección de entrada ya que este procede de la atmósfera.  Retorno cerrado En esta configuración el flujo en el interior del túnel se encuentra aislado de la atmósfera, contenido en un circuito cerrado. El flujo describe una trayectoria tal que se produce el retorno a la cámara de ensayos. o Ventajas:  Mayor control sobre el comportamiento del flujo. Al estar aislado de la atmósfera el flujo es más estable.  Menor contaminación acústica ya que no se difunde el flujo a la atmósfera y la sección impulsora se encuentra aislada de la atmósfera.  Ofrece la posibilidad de modificar la presión, lo que permite mayor versatilidad de operación y reduce la potencia necesaria para determinados ensayos. o Desventajas:  Alto coste de construcción debido a la mayor complejidad estructural y a la necesidad de mayores instalaciones  Requiere sistemas adicionales como compresores, válvulas de alivio, intercambiadores de calor, etc.  Dificulta la realización de ciertos ensayos con agregados al aire debido al retorno del flujo. 3.2.2.2 Tipo de cámara de ensayos Las cámaras de ensayo pueden estar abiertas o cerradas a la atmósfera, independientemente del tipo de retorno: 20  Cámara abierta Este tipo de cámara dispone, en alguna de sus paredes, contacto directo con la atmósfera, es decir el flujo atraviesa la contracción para acceder a una sección abierta a la atmósfera.  Cámara cerrada Este tipo de cámara está aislada por sus paredes de la atmósfera. Es decir, la cámara es una continuación del conducto por el que circula el flujo Figura 3.1: Esquema de un túnel de viento cerrado con cámara de ensayos cerrada Figura 3.2: Esquema de un túnel de viento abierto con cámara de ensayos cerrada 21 Figura 3.3: Esquema de un túnel de viento cerrado con cámara de ensayos abierta 3.3 Elementos de un túnel de viento Los elementos que componen un túnel de viento pueden englobarse en la siguiente lista: a) Cámara de ensayos. b) Primer difusor. c) Primer codo. d) Tramo recto. e) Pantalla de seguridad. f) Segundo codo. g) Adaptador rectangular a circular. h) Sección impulsora: fan y rectificadores. i) Segundo difusor. j) Tercer codo. k) Tramo recto. l) Intercambiador de calor. m) Cuarto codo. n) Difusor de amplio ángulo de difusión. o) Cámara de estabilización. p) Acondicionadores de flujo. q) Contracción o tobera. 28 Se pueden distinguir dos situaciones diferentes, el caso en que el flujo sea laminar y el caso en que el flujo sea turbulento. En el caso de flujo laminar el factor de fricción depende únicamente del número de Reynolds. Para flujo turbulento, el factor de fricción depende tanto del número de Reynolds como de la rugosidad relativa de la tubería, aunque es posible observar que conforme el número de Reynolds aumenta, el factor de fricción se hace constante. Se puede observar también una zona intermedia conocida como transición a la turbulencia, es una región en la que coexisten ambos movimientos. 4.3 Capa límite Cuando un fluido se mueve en contacto con una superficie o un cuerpo, debido a la fricción, la capa de fluido en contacto directo con la superficie se detiene completamente. Esto genera un esfuerzo por fricción que depende de la viscosidad y de la velocidad, que frena las capas inmediatamente superiores de fluido. El conjunto de capas que se ven afectadas por la proximidad a la pared se denomina capa límite. A pesar de ser una región extremadamente pequeña, tiene un efecto importante en la resistencia ejercida sobre objetos inmersos en el seno de un fluido. El espesor de esta región es del orden de 1/ 𝑅𝑒. Este espesor aumenta a medida que el fluido se mueve sobre una superficie, pudiendo ocasionar un desprendimiento del flujo. A medida que el fluido avanza, la resistencia ofrecida por la pared reduce progresivamente la velocidad. Si además el movimiento presenta un gradiente adverso de presiones la reducción de la velocidad puede ser más acusada. Si en algún momento la corriente invierte su sentido en el entorno de la pared, se ocasionaría el desprendimiento de esta capa, generando vórtices e inestabilidades que alterarían al flujo fuera de la capa y generarían pérdidas Figura 4.3: Esquema de la capa límite 29 La capa puede presentar tanto régimen laminar como turbulento. Esto depende de la velocidad exterior de la capa límite y de las rugosidades que presente la superficie de contacto. El régimen turbulento ocasionaría un movimiento caótico y más irregular, aumentando el espesor de la capa y por tanto las pérdidas locales por fricción. Pero la transición a la turbulencia también retrasa el desprendimiento porque el fluido tiene mayor cantidad de movimiento. 4.4 Ecuaciones de conservación: Navier – Stokes Una vez asentadas las bases teóricas del problema fluido, es necesario determinar las relaciones que rigen el problema. Para ello se plantearán las hipótesis que se asumirán para desarrollar el problema y haciendo uso del balance sobre volúmenes de control se determinarán las ecuaciones integrales de conservación. En este apartado se presentarán parte de las ecuaciones (será necesario incluir un modelo para las pérdidas de carga que no se contempla en este modelo) que se deberán resolver para determinar las magnitudes que caracterizan al flujo. 4.4.1 Hipótesis de partida Se deberá tener en cuenta una serie de hipótesis simplificadoras antes de abordar el problema. Pueden resumirse en las siguientes:  La ecuación de estado que define al gas será de ecuación de los gases ideales: 𝑝𝜌=𝑅𝑔𝑇 Donde: o 𝑝: presión del gas [Pa]. o 𝜌: densidad del gas [kg/m3]. o 𝑇: temperatura del gas [K]. o 𝑅𝑔: constante de los gases ideales [J/kg·K].  Se considerará que los calores específicos a presión 𝐶𝑝 y volumen (𝐶𝑣) constante no varían. Por tanto el coeficiente de dilatación adiabática (𝛾) y la constante de los gases ideales 𝑅𝑔 permanecen constantes. Tomando los valores siguientes: o 𝐶𝑝=1004.5 𝐽 𝑘𝑔𝐾 o 𝐶𝑣=717.5 𝐽 𝑘𝑔𝐾 o 𝑅𝑔=287 𝐽 𝑘𝑔𝐾 o 𝛾= 1.4 30  Se considerará que el túnel está térmicamente aislado del exterior y que no existe generación interna de calor. Es decir, no hay flujo neto de calor entre el interior y el exterior de ningún tipo y no se produce generación interna de energía calorífica.  El flujo se considerará estacionario, es decir: 𝜕 𝜕𝑡= 0  Se considerara que el flujo es unidireccional y representativo de las magnitudes en otros puntos de la sección.  Se considerará que la capa límite siempre permanece adherida y contenida en la pared.  Se despreciarán los efectos de las fuerzas másicas sobre el fluido. 4.4.2 Ecuaciones de conservación Previo al planteamiento de las ecuaciones de conservación será necesario definir dos magnitudes que será de interés: el gasto másico y el caudal.  Gasto: expresa la cantidad de masa que sale o entra en un volumen a través de las superficies del contorno. Podemos expresar el gasto que atraviesa la sección de una sección del túnel de la forma siguiente: 𝐺=𝜌(𝑥) · 𝑣(𝑥) · 𝐴(𝑥) Dado que el flujo es estacionario y el sistema es cerrado, el gasto es constante.  Caudal: expresa el volumen de fluido que atraviesa una sección en un instante determinado. Podemos expresarlo de la forma siguiente: 𝑄 𝑥 =𝑣 𝑥 ·𝐴(𝑥) Si consideramos un volumen de control genérico como el de la figura siguiente podemos realizar un balance de masa, de cantidad de movimiento y de energía. 𝛴 𝑛 𝑓𝑚 𝑉 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑉 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑝 𝑉𝑉𝐶 : 𝑓𝜇 : 𝜴 𝑥 𝑧 𝑦 𝑥 31 Donde:  𝛴: superficie que contiene al volumen de control.  𝛺: volumen de control.  𝑛 : vector normal a la superficie que contiene al volumen de control.  𝑝: presión normal externa ejercida sobre el volumen.  𝑓𝜇 : fuerzas viscosas.  𝑓𝑚 : fuerzas másicas sobre el volumen de control.  𝑉𝑉𝐶 : Velocidad del volumen de control.  𝑉 : velocidad del fluido que ingresa o escapa a través de la superficie.  𝑥 : vector de posición genérico Las ecuaciones de conservación para el volumen de control anterior son las siguientes:  Conservación de la masa: 𝜕 𝜕𝑡 𝜌𝑑𝜔 𝛺+ 𝜌(𝑉 −𝑉𝑉𝐶 )𝑛 𝛴𝑑𝜍= 0  Conservación de la cantidad de movimiento: 𝜕 𝜕𝑡 𝜌𝑉 𝑑𝜔 𝛺+ 𝜌𝑉 𝑉 −𝑉𝑉𝐶 𝑛 𝛴𝑑𝜍= −𝑝 𝛴𝑛 𝑑𝜍+ 𝜏 ′ 𝛴𝑛 𝑑𝜍+ 𝜌𝑓𝑚 𝑑𝜔 𝛺  Conservación de la energía: 𝜕 𝜕𝑡 𝜌 𝑒+𝑣2 2 𝑑𝜔 𝛺+ 𝜌 𝑒+𝑣2 2 𝑉 −𝑉𝑉𝐶 𝑛 𝛴𝑑𝜍= = −𝑝 𝛴𝑛 𝑉 𝑑𝜍+ 𝜏 ′ 𝛴𝑛 𝑉 𝑑𝜍+ 𝜌𝑓𝑚 𝑉 𝑑𝜔 𝛺+ 𝐾∇𝑇 𝛴𝑛 𝑑𝜍+ (𝑄𝑟+𝑄𝑞)𝑑𝜔 𝛺 Donde: o 𝐾: conductividad térmica del fluido. o ∇𝑇: gradiente térmico. o 𝑄𝑟: calor recibido por radiación. o 𝑄𝑞: calor generado por reacción química. 32 4.4.3 Ecuaciones de Navier - Stokes Si escogemos un volumen de control de tamaño infinitesimal, es posible establecer una relación de conservación para cada punto del medio fluido. Al ser el volumen infinitesimal es posible considerar que las magnitudes físicas se mantienen constantes en su interior. Si además se hace uso del teorema de la divergencia es posible modificar la expresión integral en una diferencial que puede estudiarse punto por punto. El teorema de la divergencia establece que: 𝜓 𝛴·𝑛 ·𝑑𝜍= ∇ 𝜓 · 𝛺𝑑𝜔 Donde:  𝜓 : magnitud vectorial genérica.  𝑛 : vector normal a la superficie que contiene al volumen de control.  ∇ 𝜓 : divergencia de la magnitud vectorial genérica. Finalmente se expresa el sistema en la forma de las ecuaciones de Navier – Stokes. Es un sistema de ecuaciones no lineal en derivadas parciales sin solución analítica. Por lo que para resolverlas es necesario recurrir al análisis numérico. Suponiendo que el régimen es estacionario, el sistema de ecuaciones es el siguiente:  Ecuación de continuidad: ∇· 𝜌𝑉 = 0  Ecuación de cantidad de movimiento: 𝜌𝑉 ·∇·𝑉 =−∇𝑝+𝜇∇2𝑉 + 𝜌𝑓𝑚  Ecuación de la energía: 𝜌𝐶𝑝𝑉 ·∇𝑇=𝑉 ∇𝑝+𝐾∇𝑇 4.4.4 Movimiento de gases en conductos: ecuaciones del número de Mach Es posible modificar las ecuaciones de Navier – Stokes generales para adaptarlas al movimiento de gases en conductos [ver anexo]. El sistema resultaría de la forma que sigue:  Ecuación de continuidad: 𝜕 𝜕𝑥 𝜌𝑣𝐴 = 0 ↔ 𝐺=𝜌 𝑥 𝑣 𝑥 𝐴(𝑥) = 𝑐𝑡𝑒 33  Ecuación de cantidad de movimiento: 𝜌𝑣𝜕𝑣 𝜕𝑥=−𝜕𝑝 𝜕𝑥−𝜆𝜌𝑣2 8𝑟𝑕 Donde: o 𝜆: factor de fricción de Darcy. o 𝑟𝑕: radio hidráulico de la sección.  Ecuación de la energía: 𝑕0 𝑥 =𝑕0 0 +𝑄(𝑥) Donde: o 𝑕0 𝑥 : entalpía de remanso en un punto genérico 𝑥. o 𝑕0 0 : entalpía de remanso en el origen. o 𝑄(𝑥): calor recibido por unidad de masa entre el origen y 𝑥. Para esta particularización del problema se ha considerado el flujo unidireccional, con una única componente de velocidad, tal y como se indicó en las hipótesis de partida. 4.4.4.1 Ecuación del número de Mach Haciendo uso de las ecuaciones de Navier – Stokes para conductos es posible establecer una ecuación general para el número de Mach. Es una ecuación diferencial que contempla pérdidas por fricción y una vez resuelta mediante métodos numéricos facilita la evolución del número de Mach en conductos [ver anexo]. 𝑑𝑀2 𝑑𝑥 = 2 + 𝛾−1 𝑀2 𝑀2 1−𝑀2 −1 𝐴𝑑𝐴 𝑑𝑥 + 𝛾𝜆𝑀2 2𝐷𝑕 + 1 + 𝛾𝑀2 2𝑑𝑄𝑑𝑥 𝑕0 0 +𝑄(𝑥) Dado que no se contemplará transmisión de calor al fluido la ecuación resultaría de la forma que sigue: 𝑑𝑀2 𝑑𝑥 = 2 + 𝛾−1 𝑀2 𝑀2 1−𝑀2 −1 𝐴𝑑𝐴 𝑑𝑥 + 𝛾𝜆𝑀2 2𝐷𝑕 Haciendo uso de esta ecuación es posible conocer la distribución del número de Mach a lo largo de los conductos del túnel. 34 4.4.4.2 Ecuaciones de movimiento isentrópico Para relacionar las magnitudes de remanso se emplearán las ecuaciones del movimiento isentrópico. Aunque el movimiento no es isentrópico ya que las pérdidas de carga modifican los valores de las magnitudes de remanso en cada sección, es posible conocer su evolución a través del modelado de las pérdidas del túnel. Por lo tanto, conocida la distribución del número de Mach, es posible relacionar en cada sección la magnitud estática con la de remanso a través de las relaciones de movimiento isentrópico considerando el gas como perfecto y asumiendo una pequeña desviación. Las ecuaciones que se emplearán son las siguientes: 𝑇0 𝑇= 1 + 𝛾−1 2𝑀2 𝑝0 𝑝= 1 + 𝛾−1 2𝑀2 𝛾 𝛾−1 𝜌0 𝜌= 1 + 𝛾−1 2𝑀2 1 𝛾−1 𝑎0 𝑎= 1 + 𝛾−1 2𝑀2 1/2 35 5. DISEÑO DEL TÚNEL En este capítulo se pretende describir: la topología del túnel de viento, los elementos que lo componen y las razones que han definido la geometría de los distintos elementos y secciones. El diseño tomará como punto de partida la cámara de ensayos. Una vez establecida su geometría, es posible definir el resto de secciones del túnel en base a las dimensiones de la cámara y a datos bibliográficos y experimentales Definir la cámara de ensayos es una decisión crítico para el diseño ya que su tamaño impondrá un máximo a las dimensiones de los modelos que se deseen ensayar. Para determinar estas dimensiones es preciso conocer qué tamaño tendría el máximo modelo a ensayar. 5.1 Aeronave limitante Como se mencionó en el capítulo anterior, el número de Reynolds y el número de Mach son dos factores de vital importancia para poder recrear las condiciones de semejanza dinámica, cinemática y geométrica sobre el modelo. Por lo tanto es necesario conservar el número de Reynolds y el orden del valor del número de Mach para ensayos en régimen subsónicos y el número de Mach y el orden del valor del número de Reynolds para ensayos régimen transónico. Para obtener un número de Mach concreto en régimen transónico bastaría con modificar el régimen de funcionamiento de la sección impulsora. Sin embargo, conservar el número de Reynolds en régimen subsónico es algo más complicado puesto que depende de las magnitudes que caracterizan al flujo en las localidades del modelo, y del factor de escalado geométrico del modelo respecto al tamaño real. Para determinar la aeronave limitante se compararán diversos modelos de aeronaves para identificar aquélla que opere al mayor número de Reynolds. Seguidamente podemos observar en la tabla siguiente una comparativa que refleja los parámetros que representan las operaciones de algunas aeronaves actuales. MODELO Mcruise Mmax Vcruise [m/s] Vmax [m/s] Vland [m/s] Lenv [m] h [m] Techo [m] A340-300 0,83 0,86 282,44 292,65 82,31 60,00 10670 12500 A350 XWB 0,85 0,89 282,24 302,86 82,31 64,80 12190 13140 A380-900 0,85 0,89 299,45 302,86 82,31 79,80 10668 13136 B747-400 0,85 0,89 253,61 262,50 71,50 60,00 10500 13700 B777-300 0,84 0,89 251,39 263,89 71,50 61,00 11000 13140 Antonov-An 225 0,74 0,80 222,22 236,11 77,20 88,40 10000 11000 Hughes H-4 0,20 0,33 62,50 105,00 35,80 97,50 6000 6350 Tabla 5.1: Aeronaves comerciales consideradas 36 El número de Reynolds depende de la densidad, la viscosidad dinámica y la velocidad característica y además debe estar basado en una longitud de referencia. Por lo tanto es inmediato observar que el número de Reynolds característico para distintas velocidades y altitudes de operación variará. Se comparará el número de Reynolds que caracteriza a las aeronaves anteriores para las siguientes operaciones: altitud de crucero y velocidad de crucero, altitud de crucero y velocidad máxima, techo de vuelo y velocidad máxima y aterrizaje. Se tomará como referencia la envergadura de las aeronaves y se empleará la atmósfera estándar internacional para determinar la densidad y viscosidad dinámica del aire a las altitudes de operación. En la tabla siguiente se muestran los números de Reynolds basado en la envergadura que caracteriza las operaciones de cada aeronave. MODELO Re(h, Vcruise) Re(h, Vmax) Re(Techo, Vmax) Re(Vland) A340-300 4,484E+08 4,646E+08 3,817E+08 3,373E+08 A350 XWB 3,993E+08 4,285E+08 3,576E+08 3,643E+08 A380-900 6,325E+08 6,397E+08 4,417E+08 4,486E+08 B747-400 4,099E+08 4,242E+08 2,633E+08 2,930E+08 B777-300 3,925E+08 4,121E+08 2,941E+08 2,979E+08 Antonov-An 225 5,564E+08 5,912E+08 5,343E+08 4,661E+08 Hughes H-4 2,521E+08 4,235E+08 4,103E+08 2,384E+08 Tabla 5.2: Número de Reynolds de operación de los modelos considerados A la luz de los resultados obtenidos se concluye:  El A380-900 resulta ser la aeronave más limitante dado que presenta el Reynolds característico más elevado.  Es posible asumir que si es viable ensayar esta aeronave comercial, es posible ensayar cualquier otra aeronave comercial actual, ya que es una de las aeronaves más actuales.  El régimen de funcionamiento de túnel nunca superará M=1, ya que el número de Mach máximo de la aeronave no lo es.  Aunque el número de Mach máximo que puede alcanzar la aeronave limitante es 0.89, se proyectará el túnel para poder realizar ensayos hasta un número de Mach de 0.95 5.2 Cámara de ensayos Una vez determinada la aeronave limitante y dado el número de Mach máximo que será necesario alcanzar, es posible establecer la semejanza dinámica, cinemática y geométrica. En este caso se hará uso del número de Reynolds para determinar la semejanza geométrica y la relación entre las magnitudes del flujo y las dimensiones del modelo. 37 La bibliografía existente sobre túneles de viento [referencia a Barrow] sugiere una relación de escala  comprendida entre 1:12 y 1:20. Para el caso más limitante se tomara 𝝉=𝟏𝟖. Entonces la envergadura del modelo debería medir 4.4 m. Pero es necesario que exista una distancia mínima entre el modelo y las paredes de la cámara para que estas no produzcan interferencias en el flujo alrededor del modelo. La bibliografía [Barrow] sugiere una distancia mínima entorno al 20% u 30% de la envergadura del modelo y una longitud de cámara entorno a 2 veces su ancho. Así mismo el alto de la cámara suele estar comprendido entorno al 50% o el 60% del ancho de la cámara. Finalmente se pueden establecer las dimensiones siguientes para la cámara de ensayo:  Ancho: 6.5 m  Alto: 4 m  Largo: 13 m En la imagen siguiente podemos observar la cámara de ensayos del túnel de viento: Figura 5.1: Cámara de ensayos Se puede comprobar [ver Anexo] que, para esa escala (𝝉=𝟏𝟖) y si suponemos que el aire empleado procede directamente de la atmósfera (p = 1 bar y T = 298.15º), las velocidades necesarias para conservar el número de Reynolds en régimen subsónico serían demasiado altas. Como solución se propone la presurización del túnel, ya que si comprimimos de forma isoterma el aire en condiciones normales hasta una presión de 5 bares, sería necesario un régimen de velocidades notablemente más bajo. 44 Figura 5.6: Tercer y cuarto codo 5.5 Sección impulsora La principal función de la sección impulsora es proporcionar la energía necesaria para mantener el flujo en movimiento y vencer las pérdidas de carga que se producen en el recorrido. La sección impulsora será circular y constará de un fan que imprimirá al fluido la energía necesaria mediante la rotación de la corona de álabes. Constará de un número determinado de palas con una geometría concreta [ver anexo]. La sección además contará de una barquilla o “nacelle” que soportará la estructura y que constará de unos rectificadores de la corriente o “straighteners”. Estos rectificadores de la corriente se encargan de eliminar la componente rotacional que el fan imprime al fluido, encargándose de reorientar la corriente de forma que vuelva a ser lo más unidireccional y homogénea posible. Estos rectificadores están empotrados en las paredes y proporcionan rigidez estructural a la par que absorben las vibraciones. Son palas de espesor constante y cuerda variable, siendo mínima en la barquilla y máxima en las paredes del conducto. Se ha optado en este proyecto por ubicar el motor que impulsa al fan fuera la barquilla para evitar vibraciones u oscilaciones así como para facilitar el mantenimiento del mismo. La potencia será transmitida desde el motor (tras una reductora) a través de uno de los rectificadores de corriente hacia el eje del fan [ver anexo]. 45 El fan constará de 12 palas equiespaciadas, se ha escogido este número de palas basándose en la bibliografía [Barrow]. La sección del rectificador de corriente dispondrá de 7 palas equiespaciadas. La bibliografía aconseja para un número de palas del fan (N) no escoger un número de palas para el rectificador que sean N, 3N / 2 o 2N para evitar vibraciones y resonancias entre los rectificadores y las palas del fan. El flujo presentará una aceleración desde la entrada de la sección hasta las palas ya que el área de paso efectiva se reduce en un 60%. Esto se debe a que la barquilla ocupa ese porcentaje de la sección. La sección de la barquilla permanece constante la mima longitud que tiene la cuerda máxima de los rectificadores. Una vez finalizado este tramo, la sección disminuye progresivamente hasta reducirse a cero y retomar el área de paso de la sección de entrada [ver anexo]. La sección de impulsión puede describirse geométricamente según los parámetros siguientes:  Diámetro de la sección: 𝐷𝐹 = 9.97 𝑚  Longitud de la sección: 𝐿𝐹=20 𝑚  Longitud de la barquilla: 𝐿𝑁=14.505 𝑚  Longitud de la nariz: 𝐿𝑛= 4 𝑚  Cuerda media de las palas del fan: 𝑐𝐹= 0.9832 𝑚  Cuerda mínima del rectificador: 𝑐𝑆,𝑚𝑖𝑛 = 2.685 𝑚  Cuerda máxima del rectificador: 𝑐𝑆,𝑚𝑎𝑥 = 4.475 𝑚  Longitud de las palas:𝐿𝑃= 1.994 𝑚 En la imagen siguiente podemos observar el detalle de un álabe del fan. Figura 5.7: Álabe del fan 46 En la imagen siguiente podemos observar la corona de álabes del fan. Figura 5.8: Corona de álabes del fan En la imagen siguiente podemos observar la barquilla junto con los rectificadores de corriente. Figura 5.9: Barquilla y rectificadores de la sección impulsora 47 En la imagen siguiente podemos observar la sección de impulsión completa. Figura 5.10: Sección impulsora completa 5.6 Contracción Esta sección tiene una doble función: adaptar la geometría de la cámara de estabilización, que coincide con la sección de paso del tercer y cuarto codo, a la geometría de la cámara de ensayos y acelerar el flujo a las condiciones requeridas para el ensayo. La contracción puede modelarse como una tobera, cuya área mínima (en este caso la de garganta) sería la de la cámara de ensayos. El flujo se acelera ante la reducción de sección de paso efectiva, disminuyendo su presión estática para aumentar su velocidad. El diseño de la geometría de una contracción puede resultar bastante complejo ya que el flujo es muy sensible a la geometría a causa de la aceleración que sufre en una distancia relativamente corta. El flujo presentaría variaciones respecto al movimiento unidireccional en la dirección del eje de la contracción para secciones no circulares, generándose flujos secundarios, en el entorno de la pared y las esquinas, de mejor velocidad que el predicho por un modelo axilsimétrico. En este modelo se despreciarán estas variaciones puesto que son pequeñas frente al flujo en la dirección axial. Las pautas de diseño básicas para una contracción indican que la superficie debe ser de variación suave y continua. Definida la longitud de la contracción como 𝐿𝐶= 20 𝑚 se ha decidido generar dos superficies definidas por dos curvas de adaptación. Ambas curvas se modelarán como splines cúbicos. El primer spline estará contenido en el plano formado por la dirección del flujo (𝑥) y la dirección de vertical (𝑦) de la 48 sección de entrada a la contracción. El segundo spline estará contenido en el plano formado por la dirección del flujo (𝑥) y la dirección de horizontal (𝑧) de la sección de entrada a la contracción. Se tomará como origen del sistema anterior el centro geométrico de la sección de entrada. El spline cúbico tomará las siguientes condiciones de contorno:  𝑑𝑧 𝑑𝑥 𝑥=0, 𝑥=𝐿𝐶 = 𝑑𝑦 𝑑𝑥 𝑥=0, 𝑥=𝐿𝐶 = 0  𝑦 𝑥= 0 = 4.9 𝑚  𝑦 𝑥=𝐿𝐶 = 2 𝑚  𝑧 𝑥= 0 = 7.96 𝑚  𝑧 𝑥=𝐿𝐶 = 3.25 𝑚 Las expresiones analíticas que definen las curvas de la contracción serían las siguientes: 𝑧= 0.0011775 ·𝑥3−0.035325 ·𝑥2+ 7.96 𝑦= 0.000725 ·𝑥3−0.02175 ·𝑥2+ 4.9 En las imágenes siguientes podemos observar la forma de las curvas. Figura 5.11: Curva guía de la contracción en el plano XZ 49 Figura 5.12: Curva guía de la contracción en el plano XY A continuación podemos observar la contracción. Figura 5.13: Contracción 50 5.7 Cámara de estabilización El objetivo de la cámara de estabilización es obtener una corriente de aire uniformemente espaciada respecto al volumen de flujo. Esta cámara se encuentra tras el cuarto codo, antes de la contracción. Para realizar los ensayos es conveniente que el flujo sea lo más homogéneo y uniforme posible, por ello se ubican en esta cámara unos acondicionadores de flujo. 5.7.1 Acondicionadores de flujo Los acondicionadores de flujo o “honeycombs” son unos elementos encargados de reorientar los filamentos de aire de forma que sean lo más paralelos posibles. Existen diversos modelos de acondicionadores, como podemos observar en la imagen siguiente: Figura 5.14: Tipos de acondicionadores Nuestro túnel de viento dispondrá de acondicionadores de flujo de sección hexagonal, puesto que actualmente es la configuración que proporciona el comportamiento más óptimo en cuanto a pérdidas de carga y aprovechamiento del espacio [ver anexo]. Los acondicionadores de flujo serán por tanto hexagonales y quedarán definidos por las características siguientes:  Longitud de un acondicionador en la dirección del flujo: 𝐿𝑕= 3 𝑚  Diámetro hidráulico de un acondicionador: 𝐷𝑕𝑕= 1 𝑚  Lado del hexágono: 𝑙𝑕= 0.5774 𝑚  Espesor de cada pared: ∆𝑕= 0.04 𝑚  Número de acondicionadores:𝑛𝑕=176  Porosidad de la pantalla acondicionadora: 𝛽𝑕= 0.95 En la imagen siguiente podemos observar la pantalla acondicionadora del flujo. 51 Figura 5.15: Acondicionadores del flujo 5.8 Pantalla de seguridad La pantalla de seguridad es necesaria para proveer la protección necesaria a la sección impulsora de posibles elementos extraños o procedentes de la cámara de ensayos debido a desprendimiento de material del cuerpo a ensayar. La pantalla protectora representa una de las pérdidas de carga más significativas en el túnel de viento ya que está localizada en una zona de velocidad moderadamente alta. La pantalla protectora consistirá en un mallado metálico con un emparrillado en las paredes capaz de soportar un impacto de un elemento procedente de la cámara de ensayos y evitar su paso hacia la sección impulsora. La porosidad es un factor crítico en su diseño ya que una baja porosidad perjudicaría notablemente las pérdidas de carga, y una porosidad extremadamente alta impediría una rigidez suficiente para soportar un impacto. La pantalla de seguridad quedaría caracterizada por los parámetros siguientes:  Diámetro del hilo: 𝑑𝑤= 1 𝑐𝑚  Distancia entre hilos (tanto horizontal como vertical): 𝑤𝑤=10 𝑐𝑚  Porosidad: 𝛽𝑤= 0.9  Número de hilos verticales: 𝑛𝑤𝑣=113  Número de hilos horizontales: 𝑛𝑤𝑕=70  Distancia de las paredes horizontales al hilo paralelo más próximo: 𝑒𝑕= 1.5 𝑐𝑚  Distancia de las paredes verticales al hilo paralelo más próximo: 𝑒𝑣= 3 𝑐𝑚 A continuación podemos visualizar la pantalla protectora: 52 Figura 5.16: Pantalla de seguridad 5.9 Conductos de adaptación La finalidad de estos conductos es adaptar la sección del conducto, pasando de una sección rectangular a una circular. El túnel de viento contará con dos conductos de adaptación, ubicados antes y después de la sección de impulsión. Ambos conductos son idénticos, el primer conducto de adaptación convertirá la sección rectangular en circular y el segundo conducto de adaptación convertirá la sección circular en rectangular. La sección rectangular de sendos adaptadores será idéntica a la del primer y segundo codo, mientras que la sección circular será la misma que la de la sección impulsora. Ambos conductos tendrán una longitud 𝐿=10 𝑚. En la imagen siguiente apreciamos un diagrama de un conducto de adaptación. Figura 5.17: Conducto de adaptación 53 5.10 Túnel de viento Una vez desarrollados todos los elementos se concluirá el capítulo mostrando una serie de imágenes en las que se puede observar el túnel de viento con todos los elementos ensamblados. Figura 5.18: Túnel de viento completo Figura 5.19: Conducto de adaptación Figura 5.20: Conducto de adaptación 60 Es posible relacionar la solidez y la porosidad con la geometría que define la pantalla de seguridad: 𝛽𝑤= 1−𝑑𝑤 𝑤𝑤 2 𝜍𝑤= 1 −𝛽𝑤 Donde:  𝑑𝑤: diámetro del hilo.  𝑤𝑤: distancia entre hilos (tanto horizontal como vertical). El factor 𝐾𝑅𝑛 viene determinado por la relación siguiente: 𝐾𝑅𝑛= 0.785 𝑅𝑒𝑤 2.41 + 1 −4 + 1.01,𝑅𝑒𝑤<400 1, 𝑅𝑒𝑤≥400 Donde 𝑅𝑒𝑤 es el número de Reynolds basado en el diámetro del alambre del mallado: 𝑅𝑒𝑤=𝜌𝑉𝑑𝑤 𝜇 6.1.6 Acondicionadores de flujo Los acondicionadores de flujo suponen una disminución en el paso de la sección efectiva y un aumento de la superficie mojada, por lo que generan pérdidas por fricción. La bibliografía sugiere que los acondicionadores tengan una sección hexagonal, teniendo un mejor comportamiento. Es posible modelar el factor de pérdidas de carga de la forma siguiente. 𝐾𝑕=𝜆𝑕 𝐿𝑕 𝐷𝑕𝑕+ 3 1 𝛽𝑕 2 + 1 𝛽𝑕−1 2 Donde:  𝜆𝑕: factor dependiente del flujo y la geometría.  𝐿𝑕: longitud de un acondicionador en la dirección del flujo.  𝐷𝑕𝑕: diámetro hidráulico de un acondicionador.  𝛽𝑕: porosidad de la pantalla acondicionadora. El factor 𝜆𝑕 viene dado por la expresión siguiente: 61 𝜆𝑕= 0.375 ∆𝑕 𝐷𝑕𝑕 0.4 ·𝑅𝑒∆ −0.1,𝑅𝑒∆≤275 0.214 ∆𝑕 𝐷𝑕𝑕 0.4 ,𝑅𝑒∆>275 Donde 𝑅𝑒∆ es el número de Reynolds basado en el espesor de la pared de un acondicionador: 𝑅𝑒∆=𝜌𝑉∆𝑕 𝜇 6.2 Operación del túnel de viento Una vez analizado el modelo fluido y de pérdidas de carga es posible determinar el comportamiento del fluido en el interior del túnel [ver anexos]. El resultado más inmediato del estudio del movimiento fluido sería la potencia necesaria para mantener el flujo en movimiento para cualquier rango de ensayos. En los gráficos siguientes podemos observar la potencia suministrada a la sección de impulsión y la caída total de presión de remanso frente al número de Mach que queremos obtener en la cámara de ensayos. Figura 6.2: Potencia consumida por la sección impulsora frente al número de Mach de ensayo 62 Figura 6.3: Caída de presión remanso total frente al número de Mach de ensayo Es interesante resaltar que la caída total de presión de remanso en el rango subsónico es del mismo orden que para el rango transónico. Esto se debe a la necesidad de conservar el número de Reynolds en ensayos subsónicos. Al aumentar la presión de 1 bar a 5 bar, se aumenta 5 veces (evolución isoterma) la densidad del flujo, por lo que aunque el flujo es más lento, este debe mover un caudal notablemente mayor. Sin embargo la potencia requerida en el régimen transónico es significativamente mayor debido a que las velocidades son bastante mayores. Figura 6.4: Evolución del número de Mach en el interior del túnel 63 Figura 6.5: Evolución de la velocidad en el interior del túnel Figura 6.6: Evolución de la presión de remanso en el interior del túnel 64 Como se ha podido observar, tanto la velocidad como el número de Mach sufren poca variación en los tramos de sección constante, esto se debe que la baja velocidad que poseen en estos tramos ocasionan pocas pérdidas. Sin embargo en la cámara de ensayos sufren una caída mayor debido a que es donde se dan las mayores velocidades. En los difusores se obtiene el efecto deseado, una disminución de la velocidad para evitar grandes pérdidas en el resto de elementos. De forma contraria, en la contracción se produce una intensa aceleración para obtener la velocidad deseada en la cámara de ensayos. En lo que respecta a la evolución de la presión, distinguiremos dos zonas, la región entre la cámara y la sección de impulsión, y la región posterior a la sección de impulsión. Aunque en ambas regiones cuentan con un difusor y dos codos, las pérdidas de carga que se producen en la primera región respecto a la segunda son mayores. Esto se debe a que el fluido se mueve a mayor velocidad en la primera, ya que la sección en la primera región es dos veces más pequeña. De igual forma se puede observar que las pérdidas de carga en la pantalla de seguridad son mayores que en el resto de elementos, y en los acondicionadores también resultan significativas. Es interesante observar la aportación de cada elemento a las pérdidas totales en cada régimen: En la imagen siguiente podemos observar la distribución de pérdidas para el régimen subsónico típico (M=0.3): Figura 6.7: Porcentaje de pérdidas de carga por elemento con M=0.3 4% 9% 4% 13% 13% 3% 3% 1% 1% 2% 4% 30% 13% Porcentaje de pérdidas de carga por elemento M=0.3 Cámara de ensayos Primer difusor Segundo difusor Primer codo Segundo codo Tercer codo Cuarto codo Primer adaptador Segundo adaptador Sección impulsora Contracción Malla de seguridad Acondicionadores 65 En la imagen siguiente podemos observar la distribución de pérdidas para el régimen transónico típico (M=0.9): Figura 6.8: Porcentaje de pérdidas de carga por elemento con M=0.95 Como se explicó en capítulos anteriores, el número de Reynolds que caracteriza al flujo alrededor del modelo debe conservarse en regímenes subsónicos de ensayo. Por ello resulta relevante mostrar el número de Reynolds que se obtendría en la cámara, supuesto conocido el Reynolds de una operación de una aeronave real. En el gráfico siguiente se presenta que es posible obtener los resultados que se mencionaron. Observamos que en el rango subsónico el número de Reynolds es prácticamente idéntico al real, mientras que en el régimen superior a M=0.3 se puede mantener el orden del valor. Por lo tanto se cumplen los supuestos de partida. 7% 5% 5% 16% 16% 3% 3% 0% 0% 0% 0% 30% 15% Porcentaje de pérdidas de carga por elemento M=0.95 Cámara de ensayos Primer difusor Segundo difusor Primer codo Segundo codo Tercer codo Cuarto codo Primer adaptador Segundo adaptador Sección impulsora Contracción Malla de seguridad Acondicionadores 66 Figura 6.9: Razón de Reynolds frente a Mach real Para concluir esta sección se presenta un gráfico en el que podemos observar el régimen de giro necesario de la sección de impulsión frente al número de Mach desarrollado en la cámara de ensayos. Como se observa las revoluciones deben aumentar a fin de conseguir una velocidad mayor, ya que es preciso imprimir una potencia más alta al flujo. Figura 6.10: Revoluciones del fan frente al número de Mach del ensayo 67 7. INSTALACIONES Y SERVICIOS En este capítulo se presentarán las infrastructuras e instalaciones necesarias para el correcto desempeño de las funciones y servicios del túnel y la gestión administrativa. Múltiples factores describen las necesidades de estas instalaciones, pero los factores más determinantes que definen las necesidades principales serían los siguientes:  Potencia eléctrica.  Control de operaciones del túnel y adquisición de datos.  Confidencialidad en los ensayos.  Labor de administración y recepción de clientes. La potencia eléctrica que consumirá el túnel hace necesaria la existencia de una subestación de media tensión propia para las instalaciones. Las necesidades de control sobre las operaciones del túnel y de administración darán lugar a la construcción de dos edificios independientes y separados. Será necesario restringir el acceso a diversas zonas de las instalaciones para asegurar la privacidad de los clientes. 7.1 Personal Las instalaciones deben contar con personal suficiente para la correcta gestión y desempeño de sus funciones. En este apartado se hará una lista del personal considerado como imprescindible para el funcionamiento de las instalaciones.  Administración y gestión: Se consideran necesarios los puestos siguientes: un director del centro, un recepcionista encargado de controlar el acceso al edificio principal y de informar a los clientes, dos cargos administrativos para la gestión del centro y dos comerciales encargados de la captación de clientes y venta de servicios.  Operación del túnel Se consideran necesarios los puestos siguientes: seis ingenieros encargados del control de las operaciones y ensayos del túnel y de la adquisición y procesamiento de datos y tres operarios encargados de los talleres y el equipamiento de los ensayos.  Mantenimiento y seguridad Se consideran necesarios los puestos siguientes: dos encargados de la seguridad, uno diurno en la caseta de seguridad a la entrada de las instalaciones y otro nocturno encargado de la vigilancia de las instalaciones, y tres empleados de mantenimiento, un responsable, un encargado de la mecánica y un encargado de electricidad y control. 68 Cabe señalar que el personal descrito sería el considerado como imprescindible y fijo en la plantilla. Sin embargo se prevé la necesidad de recurrir a subcontratas en circunstancias puntuales como el mantenimiento del grupo motor o los compresores. 7.2 Infraestructuras En este apartado se describirán todas instalaciones y recursos de los que dispone el túnel de viento. Se describirá la configuración interna de los edificios y detalles constructivos de relevancia. 7.2.1 Túnel de viento El túnel de viento es el elemento más relevante y de mayor tamaño de las instalaciones. Ocuparía una superficie en planta 122.09 m de largo y 47.92 m en la parte más ancha, es decir 5851 m2, de los cuales 3012 m2 serían los que estarían en contacto con el suelo. La superficie restante estaría contenida en el interior del espacio cercado por el túnel, y en ella se ubicarán dos edificios: el edificio del motor y el edificio de los compresores. El interior del túnel estará cubierto por placas de PVC ya que la fricción es un factor crítico respecto a las pérdidas. Estas placas poseen una rugosidad mínima que permite una disminución de la fricción con las paredes del túnel frente a otros materiales. La construcción del túnel requerirá de una estructura compuesta por una sucesión de forjados y hormigón armado de gran espesor para toda la envolvente del túnel, ya que al ser necesario presurizar el túnel, la estructura debe ser capaz de soportar la presión de diseño (𝑝= 5 𝑏𝑎𝑟). Para ello se recubrirá las placas internas de PVC con placas de acero. Estas placas de acero deberán estar envueltas por una serie de pórticos atravesados por rigidizadores para asegurar la resistencia a la presión. Figura 7.1: Envolvente del túnel 69 Dado que el túnel presenta distintas cotas respecto a la cámara de ensayos debido a la diferencia de secciones, será necesario excavar y cimentar el terreno de forma que varios elementos quedarán parcialmente enterrados. En la imagen siguiente se puede observar las zonas de enterramiento respecto al nivel del suelo. Figura 7.2: Enterramiento del túnel Se enterrarán parcialmente: los adaptadores, la sección de impulsión, el segundo difusor, el tercer y cuarto codo, la cámara de estabilización y parte de la contracción. A cota cero quedarían: primer y segundo codo y el tramo de la pantalla de seguridad. Por encima del nivel del suelo quedarían: la cámara de ensayos y el primer difusor. Resulta conveniente enterrar parcialmente la sección de impulsión puesto que permite aprovechar la cimentación como cuna para amortiguar y absorber las vibraciones de los elementos. Además la sección de impulsión requiere mayores refuerzos debido a la presencia de un elemento de rotación. Los rectificadores de corriente deben estar reforzados y empotrados a las paredes de la cámara, siendo capaces de absorber las vibraciones del eje de la hélice. Finalmente cabe señalar que el edificio de ensayos se construirá de forma que este contenga en su interior la cámara de ensayos, para así permitir el control de los ensayos, la manipulación de la cámara y los modelos y el acceso al interior del túnel para mantenimiento. 76 Figura 7.8: Relación entre el tiempo de presurización y la potencia requerida 7.2.7 Parking Se habilitará una zona para aparcamiento con capacidad para 25 plazas de aparcamiento, una de éstas habilitada para minusválidos, ocupando 753 m2. Las dimensiones de cada plaza de aparcamiento son de 2.5x5 m2 (de 5x5 m2 para minusválidos). El sentido de circulación es único, con un ancho de calzada de 5 m. Se empleará asfalto y pintura blanca anti – rodadura. El parking contará con dos accesos: un acceso desde el exterior para vehículos y peatones y otro acceso desde la zona en la que se encuentra el edificio principal. 7.2.8 Caseta de seguridad. La caseta de seguridad se encuentra en la entrada del recinto, permitiendo control total sobre el acceso a las instalaciones [ver plano]. Además dispondrá de acceso al sistema de vigilancia del recinto y comunicación con todas las secciones. Como solución constructiva se ha optado por una caseta prefabricada de 3x3 m2 como la que podemos observar en la imagen siguiente: 77 Figura 7.9: Caseta de seguridad típica 7.2.9 Vallado Es necesario cercar toda la propiedad y además dividirla interiormente para asegurar la privacidad y confidencialidad de la zona de ensayos y el túnel. Por lo que se requerirá disponer un vallado a lo largo de 500 m. 7.2.10 Urbanización y viales Las zonas de la parcela que no están ocupadas por instalaciones serán tratadas de diversas formas. Se prevé una distribución de zonas ajardinadas, viales, acerados y pavimentados. Se contarán con 680 m2 de jardines, 162 m2 de acerados, 3810.6 m2 de viales y 8456 m2 de pavimentado. Los viales permitirán acceso al taller del túnel, así como el posible acceso a cualquier parte exterior del túnel y la subestación de transformación. Esto permitiría el transporte de maquinaria a cualquier punto de las instalaciones. En la imagen siguiente podemos observar el vallado y los viales que recorren el recinto: 78 Figura 7.10: Distribución final de las instalaciones 7.3 Servicios El propósito del túnel de viento es desarrollar campañas de ensayos aerodinámicos en régimen subsónico y transónico para aeronaves civiles. Pero también puede dar cabida a ensayos de otra índole. En este apartado se presentarán los posibles ensayos a realizar y el instrumental genérico que es necesario para el desempeño de estos ensayos. 7.3.1 Ensayos El túnel de viento puede dar cabida a tres bloques genéricos de ensayos:  Ensayos en aeronaves en régimen subsónico y transónico: pudiendo tratarse de aeronaves comerciales, civiles o helicópteros. Siempre que se mantengan en el rango de operación previsto para el túnel.  Ensayos en otros vehículos: puede dar cabida a vehículos a escala real como automóviles, furgonetas o bicicletas y vehículos a escala como trenes o camiones.  Otros ensayos: puede dar cabida a ensayos de propósito científico como el estudio de la capa límite terrestre sobre la orografía terrestre o ensayos sobre estructuras inmersas en la atmósfera. 79 Basándonos en la información obtenida de los ensayos sobre aeronaves realizados en otros túneles de viento como ONERA podemos clasificar los ensayos según al tipo de aviación al que va dirigido y según el modelo empleado en el ensayo. Lo mostrado a continuación son ensayos para el régimen subsónico y transónico con M<1. 7.3.1.1 Aviación civil y comercial  Modelo completo: son ensayos en los que pretendemos obtener: la distribución del flujo de presiones, cualidades del control de la aeronave, cargas estructurales, medidas precisas de la resistencia, resistencia inducida por motores y el flujo alrededor de los “nacelle”, medidas acústicas, efectos de interferencia del apoyo del modelo (“sting mounted models”). Para estos ensayos emplearemos pruebas donde variaremos el ángulo de ataque y el de resbalamiento para obtener las polares del avión. Ensayos hasta M=0.95.  Medio modelo: son ensayos en los que se analizará el control del flujo laminar y la resistencia inducida aportada por los impulsores, turbinas, “nacelle”. Para ello se variará el ángulo de ataque y analizarán las polares con todos los parámetros fijos. Ensayos hasta M=0.95.  Motor aislado: en estos ensayos se pretende analizar el comportamiento de fanes, turbohélices y turborreactores frente a una corriente. Se pretende obtener medidas de la presión estable e inestable, distorsiones de la corriente, medidas acústicas, distribución de presión en los “nacelle”, medidas de la resistencia. Se consigue con variaciones de la posición de las palas, variación de los parámetros motor (RPM) y variaciones del ángulo de ataque y resbalamiento. Ensayos hasta M=0.95. 7.3.1.2 Aviación militar  Modelo completo: son ensayos en los que pretendemos obtener: la distribución del flujo de presiones, cualidades del control de la aeronave, cargas estructurales, medidas precisas de la resistencia, resistencia inducida por motores y el flujo alrededor de los “nacelle”, medidas acústicas, efectos de interferencia del apoyo del modelo (sting mounted models). Para estos ensayos emplearemos pruebas donde variaremos el ángulo de ataque y el de resbalamiento para obtener las polares del avión. Ensayos hasta M=0.95.  “Air intake model”: son ensayos en los que se analizará la distorsión del flujo entrante y saliente, medidas de la resistencia y del flujo de presión sobre la superficie. Para ello se variará el ángulo de ataque, el ángulo de resbalamiento y las características internas del flujo. Ensayos para M<1. 80  Modelo completo con simulación de combustión: se pretende analizar la señal infrarroja y analizar el flujo de salida del motor mediante variaciones del combustible inyectado. 7.3.1.3 Helicóptero y convertible  Modelo completo: se pretenden obtener las cargas y el modelo de la distribución de presiones. Para ello se tiene un control sobre la configuración de las palas y se considera el efecto del número de Reynolds.  Modelo del rotor aislado: en estos ensayos se pretende medir las cargas sobre el rotor y la distribución de presiones sobre las palas mediante el control remoto de la posición de las palas.  Rotor del helicóptero: se pretende analizar las actuaciones del rotor, tomar medidas acústicas y medidas de la presión estable e inestable. Para ello se emplea un control remoto de la posición de las palas.  Perfiles de las palas: se medirá la resistencia, la distribución de la presión y medidas del cabeceo oscilante inestable en los modelos. Se consigue con el control del cabeceo. 7.3.2 Instrumental Para realizar un estudio con el túnel de viento como herramienta tenemos que conocer en las condiciones a las que se expone el objeto de estudio en su interior. Para ello necesitaremos dispositivos que nos permitan conocer parámetros tales como la presión o la temperatura y su variación a lo largo del tiempo y de la posición. Este trabajo lo realizan los sensores. Los sensores nos permiten conocer la evolución de las variables y el comportamiento que tiene el modelo ensayos bajo las interacciones físicas. Estos sensores generarán información que será recogida por los equipos de adquisición de datos y procesadas por estos y por equipos informáticos. El túnel de viento pretende proporcionarnos información para definir el comportamiento aerodinámico del modelo a ensayar. Nos facilitará datos que nos permitirán conocer: la distribución de presiones sobre el modelo, medidas precisas de la sustentación y la resistencia, la polar del avión, las cargas que soporta la estructura, medidas acústicas y de generación de ruido, estadísticas sobre el flujo, medidas de las cargas sobre las superficies de control, etc. Es por ello que en esta sección se presentan las magnitudes de interés a medir y los métodos de medida que se emplean. 81 7.3.2.1 Medida de las cargas sobre el modelo La medida de las cargas es básico y crucial, y para ello se emplean generalmente balanzas aerodinámicas y dinamómetros, que son elegidas según los requerimientos del ensayo, pudiendo ser externas o ir integradas en el modelo. De forma general miden las 6 componentes de la resultante (fuerza y momento). Estos son algunas de las balanzas empleadas  “Sting mounted balance”: Cuyo diámetro puede variar desde 8 mm a 210 mm. Tiene una capacidad de fuerza normal que varía entre 60 N y 22 0000 N, y una capacidad de fuerza axial entre 100 N y 27 000 N.  “Wall mounted balance”: Utilizadas para el estudio de los propulsores (hélices), el balance y los momentos que sufre la aeronave. Las medidas están realizadas por seis dinamómetros desacoplados entre sí. Su diámetro puede variar entre 200 mm y 2000 mm, la fuerza normal entre 8000 N y 100000 N, y la fuerza axial entre 350 N y 25000 N.  “Rotating shaft balance”: Se realiza una modelización en elementos finitos para obtener un buen compromiso entre rigidez y sensibilidad, así como reducir los efectos centrífugos y termomecánicos. Su diámetro puede variar entre 51 mm y 200 mm, la fuerza axial entre 1200 N y 13000 N, y la velocidad máxima que alcanza son 15000 RPM. 7.3.2.2 Medida de la deformación del modelo La deformación del modelo durante un ensayo es un factor muy importante que ha de ser tenido en cuenta, para ello se emplean marcas adhesivas sobre la superficie del modelo (esencialmente las alas, debido a su alta deformación) y un determinado número de cámaras calibradas que permiten analizar las deformaciones que sufre el modelo. 7.3.2.3 Medida de presiones sobre el modelo La medida de la presión sobre el modelo es fundamental para el ensayo. Se utilizan principalmente dos técnicas para llevar a cabo una medida de la presión sobre el modelo.  PSP (Pintura sensible a la presión): Se aplica una pintura sobre el modelo que cambia su luminiscencia con la presión cuando es observado a través de cámaras digitales. La imagen se representa en un ordenador para su estudio. Es más efectiva a alta velocidad, aunque a baja velocidad también obtiene resultados notables. 82  “Static pressure tap”: Mide la presión estática en distintos puntos mediante la utilización de tubos y sensores. En algunos casos los tubos ya están incorporados en el modelo. 7.3.2.4 Estadísticas y visualización del campo fluido Se utilizan las siguientes técnicas:  PIV (“Particle image velocimetry”): Se colocan marcadores entre las partículas que son iluminadas a pulsos muy rápidos por una luz láser. Los sensores de óptica digital capturan la luz de dichas partículas. Empleando técnicas de imagen se obtienen los diferentes vectores de velocidad con una gran resolución. Finalmente, se obtiene una imagen digital tridimensional del flujo.  Medida de la dirección del flujo: Se utilizan sondas con diversos agujeros para medir la presión y con unas calibraciones, el ángulo que lleva el fluido. Hay distintos tipos de sondas: de cinco agujeros, cónicas con tres agujeros y medidores bidimensionales de dos agujeros.  Rastrillo de presiones en la entrada de aire: Pueden ser de diferentes diámetros (94 mm, 164 mm o 185 mm, por ejemplo).  Estudio de la estela: Se utiliza para determinar la resistencia debida a diversas fuentes, midiendo la velocidad y el ángulo de la estela. Utiliza una sonda motorizada de 5 agujeros y varios sensores. Los resultados son representados digitalmente.  Rastrillo de presiones para el estudio de la capa límite. 7.3.2.5 Mediciones acústicas Se desarrollarán medidas en el campo fluido cercano y lejano al modelo.  Campo cercano: varios micrófonos colocados alrededor (27). Se ha desarrollado métodos de procesamiento de señal digital para eliminar las reverberaciones.  Campo lejano: o Alta velocidad: 3 antenas con 85 micrófonos. o Baja velocidad: 2 filas de 18 micrófonos cada una. 83 7.3.2.6 Medida de actitud Se desarrolla un modelo de actitud (ángulo de ataque) del modelo. Se emplearán los siguientes dispositivos:  Dispositivos sensibles a la gravedad.  Encoders.  Inclinómetros.  Acelerómetros. 7.3.2.7 Medida del flujo de calor Se utilizan las siguientes técnicas:  Termografía infrarroja: Se basa en el principio de que la radiación de un cuerpo varía con su temperatura. Cámaras termográficas detectan la radiación en el rango infrarrojo del espectro electromagnético y producen imágenes digitales.  Termopares.  TSP (Pintura sensible a la temperatura): La pintura varía su luminiscencia en función de la temperatura. 7.3.2.8 Evolución de la transición a la turbulencia El túnel de viento está limitado en tamaño y presión de remanso por requerimientos de potencia. A escala real y altos números de Reynolds es altamente probable que la capa límite sea turbulenta, pero en ensayos de túnel es más probable que la capa permanezca laminar, para ello se emplean algunas técnicas que ocasionen la transición a la turbulencia.  Transición a la turbulencia: Se suelen emplear partículas de Carborundo que se adhieren a la superficie y le imprimen una rugosidad que favorece la turbulencia. También se emplean tiras adhesivas con que al retirarse dejan en la superficie parte del adhesivo.  Visualización de la transición: Se emplean técnicas de termografía para visualizar la evolución de la capa límite y de visualización mediante acenafteno. 84 8. RESUMEN DEL PRESUPUESTO En esta sección se presenta un resumen del presupuesto tentativo para el proyecto de ejecución del túnel de viento y sus instalaciones. A continuación se presenta el presupuesto desglosado por capítulos. Capítulo Resumen Importe (€) 01 Movimiento de tierras 157.648,00 € 02 Cimentación del túnel de viento 2.025.871,20 € 03 Edificaciones 2.708.465,00 € 04 Túnel de viento 9.895.925,35 € 05 Urbanización 817.339,00 € 06 Saneamiento y abastecimiento de agua 510.200,00 € 07 Instalación eléctrica en MT y BT 4.468.000,00 € 08 Estudios previos, ingeniería y dirección de obras 700.000,00 € 09 Seguridad, salud y control de calidad 240.830,00 € TOTAL PRESUPUESTO DE EFECUCIÓN MATERIAL 21.524.278,55 € 85 9. NORMATIVA DE OBLIGADO CUMPLIMIENTO En la redacción del presente proyecto se ha tenido en cuenta la normativa legal de vigente aplicación, de entre la que cabe destacar: 9.1 Ordenación urbanística  Ley 7/2002, del 17 de Diciembre del 2002. Ley de Ordenación Urbanística de Andalucía. 9.2 Administración pública  Texto refundido de la ley de contratos con las administraciones públicas. Real Decreto Administrativo 2/2000 del 16 de Junio.  Reglamento general de contratación de las administraciones públicas. Real Decreto 1098/2001 del 12 de Octubre.  Ley de Contratos del Sector Público. Ley 30/2007 del 30 de Octubre. 9.3 Estructuras de acero  Real Decreto 314/2006, del 17 de marzo de 2006, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación. (Documento DB-SE-Seguridad Estructural). o CTE DB SE-AE. Código Técnico de la Edificación. Documento Seguridad Estructural. Acciones en la edificación.). o CTE DB SE-A. Código Técnico de la Edificación. Documento Seguridad Estructural. Acero.).  Real Decreto 997/2002, del 27 de septiembre del 2002, por el que se aprueba la norma de construcción sismorresistente (NCSR-2002).  Real Decreto 2702/1985, del 18 de diciembre de 1985, del Ministerio de Industria y Energía ( BOE 28-02-86 ), por el que se aprueba la Homologación de alambres trefilados, lisos y corrugados, para mallas electrosoldadas y viguetas semirresistentes de hormigón armado.  Orden del 8 de marzo de 1994, del Ministerio de Industria y Energía ( BOE 22- 03-94), por el que se aprueba el Certificado de conformidad como alternativa a la homologación de alambres trefilados, lisos y corrugados, para mallas electrosoldadas y viguetas semirresistentes de hormigón armado. 92  Orden del 16 de mayo de 1994, del Ministerio de Industria y Energía ( BOE 01-06-94 ), por el que se aprueba la Modificación del periodo transitorio establecido en el Real Decreto 1407/92 del 20 de noviembre.  Ley 31/1995 del 8 de noviembre de 1995, de la Jefatura de Estado ( BOE 10- 11-95), por la que se regula la Prevención de Riesgos Laborales.  Real Decreto 783/2001, de 6 de julio, por el que se aprueba el Reglamento sobre protección sanitaria contra radiaciones ionizantes. BOE núm. 178, de 26 de julio.  Real Decreto 1627/97 del 24 de octubre de 1997, del Ministerio de la Presidencia (BOE 26-10-97), por el que se aprueban las Disposiciones mínimas de Seguridad y Salud para en las obras de construcción.  Real Decreto 773/97 del 30 de mayo de 1997, del Ministerio de la Presidencia (BOE 12-06-97 Y BOE 18-07-97), por el que se aprueban las Disposiciones mínimas de Seguridad y Salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de protección individual.  Real Decreto 664/97 del 12 de mayo de 1997, del Ministerio de la Presidencia ( BOE 24-06-97 ), por el que se aprueba la Protección de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a agentes biológicos durante el trabajo.  Real Decreto 665/97 del 12 de mayo de 1997, del Ministerio de la Presidencia ( BOE 24-06-97 ), por el que se aprueba las Protección de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a agentes cancerígenos durante el trabajo.  Orden del 27 de junio de 1997 del Ministerio de trabajo y Asuntos Sociales (BOE 04-07-97), por el que se aprueba el Reglamento de los Servicios de prevención. 9.11 Industria  LEY 21/1992, de 16 de julio, de Industria. 9.12 Protección civil  LEY 2/1985 de protección civil. 93  Real Decreto 1254/1999, de 16 de julio, por el que se aprueban las medidas de control de los riesgos inherentes a los accidentes graves en los que intervengan sustancias peligrosas. BOE de 20 de julio de 1999.  RD 407/1992, Norma básica de Protección Civil.  REAL DECRETO 1196/2003, de 19 de septiembre, por el que se aprueba la Directriz básica de protección civil para el control y planificación ante el riesgo de accidentes graves en los que intervienen sustancias peligrosas. BOE núm. 242 de 9 de octubre.  Guía Técnica: Metodologías para el análisis de riesgos. Visión general.  Guía Técnica: Métodos cualitativos para el análisis de riesgos.  Guía Técnica: Métodos cuantitativos para el análisis de riesgos 9.13 Abastecimiento de aguas  Real Decreto 314/2006, del 17 de marzo de 2006, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación. (Documento DB-HS-Salubridad). 94 10. CONCLUSIONES Se puede concluir que se ha propuesto una solución que satisface completamente los objetivos del proyecto. Se ha diseñado un túnel de viento capaz de dar cabida a campañas de ensayos en régimen subsónico y transónico – subsónico buscando la minimización de la potencia requerida para su funcionamiento. Se ha empleado un modelo del movimiento fluido y de las pérdidas aceptablemente aproximado. Se han analizado opciones que se creen cumplen las necesidades constructivas básicas y establecido una configuración de las instalaciones adecuadas al propósito de las tareas que se prevé que tendrán lugar. También se ha evaluado un presupuesto preliminar para la construcción de las instalaciones necesarias para el túnel de viento proyectado. 95 ANEXO I: Movimiento de gases en conductos El objetivo de este anexo es el análisis de las ecuaciones que rigen el movimiento de gases en conductos para determinar la ecuación general para el número de Mach. Primero recordaremos las ecuaciones que modelan el problema:  Ecuación de continuidad: 𝜕 𝜕𝑥 𝜌𝑣𝐴 = 0 ↔ 𝐺=𝜌 𝑥 𝑣 𝑥 𝐴(𝑥) = 𝑐𝑡𝑒  Ecuación de cantidad de movimiento: 𝜌𝑣𝜕𝑣 𝜕𝑥=−𝜕𝑝 𝜕𝑥−𝜆𝜌𝑣2 2𝐷𝑕 Donde: o 𝜆: factor de fricción de Darcy. o 𝐷𝑕: diámetro hidráulico de la sección.  Ecuación de la energía: 𝑕0 𝑥 =𝑕0 0 +𝑄(𝑥) Donde: o 𝑕0 𝑥 : entalpía de remanso en un punto genérico 𝑥. o 𝑕0 0 : entalpía de remanso en el origen. o 𝑄(𝑥): calor recibido por unidad de masa entre el origen y 𝑥. Recordemos que la ecuación de la cantidad de movimiento es una relación escalar, ya que supusimos que el movimiento se desarrolla en una sola dirección, la del eje del conducto. Si se divide la ecuación de la cantidad de movimiento por 𝑝 y multiplicamos y dividimos el primer término por 𝑣 obtenemos: 𝜌𝑣2 𝑝1 𝑣 𝜕𝑣 𝜕𝑥=−1 𝑝𝜕𝑝 𝜕𝑥−𝜆𝑣2 2𝐷𝑕𝜌𝑝 Teniendo en cuenta que: 𝜌𝑣2 𝑝=𝑣2 𝑝/𝜌=𝑣2 𝑎2/𝛾=𝛾𝑀2 96 Es posible reescribir la cantidad de movimiento como: 𝛾𝑀21 𝑣 𝜕𝑣 𝜕𝑥=−1 𝑝𝜕𝑝 𝜕𝑥−𝜆 2𝐷𝑕𝛾𝑀2 (𝟏) Atendiendo a la relación siguiente: 𝑕0=𝐶𝑝𝑇0=𝛾 𝛾−1𝑝𝜌 1 + 𝛾−1 2𝑀2 Es posible reescribir las ecuaciones de continuidad y de la energía de la forma que sigue respectivamente: 𝜌𝑝𝐴2𝛾𝑀2=𝐺2 𝛾 𝛾−1𝑝𝜌=𝑕0 0 +𝑄(𝑥) 1 + 𝛾−1 2𝑀2 Si multiplicamos las relaciones anteriores obtenemos: 𝑝2=𝐺2𝛾−1 𝛾2 𝑕0 0 +𝑄(𝑥) 𝐴2(𝑥) 1 𝑀2 1 + 𝛾−1 2𝑀2 −1 Tomando logaritmo neperiano en la expresión anterior: 2ln 𝑝=ln 𝐺2𝛾−1 𝛾2 +ln 𝑕0 0 +𝑄(𝑥) −2ln 𝐴(𝑥)−ln 𝑀2−ln 1 + 𝛾−1 2𝑀2 Derivando la expresión anterior resulta: −1 𝑝𝑑𝑝 𝑑𝑥=−1 2 1 𝑕0 0 +𝑄(𝑥)𝑑𝑄 𝑑𝑥−2 𝐴𝑑𝐴 𝑑𝑥− 1 𝑀2+𝛾−1 2 1 1 + 𝛾−1 2𝑀2 𝑑𝑀2 𝑑𝑥 (𝟐) Atendiendo a la relación siguiente: 𝑣2=𝑀2𝑎2=𝑀2𝛾𝑝𝜌 97 Es posible expresar la velocidad como sigue: 𝑣2= 𝛾−1 𝑄 𝑥 +𝑕0 0 𝑀2 1 + γ−1 2𝑀2 Tomando logaritmo neperiano en la expresión anterior: 2ln 𝑣=ln 𝛾−1 +ln 𝑄 𝑥 +𝑕0 0 +ln 𝑀2−ln 1 + γ−1 2𝑀2 Derivando la expresión anterior resulta: 1 𝑣𝑑𝑣 𝑑𝑥=1 2 1 𝑄 𝑥 +𝑕0 0 𝑑𝑄 𝑑𝑥+1 𝑀2𝑑𝑀2 𝑑𝑥 −γ−1 2 1 1 + γ−1 2𝑀2𝑑𝑀2 𝑑𝑥 (𝟑) Sustituyendo las expresiones (𝟐) y (𝟑) en (𝟏) se obtendría la ecuación general para el número de Mach para movimiento de gases en conductos: 𝑑𝑀2 𝑑𝑥 = 2 + 𝛾−1 𝑀2 𝑀2 1−𝑀2 98 ANEXO II: Conservación del número de Mach y el número de Reynolds El objetivo de este anexo es establecer las relaciones de conversión que determinan las magnitudes que deben presentarse en la cámara de ensayos para conservar la semejanza dinámica, cinemática y geométrica de los resultados. La tabla siguiente nos permite resumir las variables controladas según el régimen de ensayo: RÉGIMEN 𝑹𝒆 M SUBSÓNICO M<0.3 CONSERVADO APROXIMADO TRANSÓNICO 0.3<M<0.95 APROXIMADO CONSERVADO Tabla A2.1: Conservación de números adimensionales según el régimen de velocidad Es decir, conservamos el número de Reynolds a baja velocidad y el número de Mach a alta velocidad. Partiendo de esas variables conocidas es posible relacionar las magnitudes en el ensayo con las de la operación real. Definiremos las variables que se tratarán para cerrar el problema.  𝑉: velocidad.  𝜌: densidad.  𝜇: viscosidad dinámica.  𝐿: longitud característica.  𝜏: escala, relación entre la longitud real y la del modelo (𝜏=18)  𝑇: temperatura estática.  𝑝: presión estática.  𝑇0: temperatura de remanso.  𝑝0: presión de remanso.  𝑀: número de Mach.  𝑅𝑒: número de Reynolds. Estas magnitudes vendrán acompañadas de un subíndice que hará referencia a si la magnitud pertenece al modelo (m) o a la operación real (r). De ahora en adelante las variables de la operación real serán todas conocidas, puesto que para desarrollar la semejanza hemos de conocer el problema real. Dado que el fluido en el interior del túnel será aire atmosférico (presurizado o no), se asumirá que la temperatura del gas remansado es la temperatura ambiente 298.15 K. Para ensayos en régimen subsónico el túnel se encontrará presurizado a 5 bar mientras que para ensayos en régimen transónico se empleará gas en condiciones ambiente 1 bar. Por lo que la densidad del gas remansado es conocida en ambos regímenes a través de la ecuación de estado. 99 Para evitar trabajar con la densidad, ya que la presión es más interesante, se empleará la siguiente expresión modificada del número de Reynolds. 𝑅𝑒=𝑉𝐿 𝜇𝑝 𝑅𝑔𝑇 El modelo empleado para determinar la viscosidad depende exclusivamente de la temperatura: 𝜇= 1.458 ·10−6𝑇1 2 1 + 110.4 𝑇 Las condiciones anteriores conocidas sobre el modelo pueden resumirse en la tabla siguiente: Parámetro 𝑴𝒎< 0.3 𝟎.𝟑<𝑴𝒎< 0.95 𝑴𝒎 - 𝑀𝑟 𝑹𝒆𝒎 𝑅𝑒𝑟 - 𝑻𝟎𝒎 [𝑲] 298.15 298.15 𝒑𝟎𝒎 [𝒃𝒂𝒓] 5 1 𝑻𝒎 [𝑲] 298.15 298.15/(1 + 0.2𝑀𝑚 2) 𝒑𝒎 [𝒃𝒂𝒓] 5 1/ 1 + 0.2𝑀𝑚 2 3.5 𝝉 18 18 Tabla A2.2: Resumen de parámetros iniciales conocidos Faltaría determinar la velocidad que debería tener el flujo en la cámara de ensayos en ambos regímenes, el número de Mach en ensayos subsónicos y el número de Reynolds en ensayos transónicos. Para ensayos subsónicos partimos de la relación siguiente 𝑹𝒆𝒎=𝑹𝒆𝒓 y obtenemos la siguiente expresión que determina la velocidad, y a través de ella, el número de Mach: 𝑉𝑚=𝑉𝑟𝜏𝜇𝑟 𝜇𝑚𝑝𝑟 𝑝𝑚𝑇𝑚 𝑇𝑟 𝑀𝑚=𝑉𝑚 𝛾𝑅𝑔𝑇𝑚 100 Emplearemos estas expresiones si el número de Mach real es inferior a 0.3, pero esto no significa que el número de Mach en la cámara de ensayos también resulte inferior 0.3. Por lo tanto, si el número de Mach resultante de este proceso resultase mayor a 0.3 aparecerían efectos de compresibilidad que no tendrían lugar en la realidad, por la tanto habría que mantener el número de Mach como si el ensayo fuese transónico. Para ensayos transónicos partimos de la relación siguiente 𝑀𝑚=𝑀𝑟 y obtenemos la expresión siguiente que determina la velocidad, y a través de ella, el número de Reynolds: 𝑉𝑚=𝑀𝑚· 𝛾𝑅𝑔𝑇𝑚 𝑅𝑒𝑚=𝜌𝑚𝑉𝑚𝐿𝑚 𝜇𝑚 Es posible comparar la relación entre el número de Reynolds del modelo y el real a través de la relación siguiente: 𝑅𝑒𝑚 𝑅𝑒𝑟 =𝑉𝑚𝜌𝑚𝜇𝑟 𝑉𝑟𝜌𝑟𝜇𝑚𝜏 En la imagen siguiente podemos observar la relación entre el número de Reynolds real y el del modelo frente al Mach de operación real. Podemos observar que son iguales hasta que sólo podemos conservar su orden cuando el número de Mach en la cámara supera 0.3 Figura A2.1: Razón de Reynolds frente a Mach real 101 En los gráficos siguientes podemos observar la velocidad y el número de Mach en la cámara de ensayos frente a los valores que presentan en la operación real. Figura A2.2: Velocidad en el modelo frente a la velocidad real Figura A2.3: Número de Mach en el modelo frente al número de Mach real 108 Figura A3.6: Distribución de densidad de remanso en régimen subsónico Figura A3.7: Distribución de densidad estática en régimen subsónico 109 Figura A3.8: Distribución de temperatura de remanso en régimen subsónico Figura A3.9: Distribución de temperatura estática en régimen subsónico 110 En las imágenes siguientes podemos observar la variación de las magnitudes fluidas para un régimen transónico máximo (M=0.95) Figura A3.10: Distribución del número de Mach en régimen transónico Figura A3.11: Distribución de velocidad en régimen transónico 111 Figura A3.12: Distribución de presión de remanso en régimen transónico Figura A3.13: Distribución de presión estática en régimen transónico 112 Figura A3.14: Distribución de densidad de remanso en régimen transónico Figura A3.15: Distribución de densidad estática en régimen transónico 113 Figura A3.16: Distribución de temperatura de remanso en régimen transónico Figura A3.17: Distribución de temperatura estática en régimen transónico 114 Se realizará un último cálculo para finalizar la sección que será de gran interés para el diseño de la sección impulsora. Las pérdidas totales de energía deben ser compensadas por el movimiento del fan. Por lo que las pérdidas totales de energía podrían obtenerse de la relación siguiente: ∆𝑝0𝑇= 1 2 𝑖𝜌 𝑖 𝑉 𝑖 2𝐾𝑙(𝑖) Donde 𝑖 sería la sección de entrada del elemento del túnel. Es posible obtener un coeficiente que determine la cantidad de energía necesaria que debe suministrar el fan al aire: 𝐾𝑓𝑠=1 𝑞𝑓 1 2 𝑖𝜌 𝑖 𝑉 𝑖 2𝐾𝑙(𝑖) Donde 𝑞𝑓 es la presión dinámica a la entrada de la sección de impulsión. Pero ha de tenerse en cuenta que esta energía es la requerida por el fluido, es decir, la potencia eléctrica que habrá de suministrar al motor dependerá del rendimiento de la máquina. 𝐾𝑓𝑠,𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝐾𝑓𝑠 𝜂𝑓𝑠 Considerando que la sección impulsora puede mantener un rendimiento de 𝜂𝑓𝑠= 0.93 se obtendría las necesidades energéticas respecto al número de Mach que deseamos conseguir en la cámara de ensayos. Figura A3.18: Distribución de Kfs respecto al número de Mach del ensayo 115 ANEXO IV: Diseño de la sección impulsora El objetivo de este anexo es el diseño de la sección impulsora: fan y rectificadores de corriente. Para ello se ha recurrido a la bibliografía [Barrow] que facilita expresiones y datos experimentales de túneles reales. Para ello se partirá del conocimiento de la geometría de la sección de paso y de las características del fluido a la entrada de la sección del fan. En primer lugar se realizará el diseño de los rectificadores de corriente y se concluirá con el diseño de la corona de álabes del fan Como se mencionó en el ANEXO II se asume que será posible conseguir una eficiencia de la sección impulsora 𝜂𝑓𝑠= 0.93 y de un valor conocido de 𝐾𝑓𝑠, que dependerá del número de Mach que se dé en la cámara de ensayos. I. Rectificadores de la corriente Los rectificadores de la corriente estarán formados por una serie perfiles aerodinámicos simétricos que irán desde la barquilla hasta las paredes del túnel. Estos perfiles pueden caracterizarse por dos parámetros: su espesor 𝑡𝑠 y su cuerda 𝑐𝑠. Si se definiesen con una relación espesor – cuerda constante, estos tendrían un espesor demasiado grande, por lo que se asumirá que los perfiles son de espesor constante. Asumiremos una relación espesor – cuerda en la punta de los rectificadores de 0.12. Haciendo uso de las relaciones siguientes es posible obtener el espesor de los rectificadores, la distribución de cuerda según el radio de la sección y la distribución de pérdidas del rectificador 𝑘𝑠: 𝑐𝑠=2𝜋𝑟 𝑁𝑠 𝑡𝑠= 0.12 2𝜋𝑅𝑓𝑠 𝑁𝑠= 0.5369 𝑚 𝑘𝑠=0.045 2𝜋𝑟𝑡𝑠𝑁𝑠+ 0.003 Donde:  𝑁𝑠: número de rectificadores (𝑁𝑠= 7).  𝑅𝑓𝑠: radio de la sección impulsora.  𝑟: radio genérico de la sección 0.6 < 𝑟 𝑅𝑓𝑠 < 1 . Los rendimientos de las secciones de los rectificadores y el fan se definen como: 𝜂𝑠=𝜂𝑓𝑠𝑘𝑠 𝐾𝑓𝑠 𝜂𝑓=𝜂𝑓𝑠+𝜂𝑠 116 En la tabla siguiente podemos observar la distribución de cuerda, de pérdida y el rendimiento de las secciones de los rectificadores y el rendimiento de las secciones del fan según el radio de la sección: 𝒓 𝑹𝒇𝒔 0.6 0.7 0.8 0.9 1 𝒄𝒔 𝒎 2.6847 3.1322 3.5796 4.0271 4.4745 𝒌𝒔 0.012 0.0107 0.0097 0.009 0.0084 𝜼𝒔 0.014 0.0125 0.0114 0.0105 0.0098 𝜼𝒇 0.944 0.9425 0.9414 0.9405 0.9398 Tabla A4.1: Resumen características de los rectificadores II. Fan El fan estará constituido por 12 álabes iguales sobre una corona circular que al rotar transmite la potencia necesaria al fluido en forma de aumento de la presión del fluido. Cada álabe estará formado por una serie de perfiles aerodinámicos de cuerda variable, cada uno con un ángulo de paso diferente. Podemos analizar el flujo alrededor del álabe a través de la imagen siguiente: Figura A4.1: Aerodinámica de una sección genérica de álabe 117 Para diseñar estos álabes se ha recurrido a la bibliografía [Barrow]. Por lo que si asumimos un valor razonable para el ratio sustentación – resistencia (L/D) en la punta del álabe es posible estimar el valor del coeficiente de flujo axial (𝜆) en la punta y el coeficiente de componente rotacional (𝜀) en la punta y en base a estos valores obtener sus distribuciones. Para ello se emplearán la relación siguiente y se asumirá 𝑐𝑙𝑐𝑑 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 =45: 𝝀=𝜂𝑓 1−𝜂𝑓 𝑐𝑙 𝑐𝑑+ 1− 1−𝜂𝑓 𝐾𝑓𝑠 4𝜂𝑓 1−𝜂𝑓 𝑐𝑙 𝑐𝑑 𝝀𝟐+ 𝐾𝑓𝑠 4𝜂𝑓 𝟐 1−𝜂𝑓 𝑐𝑙 𝑐𝑑 𝝀𝟒 Una vez obtenido el coeficiente de flujo en la punta 𝜆𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎particularizando la ecuación anterior es posible obtener la distribución radial del coeficiente de flujo axial, del coeficiente de flujo rotacional y el régimen de giro de la sección impulsora: 𝜆=𝜆𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 𝑟 𝑅𝑓𝑠 𝜀=𝜆𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎𝐾𝑓𝑠 2𝜂𝑓𝑠 Ω=𝜋 𝜆𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎𝑅𝑓𝑠60 2𝜋 Tras determinar la distribución del coeficiente de flujo se puede determinar la distribución radial del ratio sustentación – resistencia así como el ángulo de flujo interno 𝜙. Para ello se han empleado las ecuaciones siguientes: 𝑐𝑙 𝑐𝑑=𝜂𝑓 1−𝜂𝑓 𝜆+ 1− 1−𝜂𝑓 𝐾𝑓𝑠 4𝜂𝑓 1−𝜂𝑓 𝜆+ 𝐾𝑓𝑠 4𝜂𝑓 2 1−𝜂𝑓 𝜆3 tan 𝜙=𝜆 1−1 2𝜆𝜀 En la tabla siguiente podemos observar la distribución radial del coeficiente de flujo axial y del coeficiente de flujo rotacional supuesto un número de Mach en la cámara de ensayos de 0.95: 124 % Tr = Tsl - 6.5e-3*h; rhor = rho_sl*(Tr/Tsl)^(9.18/6.5e-3/287-1); % mur = 1.458e-6*sqrt(Tr)./(1+110.4./Tr); % Vr = Mr*sqrt(gam*Rg*Tr); % %% - Tramo según Mach - %% % if Mr <= 0.3 % P0m = 5e5; T0m = 298.15; Rho0m = P0m/Rg/T0m; % mum = 1.458e-6*sqrt(T0m)./(1+110.4./T0m); % Vm = Vr*rhor*tau*mum/mur*Rg*T0m/P0m; Mm = Vm/sqrt(gam*Rg*T0m); % if Mm >0.3 % P0m = 1e5; T0m = 298.15; Rho0m = P0m/Rg/T0m; % Mm = Mr; Vm = Mm.*sqrt(gam*Rg*T0m*(1 + (gam - 1)/2*Mm.^2)); % end Rhom = Rho0m; else % P0m = 1e5; T0m = 298.15; Rho0m = P0m/Rg/T0m; % mum = 1.458e-6*sqrt(T0m)./(1+110.4./T0m); % Mm = Mr; Vm = Mm.*sqrt(gam*Rg*T0m*(1 + (gam - 1)/2*Mm.^2)); % Rhom = Rho0m/(1+(gam-1)/2*Mm^2)^(1/(gam-1)); end % Rem_Rer = Rhom*Vm*mur/(tau*rhor*Vr*mum); % figure(1),hold on,plot(Mr,Mm) figure(2),hold on,plot(Vr,Vm) 125 figure(3),hold on,plot(Mr,Rem_Rer) figure(5),hold on,plot(Mr,Mm/Mr) % figure(4),hold on,plot(Mm,Vm) end  tramovuelo.m function [mum, P0m, T0m, Mm] = tramovuelo(Mr,h) % Rg = 287; gam = 1.4; tau = 18; % %% - Atmósfera - %% % Tsl = 288.16; rho_sl = 1.224691; % Tr = Tsl - 6.5e-3*h; rhor = rho_sl*(Tr/Tsl)^(9.18/6.5e-3/287-1); % mur = 1.458e-6*sqrt(Tr)./(1+110.4./Tr); % Vr = Mr*sqrt(gam*Rg*Tr); % %% - Tramo según Mach - %% % if Mr <= 0.3 % P0m = 5e5; T0m = 298.15; % mum = 1.458e-6*sqrt(T0m)./(1+110.4./T0m); % Vm = Vr*rhor*tau*mur/mum*Rg*T0m/P0m; Mm = Mr; %Mm = Vm/sqrt(gam*Rg*T0m); % %if Mm>0.3 % % P0m = 1e5; % T0m = 298.15; % % mum = 1.458e-6*sqrt(T0m)./(1+110.4./T0m); % 126  geometría_tunel.m function [A, dAdx, D, L, b1, h1, b2, h2, Rc1, bc1, hc1, Rc2, bc2, hc2]=geometria_tunel % clc; % %%% - Define la geometría relevante del tunel - %%% % L = [13 42 11.5*pi/2 9 11.5*pi/2 10 20 10 41 16*pi/2 16*pi/2 6 20]; % Longitud de cada tramo del tunel % %%% - Geometría de las secciones del tunel - %%% % % - Geomtrías con variación de área ( dAdx ) nula - % % A(1) = 26; dAdx(1) = 0; D(1) = 4.95; % Cámara de ensayos % Rc1 = 11.5; % Rádio primer codo [m] bc1 = 11.26; % Ancho primer codo [m] hc1 = 6.93; % Alto primer codo [m] % A(3) = 78; dAdx(3) = 0; D(3) = 8.6; % Codo 1 A(4) = 78; dAdx(4) = 0; D(4) = 8.6; % Rejilla A(5) = 78; dAdx(5) = 0; D(5) = 8.6; % Codo 2 A(6) = 78; dAdx(6) = 0; D(6) = (9.97+8.6)/2; % Adaptador 1 A(7) = 78; dAdx(7) = 0; D(7) = 9.97; % Fan A(8) = 78; dAdx(8) = 0; D(8) = (9.97+8.6)/2; % Adaptador 2 % Mm = Mr; % Vm = Mm*sqrt(gam*Rg*T0m*(1 + (gam - 1)/2*Mm^2)); % %end else % P0m = 1e5; T0m = 298.15; % mum = 1.458e-6*sqrt(T0m)./(1+110.4./T0m); % Mm = Mr; Vm = Mm*sqrt(gam*Rg*T0m*(1 + (gam - 1)/2*Mm^2)); % end % end 127 % Rc2 = 16; % Rádio segundo codo [m] bc2 = 15.92; % Ancho segundo codo [m] hc2 = 6.93; % Alto segundo codo [m] % A(10) = 156; dAdx(10) = 0; D(10) = 12.13; % Codo 3 A(11) = 156; dAdx(11) = 0; D(11) = 12.13; % Codo 4 A(12) = 156; dAdx(12) = 0; D(12) = 12.13; % Cámara de ajustes % % - Geometría variable del primer difusor - % % h1 = 4; b1 = 6.5; % A(2) = 26; dAdx(2) = 52/42; D(2) = 4*(h1.*b1)./( h1 + b1); % Difusor 1 - diámetro hidráulico a la entrada % % - Geometría variable del segundo difusor - % % h2 = 6.93; b2 = 11.26; % A(9) = 78; dAdx(9) = 78/41; D(9) = 4*(h2.*b2)./( h2 + b2); % Difusor 2 - diámetro hidráulico a la entrada % % - Geometría variable de la contracción - % % %z = 1.1775e-3*x.^3 - 0.035325*x.^2 + 7.96; %hc = 7.25e-4*x.^3 - 0.02175*x.^2 + 4.9; %dhc = 3*7.25e-4*x.^2 - 2*0.02175*x; %dz = 3*1.1775e-3*x.^2 - 2*0.035325*x; % %A(13) = z*hc; dAdx(13) = hc*dz+z*dhc; D(13) = 4*(z.*hc)./( hc + z); % Contracción % end %  tramorecto.m function K = tramorecto (L,D,Re,k) % f = colebrook(k,D,Re); % K = f*L/D; % end 128  difusor.m function K=difusor(L,D,Re,k,Ar) % D: diámetro hidráulico a la entrada del difusor. % Ar: relación de áreas a la entrada y salida del difusor. % L: Longitud del difusor. % Re: Reynolds basado en el diámetro hidráulico a la entrada. % theta: semiángulo que forman las paredes divergentes del difusor. f = colebrook(k,D,Re); theta = atan(0.5*(sqrt(Ar)-1)/(L/D)); Kf = (1-1/Ar^2)*f/8/sin(theta); Ke =0.122-0.0459*theta+0.02203*theta^2+0.003269*theta^3-0.0006145*theta^4- 0.000028*theta^5+0.00002337*theta^6; Kex = Ke*(1-1/Ar)^2; K = Kf + Kex; end  codo.m function K=codo(k,D,Re,R,b,h) % D: diámetro hidráulico a la entrada del codo. % Re: Reynolds basado en el diámetro hidráulico a la entrada. % R: Radio del codo. % b: Ancho de la sección codo. % h: Alto de la sección del codo. f = colebrook(k,D,Re); A = 1; B = 0.21/sqrt(R/b); C = 0.85 + 0.125/(h/b); Klocal = (0.46*R/b+ 0.04)*A*B*C; Kf = 1.57*f*R/D; K = Klocal + Kf; end 129  contracción.m function K=contraccion(L,Dn,Dt,k,Ren,Ret) % Ren: Reynolds antes de la contracción. % Ret: Reynolds en la cámara de ensayos. % Dn: Diámetro hidráulico de la entrada a la contracción. % Dt: Diámetro hidráhulico en la cámara de ensayos % k: rugosidad. % L: Longitud de la contracción. f = (colebrook(k,Dn,Ren) + colebrook(k,Dt,Ret))/2; x=0:0.01:1; z = 1.1775e-3*L^3*x.^3 - 0.035325*L^2*x.^2 + 7.96; y = 7.25e-4*L^3*x.^3 - 0.02175*L^2*x.^2 + 4.9; Dx= 4*(z.*y)./( y + z); D = (Dt./Dx).^5; I = trapz(x,D); K = f*L/Dt*I; end  rejilla.m function K=rejilla(Kmesh,Re,d,beta) % Re: Reynolds basado en el diámetro de cable de la rejilla: d % d: diámetro del cable de la rejilla. % w: ancho entre cables (espaciado de celda) % beta: porosidad %beta = (1 - d/w); w = d/(1-beta); sigma = 1 - beta; if Re < 400 Krn = 0.785*(Re/2.41 + 1)^(-4); else Krn = 1; end K = Kmesh*Krn*sigma + sigma/beta^2; end 130  honeycomb.m function K=honeycomb(L,D,e,Re,beta) % L: Longitud de la celda en la dirección del flujo. % D: Diámetro hidráulico de la celda. % e: Espesor del material. % Re: Reynolds basado en el espesor del material. % beta: Porosidad del honeycomb. if Re > 275 lambda = 0.214*(e/D)^0.4; else lambda = 0.375*(e/D)^0.4*Re^(-0.1); end K = lambda*(L/D + 3)*(1/beta)^2 + (1/beta - 1)^2; end  colebrook.m function F=colebrook(k,D,Re) f = 1; %Valor de partida j = 1; tol=1e-5; while j == 1 g = (-2*log(k/3.7/D + 2.51/Re/sqrt(f)))^(-2); R = abs(f-g); if R < tol break end f = g; end F = g; end 131  mach_tunel.m function [M, X, N]=machtunel(Mi) % close all; clc; % gam = 1.4; lambda = 0.003; % x = [13 42 11.5*pi/2 9 11.5*pi/2 10 20 10 41 16*pi/2 16*pi/2 6 20]; % Longitud de cada tramo del tunel % X = []; M = []; N = []; % for t=1:13 % [Mv, xv] = mach( Mi, x(t), lambda, gam, t ); % M = [M, Mv]; % Guarda los números de Mach en las secciones % Nx = length(Mv); Mi = Mv(1,Nx); % N = [N, Nx]; % Guarda las posiciones en las que acaba cada tramo del tunel. % if t == 1 Xv =xv; else Xv = xv + sum(x(1:(t-1))); end % X = [X, Xv]; % end % plot(X,M),xlabel('x(m)'),ylabel('M') % end % %% - Función que integra la ecuación del número de Mach en conductos - %% % function [Mv, xv] = mach(M, x, lambda, gam, t) % y0(1,1) = M^2; x0 = 0; xL = x; % [xval ysol] = ode45(@toberadif, [x0 xL], y0(1,1), [], lambda, gam, t); 132 % Nx = length(xval); xv(1:Nx) = xval'; %Para hacerlo vector fila. % Mv(1:Nx) = sqrt(ysol'); % end % %% - Ecuación del número de Mach y geometría - %% % function ydot = toberadif(x,y,lambda,gam,t) % %%% - Geometría sin variación de área - %%% % A(1) = 26; dAdx(1) = 0; D(1) = 4.95; % Cámara de ensayos A(3) = 78; dAdx(3) = 0; D(3) = 8.6; % Codo 1 A(4) = 78; dAdx(4) = 0; D(4) = 8.6; % Rejilla A(5) = 78; dAdx(5) = 0; D(5) = 8.6; % Codo 2 A(6) = 78; dAdx(6) = 0; D(6) = 8.6+(9.97-8.6)*x/10; % Adaptador 1 A(7) = 78; dAdx(7) = 0; D(7) = 9.97; % Fan A(8) = 78; dAdx(8) = 0; D(8) = 9.97-(9.97-8.6)*x/10; % Adaptador 2 A(10) = 156; dAdx(10) = 0; D(10) = 12.13; % Codo 3 A(11) = 156; dAdx(11) = 0; D(11) = 12.13; % Codo 4 A(12) = 156; dAdx(12) = 0; D(12) = 12.13; % Cámara de ajustes % %%% - Geometría variable del primer difusor - %%% % h1 = 4 + (6.93 - 4)*x/42; b1 = 6.5 + (11.26 - 6.5)*x/42; % A(2) = 26+52*x/42; dAdx(2) = 52/42; D(2) = 4*(h1.*b1)./( h1 + b1); % Difusor 1 % %%% - Geometría variable del segundo difusor - %%% % h2 = 6.93 + (9.8 - 6.93)*x/41; b2 = 11.26 + (15.92 - 11.26)*x/41; % A(9) = 78+78*x/41; dAdx(9) = 78/41; D(9) = 4*(h2.*b2)./( h2 + b2); % Difusor 2 % %%% - Geometría variable de la contracción - %%% % z = 1.1775e-3*x.^3 - 0.035325*x.^2 + 7.96; hc = 7.25e-4*x.^3 - 0.02175*x.^2 + 4.9; dhc = 3*7.25e-4*x.^2 - 2*0.02175*x; 133 dz = 3*1.1775e-3*x.^2 - 2*0.035325*x; % A(13) = z*hc; dAdx(13) = hc*dz+z*dhc; D(13) = 4*(z.*hc)./( hc + z); % Contracción % %%% - Ecuación del número de Mach - %%% % ydot(1,1) =( 2 + (gam - 1)*y )*y/( 1 - y )*( -dAdx(t)/A(t) - lambda*gam/2/D(t)*y ); % end  magnitudes_tunel_directo.m function [P0,Rho0,T0,K,G]=magnitudes_tunel_directo(Mv,hv) % %% - Condiciones en la Cámara de ensayos - %% % gam = 1.4; % Coeficiente de expansión adiabática. Rg = 287; % Constante de los gases [J/kg·K] k = 0.0015e-3; % Rugosidad del material (PVC,PE) [m] % [mu, P0(1), T0(1), M(1)] = tramovuelo(Mv,hv); % Rho0(1) = P0(1)/Rg/T0(1); % %% - Generamos la geometría necesaria - %% % [A, dAdx, D, L, b1, h1, b2, h2, Rc1, bc1, hc1, Rc2, bc2, hc2] = geometria_tunel; % %% - Generamos la distribución de Mach en el tunel - %% % [m, x, N] = machtunel(M(1)); % M: vector que contiene el número de Mach al final de cada sección. %La primera componente es la entrada a la cámara. for u=1:13 % n(u) = sum(N(1:u)); M(u + 1) = m(1, n(u)); % end % %% - Evolución de las variables entre la Cámara de ensayos y el Fan - %% % %% - Cámara de ensayos - %% % %%% A la entrada de la cámara % AUX(1) = (1 + (gam - 1)/2*M(1)^2); 140 Omega(k-1) = G/A(w-k-1)*( AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5)) - 0.5*M(w-k)*AUX(k)^(-0.5)*sqrt(gam)*K(k-1) ); % T0(k) = P0(k-1)^2/Rg/Omega(k-1)^2; P0(k) = G/A(w-k-1)*AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5))*sqrt(Rg*T0(k)); Rho0(k) = P0(k)/(Rg*T0(k)); % P(k) = P0(k)/AUX(k)^(gam/(gam - 1)); % Presión estática T(k) = T0(k)/AUX(k); % Temperatura estática Rho(k) = Rho0(k)/AUX(k)^(1/(gam - 1)); % Densidad estática % V(k) = M(k)*sqrt(gam*Rg*T(k)); % Velocidad % % %% - Codo 4 - %% % k = 4; % Re(k) = Rho(k-1)*V(k-1)*D(w-k)/mu; K(k-1) = codo(rk,D(w-k),Re(k),Rc2,bc2,hc2); % AUX(k) = (1 + (gam - 1)/2*M(w-k)^2); Omega(k-1) = G/A(w-k-1)*( AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5)) - 0.5*M(w-k)*AUX(k)^(-0.5)*sqrt(gam)*K(k-1) ); % T0(k) = P0(k-1)^2/Rg/Omega(k-1)^2; P0(k) = G/A(w-k-1)*AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5))*sqrt(Rg*T0(k)); Rho0(k) = P0(k)/(Rg*T0(k)); % P(k) = P0(k)/AUX(k)^(gam/(gam - 1)); % Presión estática T(k) = T0(k)/AUX(k); % Temperatura estática Rho(k) = Rho0(k)/AUX(k)^(1/(gam - 1)); % Densidad estática % V(k) = M(k)*sqrt(gam*Rg*T(k)); % Velocidad % % %% - Codo 3 - %% % k = 5; % Re(k) = Rho(k-1)*V(k-1)*D(w-k)/mu; K(k-1) = codo(rk,D(w-k),Re(k),Rc2,bc2,hc2); % En este caso A(w-k) para que sea el área del codo AUX(k) = (1 + (gam - 1)/2*M(w-k)^2); Omega(k-1) = G/A(w-k)*( AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(-0.5)) - 0.5*M(w-k)*AUX(k)^(-0.5)*sqrt(gam)*K(k-1) ); % T0(k) = P0(k-1)^2/Rg/Omega(k-1)^2; 141 P0(k) = G/A(w-k)*AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5))*sqrt(Rg*T0(k)); Rho0(k) = P0(k)/(Rg*T0(k)); % P(k) = P0(k)/AUX(k)^(gam/(gam - 1)); % Presión estática T(k) = T0(k)/AUX(k); % Temperatura estática Rho(k) = Rho0(k)/AUX(k)^(1/(gam - 1)); % Densidad estática % V(k) = M(k)*sqrt(gam*Rg*T(k)); % Velocidad % % %% - Difusor 2 - %% % k = 6; % Re(k) = Rho(k-1)*V(k-1)*D(w-k)/mu; Ar2 = A(w-k+1)/A(w-k); K(k-1) = difusor(L(w-k),D(w-k),Re(k),rk,Ar2); % AUX(k) = (1 + (gam - 1)/2*M(w-k)^2); Omega(k-1) = G/A(w-k-1)*( AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5)) - 0.5*M(w-k)*AUX(k)^(-0.5)*sqrt(gam)*K(k-1) ); % T0(k) = P0(k-1)^2/Rg/Omega(k-1)^2; P0(k) = G/A(w-k-1)*AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5))*sqrt(Rg*T0(k)); Rho0(k) = P0(k)/(Rg*T0(k)); % P(k) = P0(k)/AUX(k)^(gam/(gam - 1)); % Presión estática T(k) = T0(k)/AUX(k); % Temperatura estática Rho(k) = Rho0(k)/AUX(k)^(1/(gam - 1)); % Densidad estática % V(k) = M(k)*sqrt(gam*Rg*T(k)); % Velocidad % %% - Adaptador 2 - %% % k = 7; % Re(k) = Rho(k-1)*V(k-1)*D(w-k)/mu; K(k-1) = tramorecto (L(w-k),D(w-k),Re(k),rk); % AUX(k) = (1 + (gam - 1)/2*M(w-k)^2); Omega(k-1) = G/A(w-k-1)*( AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5)) - 0.5*M(w-k)*AUX(k)^(-0.5)*sqrt(gam)*K(k-1) ); % T0(k) = P0(k-1)^2/Rg/Omega(k-1)^2; P0(k) = G/A(w-k-1)*AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5))*sqrt(Rg*T0(k)); Rho0(k) = P0(k)/(Rg*T0(k)); % 142 P(k) = P0(k)/AUX(k)^(gam/(gam - 1)); % Presión estática T(k) = T0(k)/AUX(k); % Temperatura estática Rho(k) = Rho0(k)/AUX(k)^(1/(gam - 1)); % Densidad estática % V(k) = M(k)*sqrt(gam*Rg*T(k)); % Velocidad % %% - FAN tramo recto - %% % k = 8; % Re(k) = Rho(k-1)*V(k-1)*D(w-k)/mu; K(k-1) = tramorecto (L(w-k),D(w-k),Re(k),rk); % AUX(k) = (1 + (gam - 1)/2*M(w-k)^2); Omega(k-1) = G/A(w-k-1)*( AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5)) - 0.5*M(w-k)*AUX(k)^(-0.5)*sqrt(gam)*K(k-1) ); % T0(k) = P0(k-1)^2/Rg/Omega(k-1)^2; P0(k) = G/A(w-k-1)*AUX(k)^(1/(gam-1))/(M(w-k)*sqrt(gam)*(AUX(k))^(- 0.5))*sqrt(Rg*T0(k)); Rho0(k) = P0(k)/(Rg*T0(k)); % P(k) = P0(k)/AUX(k)^(gam/(gam - 1)); % Presión estática T(k) = T0(k)/AUX(k); % Temperatura estática Rho(k) = Rho0(k)/AUX(k)^(1/(gam - 1)); % Densidad estática % V(k) = M(k)*sqrt(gam*Rg*T(k)); % Velocidad % close all; % end  mapa_rpm.m clear all; close all; clc; % M = 0.1:0.025:0.95; % [g,n] = size(M); % Vfan = zeros(1,n); Perdidas = zeros(1,n); Rhofan = zeros(1,n); Tfan = zeros(1,n); rpm = zeros(1,n); % for i = 1:n % 143 [P0, P, T0, T, Rho0, Rho, V, Mv, x, N] = TUNEL_FINAL(M(i),1e4); % R = N(1:6); r = sum(R); close all; % Perdidas(1,i) = max(P0) - min(P0); %Q(1,i) = V(1)*26; Vfan(1,i) = V(r); Rhofan(1,i) = Rho(r); Tfan(1,i) = T(r); % % end % mufan = 1.458e-6*sqrt(Tfan)./(1+110.4./Tfan); % Viscosidad en el fan % K = Perdidas./(0.5.*Rhofan.*Vfan.^2)/0.93; % for j = 1:n Kfs = K(1,j); % Pérdidas totales referidas a presión dinámica en el fan % Ufs = Vfan(1,j); % Velocidad axial en el fan [m/s] % % x = 0.6:0.05:1; % Ns = 7; % Número de palas del straightener N = 12; % Número de palas del fan % Rt = 4.985; % Radio de la punta de la pala [m] Rr = 2.991; % Radio de la raíz de la pala [m] % tcs_tip = 0.12; % Relación espesor cuerda en la punta del straightener % %% - Rendimientos - %% % rend_fs = 0.93; % Rendimiento global Fan-Straighteners % ks_tip = 0.045*tcs_tip + 0.003; % Pérdidas en los álabes del Straightener % rend_s_tip = rend_fs*ks_tip/Kfs; % rend_f_tip = rend_s_tip + rend_fs; % %% - Coeficiente de flujo - %% % L_D_tip = 40; % Asumimos esa eficiencia en la punta % 144 lambda_p = zeros(1,10); lambda_p(1) = 0.4; % for i = 2:10 % A = rend_f_tip/( (1 - rend_f_tip)*L_D_tip ); % B = ( 1 - (1 - rend_f_tip)*Kfs/4/rend_fs )/( (1 - rend_f_tip)*L_D_tip ); % C = ( Kfs/4/rend_fs )^2/( (1 - rend_f_tip)*L_D_tip ); % lambda_p(i) = A + B*lambda_p(i-1)^2 + C*lambda_p(i-1)^4; % end % lambda_tip = lambda_p(i); % %%% - Distribución radial del coeficiente de flujo - %%% % lambda = lambda_tip./x; % %% - Rotación - %% % rpm(1,j) = ( Ufs/lambda_tip/Rt )*60/2/pi; % Velocidad angular de rotación [rpm] % end % figure(1),plot(M,rpm),xlabel('Mach en la cámara de ensayos'), ylabel('Revoluciones del fan (rpm)')  TUNEL_FINAL.m function [P0, P, T0, T, Rho0, Rho, V, M, x, N] = TUNEL_FINAL(Mv,hv) % Rg = 287; gam = 1.4; % [P0_d,Rho0_d,T0_d,K_d,G]=magnitudes_tunel_directo(Mv,hv); % [P0_i,Rho0_i,T0_i,K_i]=magnitudes_tunel_inverso(Mv,hv); % [mum, P0m, T0m, Mm] = tramovuelo(Mv,hv); % [m, x, N] = machtunel(Mm); % M = m; % P0 = []; 145 T0 = []; % for k = 1:7 % if k == 5 % else if k > 5 % Para evitar el problema con las N % %%% - Presión - %%% % p0 = P0_d(k) + (P0_d(k+1) - P0_d(k))*(0:(N(k-1)-1))/N(k-1); % P0 =[P0, p0]; % %%% - Temperatura - %%% % t0 = T0_d(k) + (T0_d(k+1) - T0_d(k))*(0:(N(k-1)-1))/N(k-1); % T0 =[T0, t0]; % else % %%% - Presión - %%% % p0 = P0_d(k) + (P0_d(k+1) - P0_d(k))*(0:(N(k)-1))/N(k); % P0 =[P0, p0]; % %%% - Temperatura - %%% % t0 = T0_d(k) + (T0_d(k+1) - T0_d(k))*(0:(N(k)-1))/N(k); % T0 =[T0, t0]; % end end % end % for k = 8:14 % %%% - Presión - %%% % p0 = P0_i(16-k) + (P0_i(15-k) - P0_i(16-k))*(0:(N(k-1)-1))/N(k-1); % P0 =[P0, p0]; % %%% - Temperatura - %%% % 146 t0 = T0_i(16-k) + (T0_i(15-k) - T0_i(16-k))*(0:(N(k-1)-1))/N(k-1); % T0 =[T0, t0]; % end % AUX = 1 + (gam-1)/2*M.^2; % %%% - Presión - %%% % P = P0./AUX.^(gam/(gam-1)); % %%% - Temperatura - %%% % T = T0./AUX; % %%% - Densidad - %%% % Rho0 = P0./T0/Rg; Rho = P./T/Rg; % %%% - Velocidad - %%% % V = M.*sqrt(gam*Rg*T); % end  FAN.m clear all; close all; clc; % %%% - FAN - %%% % % En los straighteners tendremos espesor constante % x = 0.6:0.05:1; % Ns = 7; % Número de palas del straightener N = 12; % Número de palas del fan % %%% - M = 0.95 % Kfs = 0.7953; % Pérdidas totales referidas a presión dinámica en el fan % Ufs = 66.17; % Velocidad axial en el fan [m/s] rhofs = 1.177; % Densidad en el fan [kg/m3] mufs = 1.771e-5; % Viscosidad en el fan [Pa·s] % 147 %%% - M = 0.3 % %Kfs = 0.789; % Pérdidas totales referidas a presión dinámica en el fan % %Ufs = 32.79; % Velocidad axial en el fan [m/s] %rhofs = 5.846; % Densidad en el fan [kg/m3] %mufs = 1.823e-5; % Viscosidad en el fan [Pa·s] % %%% - M = 0.1 % %Kfs = 0.7986; % Pérdidas totales referidas a presión dinámica en el fan % %Ufs = 11.47; % Velocidad axial en el fan [m/s] %rhofs = 5.844; % Densidad en el fan [kg/m3] %mufs = 1.835e-5; % Viscosidad en el fan [Pa·s] % Rt = 4.985; % Radio de la punta de la pala [m] Rr = 2.991; % Radio de la raíz de la pala [m] % tcs_tip = 0.12; % Relación espesor cuerda en la punta del straightener % %% - Rendimientos - %% % rend_fs = 0.93; % Rendimiento global Fan-Straighteners % ks_tip = 0.045*tcs_tip + 0.003; % Pérdidas en los álabes del Straightener % rend_s_tip = rend_fs*ks_tip/Kfs; % rend_f_tip = rend_s_tip + rend_fs; % %% - Coeficiente de flujo - %% % L_D_tip = 40; % Asumimos esa eficiencia en la punta % lambda_p = zeros(1,10); lambda_p(1) = 0.4; % for i = 2:10 % A = rend_f_tip/( (1 - rend_f_tip)*L_D_tip ); % B = ( 1 - (1 - rend_f_tip)*Kfs/4/rend_fs )/( (1 - rend_f_tip)*L_D_tip ); % C = ( Kfs/4/rend_fs )^2/( (1 - rend_f_tip)*L_D_tip ); % lambda_p(i) = A + B*lambda_p(i-1)^2 + C*lambda_p(i-1)^4; % end % 148 lambda_tip = lambda_p(i); % %%% - Distribución radial del coeficiente de flujo - %%% % lambda = lambda_tip./x; % %% - Rotación y velocidad radial - %% % rpm = ( Ufs/lambda_tip/Rt )*60/2/pi; % Velocidad angular de rotación [rpm] % w_tip = rpm*Rt*2*pi/60; % Velocidad de giro en la punta [m/s] % %% - Coeficiente de rotación - %% % epsilon = lambda*Kfs/2/rend_fs; % Comparar en la raíz para ver pérdida con gráfico 3.23 % %% - Álabes del Straightener - %% % Cs = 2*pi/Ns*Rt*x; % ts = 0.12*2*pi/Ns*Rt; % t_C_s = ts./Cs; % ks = 0.045*ts./Cs + 0.003; % rend_s = rend_fs/Kfs*ks; % %% - Eficiencia de cada sección del fan - %% % rend_f = rend_fs + rend_s; % %% - Eficiencia de cada sección - %% % D = rend_f/( 1 - rend_f ); % E = ( 1 - (1 - rend_f_tip)*Kfs/4/rend_fs )./( 1 - rend_f ); % F = ( Kfs/4/rend_fs )^2./( 1 - rend_f ); % cl_cd = D./lambda + E.*lambda + F.*lambda.^3; % %% - Ángulo del flujo - %% % tan_phi = lambda./( 1 - 0.5*epsilon.*lambda ); % phi = atan(tan_phi); % Ängulo del flujo en radianes. % %% - Cuerda aproximada - %% 149 % dTdx = 2*x.*( Kfs + ks - epsilon.^2 ); % cl_aprox = cl_cd*0.0125; % Multiplicamos por esta razón de forma aproximada cT_aprox = cl_aprox.*cos(phi); % c_aprox = dTdx.*x.*sin(phi).^2*pi*Rt./cT_aprox/N; % %% - Reynolds aprox. basado en la cuerda y velocidad relativa - %% % V = sqrt( Ufs^2 + w_tip^2 ); % Re_aprox = rhofs/mufs*V*c_aprox; % %% - Datos reales del gráfico - %% % cl = [ 0.42, 0.42875, 0.4375, 0.44625, 0.455, 0.46375, 0.4725, 0.48125, 0.49 ]; cd = [ 0.0125, 0.0124375, 0.012375, 0.0123125, 0.01225, 0.0121875, 0.012125, 0.0120625, 0.012 ]; % alfa = -[ 1.6, 1.5275, 1.455, 1.3825, 1.31, 1.2375, 1.165, 1.0925, 1.02 ]; % En grados % L_D = cl./cd; % beta = alfa + phi*180/pi; % Ángulo de paso en grados % cT = cl.*cos(phi); % c = dTdx.*x.*sin(phi).^2*pi*Rt./cT/N; % %% - Espesor del perfil - %% % xp = [ 0, 0.0125, 0.025, 0.05, 0.075, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 0.95, 1 ]; z_c = [ 0.0135, 0.037, 0.0538, 0.078, 0.0925, 0.103, 0.1174, 0.125, 0.129, 0.1269, 0.122, 0.112, 0.096, 0.0740, 0.047, 0.0326, 0.01 ]'; % t_p = z_c*c; % 30 4.- Botas de seguridad, clase A, o C. 5.- Botas con puntera reforzada. 6.- Ropa de trabajo. 7.- Trajes par a tiempo lluvioso. LOS SOLDADORES UTILIZARÁN ADEMÁS 1.- Yelmo Para soldaduras. 2.- Pantalla de mano para soldaduras. 3.- Gafas para soldador. (soldador y ayudante) 4.- Mandil de cuero. 5.- Polaina de cuero. 6.- Manguitos de cuero. 7.- Guantes de cuero. Interpretación de las abreviaturas Probabilid ad Protección Consecuencias Estimación del riesgo B Baja M Media A Alta c Colectiva i Individual Ld Ligeramente dañino D Dañino Ed Extremadamente dañino T Riesgo trivial To Riesgo tolerable M Riesgo moderado I Riesgo importante In Riesgo intolerable 31 ANÁLISIS Y EVALUACIÓN INICIAL DE RIESGOS Actividad: Montaje de cubiertas. Lugar de evaluación: Sobre planos Nombre del peligro identificado Probabili dad Prote cción Consecuen cias Estimación del riesgo B M A c i Ld D Ed T To M I In Cortes por uso de herramientas: Paletas, paletines, terrajas, miras, etc ... X X X X Golpes por uso de herramientas: Miras, reglas, terrajas, maestras ... X X X X Caídas desde altura. X X X X X Proyección violenta de partículas, (cuerpos extraños en los ojos). X X X X Sobre esfuerzos, (permanecer durante largo tiempo en posturas forzadas u obligadas). X X X X Afecciones respiratorias por: Polvo, corrientes de viento, etc ... X X X X Hundimiento de la superficie de apoyo. X X X X Los derivados del uso de medios auxiliares, (borriquetas, escaleras, andamios, etc.). X X X X X MEDIDAS PREVENTIVAS 32 1.- El personal encargado de la colocación de la cubierta será conocedor de este tipo de trabajos, en prevención de los riesgos por impericia. 2.- El riesgo de caídas al vacío se controlará colocando redes de protección fijadas a elementos estructurales. 3.- Se tenderá un cable de acero de seguridad fijado a dos puntos resistentes de las limatesas, para poder fijar los cinturones de seguridad. 4.- El acceso a los planos inclinados se realizará mediante escaleras que deberán sobrepasar 1 m la altura a salvar. 5.- Se suspenderán los trabajos en cubiertas cuando existan vientos superiores a 60 Km/h. , lluvia o nieve 6.- El extendido y recibido de cumbreras y baberos de plomo o similares, entre planos inclinados se realizarán siempre con cinturones de seguridad amarrados a cable de seguridad debidamente fijado a elementos fuertes de estructura. 7.- En los accesos a cubierta se instalarán letreros de” peligro, pise sobre las correas “ EQUIPOS DE PREVENCIÓN. 1.- Casco de polietileno. 2.- Guantes de PVC o de goma. 3.- Guantes de cuero. 4.- Botas de seguridad, clase A, B, C. 5.- Botas con puntera reforzada. 6.- Ropa de trabajo. 7.- Trajes para tiempo lluvioso. 8.- Cinturón de seguridad clases A,B,C. 33 Interpretación de las abreviaturas Probabilid ad Protección Consecuencias Estimación del riesgo B Baja M Media A Alta c Colectiva i Individual Ld Ligeramente dañino D Dañino Ed Extremadamente dañino T Riesgo trivial To Riesgo tolerable M Riesgo moderado I Riesgo importante In Riesgo intolerable ANÁLISIS Y EVALUACIÓN INICIAL DE RIESGOS Actividad: Carpintería metálica y cerrajería. Lugar de evaluación: Sobre planos Nombre del peligro identificado Probabili dad Prote cción Consecuen cias Estimación del riesgo B M A c i Ld D Ed T To M I In Desprendimiento de la carga suspendida a gancho grúa, (eslingado erróneo). X X X X Caídas al mismo nivel, (desorden de obra o del taller de obra). X X X X Caídas a distinto nivel. X X X X X 34 Caídas desde altura, (montaje de carpintería en fachadas) X X X X X Cortes en las manos por el manejo de máquinas herramienta manuales. X X X X Golpes en miembros por objetos o herramientas. X X X X Atrapamiento de dedos entre objetos pesados en manutención a brazo. X X X X Pisadas sobre objetos punzantes, lacerantes o cortantes, (fragmentos). X X X X Caída de elementos de carpintería metálica sobre las personas o las cosas, (falta de apuntalamiento o apuntalamiento peligroso). X X X X Contactos con la energía eléctrica, (conexiones directas sin clavija; cables lacerados o rotos). X X X X Sobre esfuerzos por sustentación de elementos pesados. X X X X MEDIDAS PREVENTIVAS 1.- Los elementos de carpintería se descargarán en bloques perfectamente flejados o atados, pendientes mediante eslingas del gancho de la grúa. 2.- Los acopios de carpintería metálica se acopiarán en los lugares destinados a tal efecto para ello y que aparecen indicados en planos. 3.- En todo momento se mantendrán libres los pasos o caminos de intercomunicación interior y exterior de la obra para evitar posibles accidentes por tropiezos e interferencias. 35 4.- El capataz o encargado de obra vigilará que todos los elementos estén correctamente acopiados, para evitar posibles accidentes por desplomes. 5.- En todos los tajos se mantendrán las zonas de circulación libres de cascotes, recortes metálicos y elementos punzantes para evitar accidentes por pisadas sobre objetos punzantes. 6.- Antes de la utilización de una maquinaria herramienta, el operario deberá estar provisto del documento expreso de autorización de manejo de esa determinada máquina (radial, remachadora, lijadora, etc...) 7.-Antes de la utilización de cualquier máquinaherramienta se comprobará que está en perfectas condiciones y con los medios de protección en perfectas condiciones. 8.- Los cercos metálicos serán presentados por un mínimo de una cuadrilla, para evitar los riesgos de vuelcos, golpes o caídas. 9.- El cuelgue de las hojas de las carpinterías se efectuará como mínimo de una cuadrilla, para evitar el riesgo de vuelco o desplome 10.- Toda la maquinaria eléctrica a utilizar dispondrá de toma de tierra en combinación con los disyuntores diferenciales del cuadro general de la obra o de doble aislamiento. 11.- Se notificará a la Dirección Facultativa, las desconexiones habidas por funcionamiento de los disyuntores diferenciales. 12.- Los elementos metálicos que resulten inseguros en situaciones de consolidación de su recibido se mantendrán apuntalados para garantizar su perfecta ubicación definitiva y evitar desplomes. 13.- Los tramos metálicos longitudinales (postes) transportadas por un solo hombre, irán inclinadas hacia atrás, procurando que la punta que va por delante esté a una altura superior a la de una persona, para evitar golpes a otras personas. EQUIPOS DE PREVENCIÓN. 1.- Casco de polietileno. 36 2.- Faja elástica de sujeción de cintura. 3.- Guantes de cuero. 4.- Botas de seguridad. 5.- Botas con puntera reforzada. 6.- Ropa de trabajo. 7.- Trajes par a tiempo lluvioso. 8.- Cinturón de seguridad clases A,B,C. Interpretación de las abreviaturas Probabilid ad Protección Consecuencias Estimación del riesgo B Baja M Media A Alta c Colectiva i Individual Ld Ligeramente dañino D Dañino Ed Extremadamente dañino T Riesgo trivial To Riesgo tolerable M Riesgo moderado I Riesgo importante In Riesgo intolerable 37 ANÁLISIS Y EVALUACIÓN INICIAL DE RIESGOS Actividad: Instalación eléctrica Baja Tensión. Lugar de evaluación: Sobre planos Nombre del peligro identificado Probabili dad Prote cción Consecuen cias Estimación del riesgo B M A c i Ld D Ed T To M I In Caídas de personas a distinto nivel. X X X X X Caídas de personas al mismo nivel. X X X X Cortes por manejo de herramientas manuales. X X X X X Cortes por manejo de guías y conductores. X X X X X Golpes por herramientas manuales.. X X X X Sobreesfuerzos. X X X X Contactos eléctricos directos X X X X Contactos electricos indirectos X X X X Mal funcionamiento de los mecanismos y sistemas de protección X X X X Mal funcionamiento de las tomas de tierra (incorrecta instalación, picas que anulan el sistema de protección de tierras X X X X Quemaduras. X X X 38 MEDIDAS PREVENTIVAS 1.- El calibre y sección del cuadro será siempre el adecuado para la carga eléctrica que ha de soportar en función del cálculo realizado por la maquinaria e iluminación prevista 2.- Los hilos tendrán la funda aislante sin defectos despreciables. 3.- Las posibles derivaciones desde el cuadro general a los cuadros secundarios deberán siempre realizarse por medio de mangueras antihumedad. 4.- Los empalmes entre mangueras siempre estarán elevados, y nunca por el suelo. 5.- Los empalmes definitivos se realizarán utilizando cajas de empalmes normalizadas estancos de seguridad. 6.- En ningún caso el trazado de suministro eléctrico coincidirá con el de suministro de agua. 7.- Las mangueras de “alargaderas” provisionales y de corta distancia podrán llevarse por el suelo pero siempre aproximadas a paramentos verticales. 8.-Las mangueras de alargaderas provisionales, se empalmarán mediante conexiones normalizadas estancos antihumedad o fundas aislantes termorretráctiles. 9.- Los interruptores se ajustarán expresamente a lo recogido en el Reglamento de Baja Tensión. 10.- Los interruptores se instalarán en el interior de las cajas normalizadas, provistas de cerradura con cierre de seguridad. 11.- Las cajas de los interruptores permanecerán colgadas, bien a los paramentos verticales o bien a los pies derechos estables. 12.- Los cuadros eléctricos serán metálicos de tipo para la intemperie, y se protegerán del agua de lluvia mediante viseras eficaces como protección adicional. 13.- Los cuadros metálicos exteriores tendrán carcasa conectada a tierra. 39 14.- Los cuadros eléctricos se colgarán pendientes de tableros de madera recibidos a los paramentos verticales o bien a pies derechos firmes. 15.- Las maniobras a ejecutar en el cuadro eléctrico general se efectuarán subido a una banqueta de maniobra o alfombrilla aislante, calculados expresamente para realizar la maniobra con seguridad. 16.- Los cuadros eléctricos poseerán tomas de corriente para conexiones normalizadas blindadas para intemperie, en número determinado según cálculo realizado. 17.- Las tomas de corriente de los cuadros se efectuarán de los cuadros mediante clavijas normalizadas blindadas y siempre que sea posible con enclavamiento. 18.- Cada toma de corriente suministrará energía a un único aparto, máquina o herramienta. 19.- La tensión siempre estará en la clavija “hembra”, nunca en la clavija “macho”, para evitar contactos eléctricos directos. 20.- Los interruptores automáticos se instalarán en todas las líneas de toma de corriente de los cuadros de distribución y de alimentación a todas las máquinas, aparatos y máquinas – herramientas de funcionamiento eléctrico. 21.- Los circuitos generales estarán protegidos con interruptores. 22.- Toda la maquinaria eléctrica estará protegida por disyuntor general. 23.- Todas las líneas estarán protegidas por disyuntor general. 24.- Las partes metálicas de todo el equipo eléctrico dispondrá de toma de tierra. 25.- El neutro de la instalación estará puesto a tierra. 26.- La toma de tierra se efectuará a través de la pica o placa de cada cuadro general. 27.- El hilo de tierra siempre estará protegido con macarrón en colores amarillo y verde. Se prohibe expresamente utilizarlo para otros usos. 46 Caídas de personas al entrar y al salir de zanjas por; (utilización de elementos inseguros para la maniobra: módulos de andamios metálicos, el gancho de un torno, el de un maquinillo, etc.). X X X X Caídas de personas al caminar por las proximidades de una zanja, (ausencia de iluminación, de señalización o de oclusión). X X X X Derrumbamiento de las paredes de la zanja, (ausencia de blindajes, utilización de entibaciones artesanales de madera). X X X X Interferencias con conducciones subterráneas, (inundación súbita, electrocución). X X X X Sobre esfuerzos, (permanecer en posturas forzadas, sobrecargas). X X X X Estrés térmico, (por lo general por temperatura alta). X X X X Pisadas sobre terrenos irregulares o sobre materiales. X X X X Cortes por manejo de piezas cerámicas y herramientas de albañilería. X X X X Dermatitis por contacto con el cemento. X X X X Atrapamiento entre objetos, ( ajustes de tuberías y sellados). X X X X 47 Caída de tuberías sobre personas por: (eslingado incorrecto; rotura por fatiga o golpe recibido por el tubo, durante el transporte a gancho de grúa o durante su instalación; uña u horquilla de suspensión e instalación corta o descompensada; rodar el tubo con caída en la zanja -acopio al borde sin freno o freno incorrecto-). X X X Atrapamientos por: (recepción de tubos a mano; freno a brazo, de la carga en suspensión a gancho de grúa; rodar el tubo –acopio sin freno o freno incorrecto-). X X X X Polvo, (corte de tuberías en vía seca). X X X X Proyección violenta de partículas, (corte de tuberías en vía seca). X X X X Sobre esfuerzos, (parar el penduleo de la carga a brazo; cargar tubos a hombro). X X X X MEDIDAS PREVENTIVAS 1.- El almacén para tuberías y elementos de fontanería será ubicado en el sitio indicado en planos y destinado para ello. 2.- El transporte de tramos de tubería a hombro por un solo hombre se realizará inclinando la carga hacia atrás, de tal forma que, el extremo que va por delante supere la altura de un hombre en un hombre, para evitar posibles golpes y tropiezos con otros operarios. 3.- Los bancos de trabajo estarán limpios de material sobrante, manteniéndose la buenas condiciones de uso. EQUIPOS DE PREVENCIÓN. 48 1.- Casco de polietileno. 2.- Guantes de cuero. 3.- Botas de seguridad. 4.- Botas con puntera reforzada. 5.- Ropa de trabajo. 6.- Trajes par a tiempo lluvioso. 7.- Cinturón de seguridad clases A,B,C. Interpretación de las abreviaturas Probabilida d Protección Consecuencias Estimación del riesgo B Baja M Media A Alta c Colectiva i Individual Ld Ligeramente dañino D Dañino Ed Extremadamente dañino T Riesgo trivial To Riesgo tolerable M Riesgo moderado I Riesgo importante In Riesgo intolerable ANÁLISIS Y EVALUACIÓN INICIAL DE RIESGOS Actividad: Pintura y barnizados. Lugar de evaluación: Sobre planos 49 Nombre del peligro identificado Probabili dad Prote cción Consecuen cias Estimación del riesgo B M A c i Ld D Ed T To M I In Caídas al mismo nivel, (desorden de obra o del taller de obra). X X X X Caídas a distinto nivel. X X X X X Higiénicos originados por las pinturas y barnices. X X X X Golpes en miembros por objetos o herramientas. X X X X Cuerpos extraños en ojos. X X X X Contacto con productos tóxicos o peligrosos X X X X Rotura de herramientas de aire comprimido. X X X X Contactos con la energía eléctrica, (conexiones directas sin clavija; cables lacerados o rotos). X X X X Sobre esfuerzos por sustentación de elementos pesados. X X X X MEDIDAS PREVENTIVAS 1.- Las pinturas se almacenarán en los lugares indicados en los planos bajo el titulo de “ almacén de pinturas” manteniéndose siempre la ventilación por tiro de aire para evitar los riesgos de incendios e intoxicaciones. 50 2.- Se instalará un extintor de polvo químico seco al lado de la zona de acceso al almacén de pinturas. 3.- En la zona de acceso al almacén de pinturas se colocará cartel de prohibido fumar y otra de peligro de incendios. 4.- Se prohíbe almacenar pintura susceptibles de emanar vapores inflamables con los recipientes mal o incompletamente cerrados. 5.- Se evitará la formación de ambientes con atmósferas nocivas. 6.- Se tenderán cables de seguridad amarrados a los puntos fuertes según planos, de los que amarrar el fijador del cinturón de seguridad en las actuaciones de riesgo de caída. 7.- Los andamios para pintar tendrán un ancho mínimo de 60 cms. para evitar los accidentes por trabajos realizados en superficies angostas. 8.- Se prohibe la formación de andamios con bidones, pilas de materiales o asimilables, para evitar la realización de trabajos sobre superficies inseguras. 9.- Se prohíbe la formación de andamios con tablones apoyados en escaleras de mano tanto de los de apoyo libre como de tijera, para evitar riesgo de caída a distinto nivel. 10.- Las zonas de trabajo tendrán una iluminación mínima de 100 lux. Medidos a una altura de pavimento de 2 m. 11.- Las escaleras de mano a utilizar serán del tipo tijera, dotadas con zapatas antideslizante y cadenilla limitadora de apertura. 12.- Las operaciones de lijado mediante lijadora eléctrica se realizarán siempre en lugares ventilados. 13.- El vertido de pigmento se realizará siempre desde la menor altura posible, evitando salpicaduras y atmósferas pulvurulentas. 51 14.-Se prohibe realizar trabajos de soldadura y oxicorte en lugares próximos a los tajos en los que se empleen pinturas inflamables, para evitar el riesgo de explosión o de incendio. 15.- La pintura de las cerchas de la obra se ejecutará desde superficies de trabajo adecuadas y con el fijador del cinturón de seguridad amarrado a un punto firme de la propia cercha. 16.- Se tenderán redes de protección horizontales, sujetas a puntos firmes de la estructura según detalles de planos, bajo el tajo de pinturas de cerchas como medio de protección frente al riesgo de caídas de altura. EQUIPOS DE PREVENCION. 1.- Casco de polietileno. 2.- Faja elástica de sujeción de cintura y cinturón de seguridad. 3.- Guantes de PVC largos 4.- Mascarilla con filtro mecánico. 5.- Mascarilla con filtro específico 6.- Ropa de trabajo. 7.- Gafas de seguridad 8.- Calzado de seguridad Interpretación de las abreviaturas Probabilid ad Protección Consecuencias Estimación del riesgo 52 B Baja M Media A Alta c Colectiva i Individual Ld Ligeramente dañino D Dañino Ed Extremadamente dañino T Riesgo trivial To Riesgo tolerable M Riesgo moderado I Riesgo importante In Riesgo intolerable ANÁLISIS Y EVALUACIÓN INICIAL DE RIESGOS Actividad: Ferrallistas. Lugar de evaluación: Sobre planos Nombre del peligro identificado Probabili dad Prote cción Consecuen cias Estimación del riesgo B M A c i Ld D Ed T To M I In Caídas al mismo nivel, (desorden de obra; superficies embarradas). X X X X Aplastamiento de dedos, (manutención de ferralla para montaje de armaduras, recepción de paquetes de ferralla a gancho de grúa). X X X X Golpes en los pies, (caída de armaduras desde las borrriquetas de montaje). X X X X Cortes en las manos, (montaje de armaduras; inmovilización de armaduras con alambre). X X X X 53 Caída de cargas en suspensión a gancho de grúa por: (eslingado incorrecto; piezas de cuelgue de diseño peligroso, mal ejecutadas; cuelgue directo a los estribos; choque de la armadura contra elementos sólidos). X X X Contacto con la energía eléctrica, (conexiones punteando la toma de tierra o los interruptores diferenciales; conexiones directas sin clavija; cables lacerados o rotos). X X X X Contacto continuado con el óxido de hierro, (dermatitis). X X X X Erosiones en miembros, (roce con las corrugas de los redondos). X X X X Sobre esfuerzos, (sustentación de cargas pesadas, manejo de la grifa, etc.). X X X X Fatiga muscular, (manejo de rodillos). X X X X Ruido, (compresores para pistolas de pintar). X X X X Pisadas sobre objetos punzantes, (redondos de acero, alambres). X X X X Golpes por las barras de ferralla: (durante la fase de doblado; caída de barras sobre los pies). X X X X MEDIDAS PREVENTIVAS 54 1.- Los redondos de ferralla permanecerán en la zona destinada a acopio de este material y que aparece especificada en planos. 2.- Los paquetes de redondos se almacenarán en posición horizontal sobre durmientes de madera sin superar una altura de acopio mayor de 1.50 m 3.-El transporte aéreo de paquetes se de armadura mediante grúa se ejecutará suspendiendo la carga de dos puntos separados mediante eslingas. 4.-La ferralla montada se almacenará en sitios destinados a tal efecto separado del lugar de montaje, señalados en planos. 5.-Los desperdicios o recortes de hierro y acero se recogerán acopiándose en el lugar determinado en los para su posterior carga y transporte al vertedero. 6.- Se efectuará barrido diario de los desperdicios de puntas, alambres, y recortes de ferralla en torno al banco de trabajo. 7.- La ferralla montada se transportará al punto de ubicación suspendida al gancho de la grúa mediante eslingas que la sujetarán de dos puntos distantes para evitar deformaciones y desplazamientos no deseados. 8.- Queda prohibido el transporte aéreo de armaduras de pilares en posición vertical. Se transportarán suspendidos de dos puntos mediante eslingas (o balancín) que la sujetarán de dos puntos distantes para evitar deformaciones y desplazamientos no deseados. 9.- Se prohibe trepar por las armaduras en cualquier caso. EQUIPOS DE PREVENCION. 1.- Casco de polietileno. 2.-Trajes para tiempo lluvioso. 3.- Guantes de cuero. 4.- Botas de seguridad 55 5.- Ropa de trabajo 6.- Trajes para tiempo lluvioso. 7.- Cinturón para herramientas Interpretación de las abreviaturas Probabilid ad Protección Consecuencias Estimación del riesgo B Baja M Media A Alta c Colectiva i Individual Ld Ligeramente dañino D Dañino Ed Extremadamente dañino T Riesgo trivial To Riesgo tolerable M Riesgo moderado I Riesgo importante In Riesgo intolerable ANÁLISIS Y EVALUACIÓN INICIAL DE RIESGOS Actividad: Andamios en general. Lugar de evaluación: Sobre planos Nombre del peligro identificado Probabili dad Prote cción Consecuen cias Estimación del riesgo B M A c I Ld D Ed T To M I In Caídas a distinto nivel X X X X 62 4.- Botas de goma 5.- Ropa de trabajo. 6.- Mandil, polainas y muñequeras. (en caso de soldadura) 7.- Gafas de seguridad antiproyecciones. 8.- Gafas de seguridad antipolvo. 9.- Gafas de seguridad anti-impactos. 10.- Protectores auditivos. 11.-Mascarilla filtrante y mascarilla antipolvo con filtro mecánico específico recambiable. 12.- Cinturón de seguridad. Interpretación de las abreviaturas Probabilid ad Protección Consecuencias Estimación del riesgo B Baja M Media A Alta c Colectiva i Individual Ld Ligeramente dañino D Dañino Ed Extremadamente dañino T Riesgo trivial To Riesgo tolerable M Riesgo moderado I Riesgo importante In Riesgo intolerable ANÁLISIS Y EVALUACIÓN INICIAL DE RIESGOS 63 Actividad: Soldadura por arco eléctrico, (soldadura eléctrica). Lugar de evaluación: Sobre planos Nombre del peligro identificado Probabili dad Prote cción Consecuen cias Estimación del riesgo B M A c i Ld D Ed T To M I In Caída desde altura, (estructura metálica; trabajos en el borde de forjados, balcones aleros; estructuras de obra civil; uso de guindolas artesanales; caminar sobre perfilería). X X X X X Caídas al mismo nivel, (tropezar con objetos o mangueras). X X X X Atrapamiento entre objetos, (piezas pesadas en fase de soldadura). X X X X Aplastamiento de manos por objetos pesados, (piezas pesadas en fase de recibido y soldadura). X X X X Sobre esfuerzos, ((permanecer en posturas obligadas; sustentar por objetos pesados). X X X X Radiaciones por arco voltaico, (ceguera). X X X X Inhalación de vapores metálicos, (soldadura en lugares cerrados sin extracción localizada). X X X X Quemaduras, (despiste; impericia; caída de gotas incandescentes sobre otros trabajadores). X X X X 64 Incendio, (soldar junto a materias inflamables). X X X X Proyección violenta de fragmentos, (picar cordones de soldadura; amolar). X X X X Contacto con la energía eléctrica, (circuito mal cerrado; tierra mal conectada; bornes sin protección; cables lacerados o rotos). X X X X X Heridas en los ojos por cuerpos extraños, (picado del cordón de soldadura; (esmerilado). X X X X Pisadas sobre objetos punzantes. X X X X MEDIDAS PREVENTIVAS 1.- El área de trabajo estará libre de obstáculos, productos deslizantes y restos de grasa. 2.- No se realizarán trabajos cuando a menos de 6 metros existan productos inflamables o combustibles. 3.- Las zonas donde existan peligros de “lluvia de chispas”, deberá señalizarse de forma bien visible y acotarse para evitar el paso de operarios bajo la misma. 4.- Se cuidará el recorrer los cables para evitar su deterioro. 5.- La masa metálica de cada aparato estará conectada a la puesta a tierra. 6.- Las bornas de conexión eléctrica estarán aisladas 7.- Los cables de alimentación eléctrica estarán aislados en toda su longitud. El aislamientos será suficiente para una tensión nominal > 1.000V. 8.- La superficie exterior de los portaelectrodos a mano y sus mandíbulas estarán siempre bien aislados 65 9.- No se emplearán con tensiones superiores a 50 V. Y la tensión en vacío entre el electrodo y la pieza a soldar no superará los 90V. En corriente alterna y 150 v. En caso de corriente continua. EQUIPOS DE PREVENCION. 1.- Casco de Polietileno. 2.- Ropa de trabajo. 3.- Guantes de solador 4.- Manguitos de soldador 5.- Guantes de cuero. 6.- Cinturón de seguridad. 7.- Botas de seguridad. 8.- Pantallas y gafas de soldador. Interpretación de las abreviaturas Probabilid ad Protección Consecuencias Estimación del riesgo B Baja M Media A Alta c Colectiva i Individual Ld Ligeramente dañino D Dañino Ed Extremadamente dañino T Riesgo trivial To Riesgo tolerable M Riesgo moderado I Riesgo importante In Riesgo intolerable 66 ANÁLISIS Y EVALUACIÓN INICIAL DE RIESGOS Actividad: Camión de transporte de materiales. Lugar de evaluación: Sobre planos Nombre del peligro identificado Probabili dad Prote cción Consecuen cias Estimación del riesgo B M A c i Ld D Ed T To M I In Riesgos de accidentes de circulación, (impericia; somnolencia; caos circulatorio). X X X Riesgos inherentes a los trabajos realizados en su proximidad. X X X Atropello de personas por: (maniobras en retroceso; ausencia de señalistas; errores de planificación; falta de señalización; ausencia de semáforos). X X X Choques al entrar y salir de la obra por: (maniobras en retroceso; falta de visibilidad; ausencia de señalista; ausencia de señalización; ausencia de semáforos). X X X Vuelco del camión por: (superar obstáculos; fuertes pendientes; medias laderas; desplazamiento de la carga). X X X Caídas desde la caja al suelo por: (caminar sobre la carga; subir y bajar por lugares imprevistos para ello). X X X 67 Proyección de partículas por: (viento; movimiento de la carga). X X X Atrapamiento entre objetos, (permanecer entre la carga en los desplazamientos del camión). X X X X Atrapamientos, (labores de mantenimiento). X X X Contacto con la corriente eléctrica, ( caja izada bajo líneas eléctricas). X X X MEDIDAS PREVENTIVAS 1.-El acceso y circulación interna de camiones se efectuará siguiendo los recorridos que aparecen en planos. 2.- Las operaciones de carga y descarga del material se realizarán en los lugares señalados en planos para tal efecto. 3.- Todos los camiones dedicados al transporte de materiales para esta obra estarán en perfectas condiciones de mantenimiento y conservación. 4.- Antes de las operaciones de descarga de material se colocará el freno de mano a la cabina y serán calzados las ruedas en prevención de deslizamientos del camión. 5.- Las maniobras de posicionamiento y salida serán dirigidas por un señalista. 6.- El ascenso y descenso de las cajas será efectuado a través de escalerillas metálicas dotadas de ganchos inmovilizados para tal menester. 7.- El colma máximo para materiales sueltos no superará la pendiente ideal del 5% y se cubrirá con una lona en previsión de desplomes. 8.- Las cargas se instalarán sobre la caja de forma uniforme compensando los pesos, de la manera más uniformemente repartida. 68 EQUIPOS DE PREVENCION. 1.- Casco de polietileno 2.- Cinturón de seguridad clase A o C 3.- Botas de seguridad. 4.- Ropa de trabajo. 5.- Manoplas de cuero. 6.- Guantes de cuero. Interpretación de las abreviaturas Probabilid ad Protección Consecuencias Estimación del riesgo B Baja M Media A Alta c Colectiva i Individual Ld Ligeramente dañino D Dañino Ed Extremadamente dañino T Riesgo trivial To Riesgo tolerable M Riesgo moderado I Riesgo importante In Riesgo intolerable 69 ANÁLISIS Y EVALUACIÓN INICIAL DE RIESGOS Actividad: Camión cuba hormigonera. Lugar de evaluación: Sobre planos Nombre del peligro identificado Probabili dad Prote cción Consecuen cias Estimación del riesgo B M A c i Ld D Ed T To M I In Atropello de personas por: (maniobras en retroceso; ausencia de señalista; falta de visibilidad; espacio angosto). X X X Colisión con otras máquinas de movimiento de tierras, camiones, etc., por: (ausencia de señalista; falta de visibilidad; señalización insuficiente o ausencia de señalización). X X X Vuelco del camión hormigonera por: (terrenos irregulares; embarrados; pasos próximos a zanjas o a vaciados). X X X Caída en el interior de una zanja, (cortes de taludes, media ladera). X X X Caída de personas desde el camión, (subir o bajar por lugares imprevistos). X X X Golpes por el manejo de las canaletas, (empujones a los trabajadores guía y puedan caer). X X X 70 Caída de objetos sobre el conductor durante las operaciones de vertido o limpieza, (riesgo por trabajos en proximidad). X X X Golpes por el cubilote del hormigón durante las maniobras de servicio. X X X Atrapamientos durante el despliegue, montaje y desmontaje de las canaletas. X X X Riesgo de accidente por estacionamiento en arcenes. X X X X MEDIDAS PREVENTIVAS 1.-El acceso y circulación interna de camiones se efectuará siguiendo los recorridos que aparecen en planos. 2.- Las rampas de acceso a los viarios no superarán la pendiente del 20% en prevención de atoramientos o vuelco de los camiones. 3.- La limpieza de cuba y canaletas se efectuará en los lugares plasmados en planos para ello. 4.- La puesta en estación y los movimientos del camión hormigonera durante las tareas de vertido serán dirigidas por un señalista en prevención de los riesgos por maniobras incorrectas. 5.- Las operaciones de vertido a lo largo de cortes en el terreno se efectuarán sin que las ruedas sobrepasen la línea blanca del terreno. EQUIPOS DE PREVENCION. 1.- Casco de polietileno. 2.- Gafas de seguridad antipolvo. 3.- Ropa de trabajo. 71 4.- Guantes de goma o PVC 5.- Guantes impermeabilizados. 6.- Botas de seguridad de goma o de PVC 7.- Trajes impermeables. 8.- Mascarilla con filtro metálico recambiable. Interpretación de las abreviaturas Probabilid ad Protección Consecuencias Estimación del riesgo B Baja M Media A Alta c Colectiva i Individual Ld Ligeramente dañino D Dañino Ed Extremadamente dañino T Riesgo trivial To Riesgo tolerable M Riesgo moderado I Riesgo importante In Riesgo intolerable 78  Una bolsa para agua o hielo.  Una bolsa conteniendo guantes esterilizados.  Un termómetro clínico.  Una caja de apósitos autoadhesivos.  Una caja de analgésicos.  Un tubo de pomada para quemaduras 8.2 Medicina preventiva Con el fin de lograr evitar en lo posible las enfermedades profesionales en esta obra, así como los accidentes derivados de trastornos físicos, psíquicos, alcoholismo y resto de las toxicomanías peligrosas, en cumplimiento de la legislación laboral vigente, se realizarán los reconocimientos médicos previos a la contratación de los trabajadores de la obra, y los preceptivos de ser realizados al año de su contratación. 8.3 Evacuación de accidentados La evacuación de accidentados se realizará siempre por personal sanitario especializado, bajo ningún concepto el accidentado será movilizado por personal inexperto con el fin de evitar posibles lesiones o agravar las ya producidas. En la zona de vestuarios existirá cartel donde quede recogido el Centro de Salud más próximo, así como el teléfono y dirección del mismo. 79 9. OBLIGACIONES DEL PROMOTOR Antes del inicio de los trabajos, el promotor designará un Coordinador en materia de Seguridad y Salud, cuando en la ejecución de las obras intervengan más de una empresa, o una empresa y trabajadores autónomos o diversos trabajadores autónomos. La designación del Coordinador en materia de Seguridad y Salud no eximirá al promotor de las responsabilidades. El promotor deberá efectuar un aviso a la autoridad laboral competente antes del comienzo de las obras, que se redactará con arreglo a lo dispuesto en el Anexo III del Real Decreto 1627/1.997 debiendo exponerse en la obra de forma visible y actualizándose si fuera necesario. 80 10. COORDINADOR EN MATERIA DE SEGURIDAD Y SALUD La designación del Coordinador en la elaboración del proyecto y en la ejecución de la obra podrá recaer en la misma persona. El Coordinador en materia de seguridad y salud durante la ejecución de la obra, deberá desarrollar las siguientes funciones: Coordinar la aplicación de los principios generales de prevención y seguridad. Coordinar las actividades de la obra para garantizar que las empresas y personal actuante apliquen de manera coherente y responsable los principios de acción preventiva que se recogen en el Artículo 15 de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales durante la ejecución de la obra, y en particular, en las actividades a que se refiere el Artículo 10 del Real Decreto 1627/1.997. Aprobar el Plan de Seguridad y Salud elaborado por el contratista y, en su caso, las modificaciones introducidas en el mismo. Organizar la coordinación de actividades empresariales previstas en el Artículo 24 de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales. Coordinar las acciones y funciones de control de la aplicación correcta de los métodos de trabajo. Adoptar las medidas necesarias para que solo las personas autorizadas puedan acceder a la obra. La Dirección Facultativa asumirá estas funciones cuando no fuera necesario la designación del Coordinador. 81 11. PLAN DE SEGURIDAD Y SALUD EN EL TRABAJO En aplicación de este Estudio de Seguridad y Salud, el contratista, antes del inicio de la obra, elaborará un Plan de Seguridad y Salud en el que se analicen, estudien, desarrollen y complementen las previsiones contenidas en este Estudio en función de su propio sistema de ejecución de obra. En dicho Plan se incluirán, en su caso, las propuestas de medidas alternativas de prevención que el contratista proponga con la correspondiente justificación técnica, y que no podrán implicar disminución de los niveles de protección previstos en este Estudio. El Plan de Seguridad y Salud deberá ser aprobado, antes del inicio de la obra, por el Coordinador en materia de Seguridad y Salud durante la ejecución de la obra. Este podrá ser modificado por el contratista en función del proceso de ejecución de la misma, de la evolución de los trabajos y de las posibles incidencias o modificaciones que puedan surgir a lo largo de la obra, pero que siempre con la aprobación expresa del Coordinador. Cuando no fuera necesaria la designación del Coordinador, las funciones que se le atribuyen serán asumidas por la Dirección Facultativa. Quienes intervengan en la ejecución de la obra, así como las personas u órganos con responsabilidades en materia de prevención en las empresas intervinientes en la misma y los representantes de los trabajadores, podrán presentar por escrito y de manera razonada, las sugerencias y alternativas que estimen oportunas. El Plan estará en la obra a disposición de la Dirección Facultativa. 82 12. OBLIGACIONES DE CONTRATISTAS Y SUBCONTRATISTAS El contratista y subcontratistas estarán obligados a: Aplicar los principios de acción preventiva que se recogen en el Artículo 15 de la Ley de Prevención de Riesgos laborales y en particular: El mantenimiento de la obra en buen estado de limpieza. La elección del emplazamiento de los puestos y áreas de trabajo, teniendo en cuenta sus condiciones de acceso y la determinación de las vías o zonas de desplazamiento o circulación. La manipulación de distintos materiales y la utilización de medios auxiliares. El mantenimiento, el control previo a la puesta en servicio y control periódico de las instalaciones y dispositivos necesarios para la ejecución de las obras, con objeto de corregir los defectos que pudieran afectar a la seguridad y salud de los trabajadores. La delimitación y acondicionamiento de las zonas de almacenamiento y depósito de materiales, en particular si se trata de materias peligrosas. El almacenamiento y evacuación de residuos y escombros. La recogida de materiales peligrosos utilizados. La adaptación del período de tiempo efectivo que habrá de dedicarse a los distintos trabajos o fases de trabajo. La cooperación entre todos los intervinientes en la obra. Las interacciones o incompatibilidades con cualquier otro trabajo o actividad. Cumplir y hacer cumplir a su personal lo establecido en el Plan de Seguridad y Salud. Cumplir la normativa en materia de prevención de riesgos laborales, teniendo en cuenta las obligaciones sobre coordinación de las actividades empresariales previstas en el Artículo 24 de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales, así como cumplir las disposiciones mínimas establecidas en el Anexo IV del Real Decreto 1627/1.997. Informar y proporcionar las instrucciones adecuadas a los trabajadores autónomos sobre todas las medidas que hayan de adoptarse en lo que se refiera a seguridad y salud. 83 Atender las indicaciones y cumplir las instrucciones del Coordinador en materia de seguridad y salud durante la ejecución de la obra. Serán responsables de la ejecución correcta de las medidas preventivas fijadas en el Plan y en lo relativo a las obligaciones que le correspondan directamente o, en su caso, a los trabajos autónomos por ellos contratados. Además responderán solidariamente de las consecuencias que se deriven del incumplimiento de las medidas previstas en el Plan. Las responsabilidades del Coordinador, Dirección Facultativa y el Promotor no eximirán de sus responsabilidades a los contratistas y a los subcontratistas. 84 13. OBLIGACIONES DE LOS TRABAJADORES AUTÓNOMOS Los trabajadores autónomos están obligados a:  Aplicar los principios de la acción preventiva que se recoge en el Artículo 15 de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales, y en particular:  El mantenimiento de la obra en buen estado de orden y limpieza.  El almacenamiento y evacuación de residuos y escombros.  La recogida de materiales peligrosos utilizados.  La adaptación del período de tiempo efectivo que habrá de dedicarse a los distintos trabajos o fases de trabajo.  La cooperación entre todos los intervinientes en la obra.  Las interacciones o incompatibilidades con cualquier otro trabajo o actividad.  Cumplir las disposiciones mínimas establecidas en el Anexo IV del Real Decreto 1627/1.997.  Ajustar su actuación conforme a los deberes sobre coordinación de las actividades empresariales previstas en el Artículo 24 de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales, participando en particular en cualquier medida de su actuación coordinada que se hubiera establecido.  Cumplir con las obligaciones establecidas para los trabajadores en el Artículo 29, apartados 1 y 2 de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales.  Utilizar equipos de trabajo que se ajusten a lo dispuesto en el Real Decreto 1215/ 1.997.  Elegir y utilizar equipos de protección individual en los términos previstos en el Real Decreto 773/1.997.  Atender las indicaciones y cumplir las instrucciones del Coordinador en materia de seguridad y salud.  Los trabajadores autónomos deberán cumplir lo establecido en el Plan de Seguridad y Salud. 85 14. LIBRO DE INCIDENCIAS En cada centro de trabajo existirá, con fines de control y seguimiento del Plan de Seguridad y Salud, un Libro de Incidencias que constará de hojas por duplicado y que será facilitado por el Colegio profesional al que pertenezca el técnico que haya aprobado el Plan de Seguridad y Salud. Deberá mantenerse siempre en obra y en poder del Coordinador. Tendrán acceso al Libro, la Dirección Facultativa, los contratistas y subcontratistas, los trabajadores autónomos, las personas con responsabilidades en materia de prevención de las empresas intervinientes, los representantes de los trabajadores, y los técnicos especializados de las Administraciones públicas competentes en esta materia, quienes podrán hacer anotaciones en el mismo. Efectuada una anotación en el Libro de Incidencias, el Coordinador estará obligado a remitir en el plazo de veinticuatro horas una copia a la Inspección de Trabajo y Seguridad Social de la provincia en que se realiza la obra. Igualmente notificará dichas anotaciones al contratista y a los representantes de los trabajadores. 15. PARALIZACIÓN DE LOS TRABAJOS Cuando el Coordinador y durante la ejecución de las obras, observase incumplimiento de las medidas de seguridad y salud, advertirá al contratista y dejará constancia de tal incumplimiento en el Libro de Incidencias, quedando facultado para, en circunstancias de riesgo grave e inminente para la seguridad y salud de los trabajadores, disponer la paralización de tajos o, en su caso, de la totalidad de la obra. Dará cuenta de este hecho a los efectos oportunos, a la Inspección de Trabajo y Seguridad Social de la provincia en que se realiza la obra. Igualmente notificará al contratista, y en su caso a los subcontratistas y/o autónomos afectados de la paralización y a los representantes de los trabajadores. 16. DERECHOS DE LOS TRABAJADORES Los contratistas y subcontratistas deberán garantizar que los trabajadores reciban una información adecuada y comprensible de todas las medidas que hayan de adoptarse en lo que se refiere a su seguridad y salud en la obra. 86 Una copia del Plan de Seguridad y Salud y de sus posibles modificaciones, a los efectos de su conocimiento y seguimiento, será facilitada por el contratista a los representantes de los trabajadores en el centro de trabajo. 17. DISPOSICIONES MÍNIMAS DE SEGURIDAD Y SALUD QUE DEBEN APLICARSE EN LAS OBRAS Las obligaciones previstas en las tres partes del Anexo IV del Real Decreto 1627/1.997, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de construcción, se aplicarán siempre que lo exijan las características de la obra o de la actividad, las circunstancias o cualquier riesgo. Sevilla, Septiembre de 2016 Fdo. Daniel Enrique Martínez Coza 87