lunes, 4 de agosto de 2008

Túneles aerodinámicos de Gustave Eiffel

Alexandre Gustave Eiffel nació el 15 de diciembre de 1832 en Dijon. Fue un ingeniero francés, especialista en estructuras metálicas, constructor de la famosa torre parisina que lleva su nombre. El apellido Eiffel fue adoptado por uno de sus antepasados a principios del siglo XVIII, tomado de su lugar de nacimiento: Marmagen, en la región de Eiffel, ya que en francés no se podía pronunciar su verdadero nombre: Alessandre Gustaf Bönickhausen.

La información de sus túneles de viento se ha tomado de ASME.

Alexandre Gustave Eiffel.

A comienzos del siglo XX Eiffel se interesó por otros temas, entre los que destaca el estudio de la aerodinámica. Para investigar cual era el comportamiento de diferentes formas y perfiles dentro de una corriente de aire construyó una máquina en el segundo piso de la torre Eiffel. Se trataba de dejar caer, de forma guiada, el objeto a ensayar y registrar la fuerza que oponía al avance en la corriente de aire inducida por su caida. El registro de la fuerza y el tiempo se tomaba de forma simultanea en el cilindro que sujetaba el objeto a ensayar y en otro similar que no llevaba ningún objeto. Este segundo cilindro servía de referencia para las medidas del primero.

Máquina instalada en la torre Eiffel. A la izquierda se puede ver sola y a la derecha junto con su creador. El conjunto de los dos cilindros se dejan caer guiados por el cable de acero para probar las diferentes superficies y perfiles aerodinámicos. En este caso se trata de una placa circular, colocada perpendicularmente al sentido de la marcha. El perfil a ensayar se ha de colocar solamente en el extremo de uno de los cilindros.

El primer ensayo se realizó el 30 de julio de 1903 a las 6:30 de la tarde (Poco antes del primer vuelo de los hermanos Wright) y se siguieron realizando pruebas hasta el año 1906.

Base de la torre Eiffel. En el suelo se sujeta el cable de acero que sirve de guía al mecanismo de ensayo aerodinámico. Este mecanismo está bajando a unos 8 metros de altura sobre el nivel del suelo. En el extremo del cilindro de la izquierda se encuentra situada la placa circular de la fotografía anterior.

En 1909 G. Eiffel instaló su primer túnel de viento en el Campo de Marte, cerca de la torre Eiffel. Este túnel tenía 1,5 metros de diámetro y era del tipo de chorro abierto; es decir, el retorno del flujo de aire, para formar un circuito cerrado, no se hacía por tuberías, sinó que se llevaba a un espacio abierto para dirigirlo mediante una tobera adecuada a la sección de pruebas a una velocidad algo mayor de 20 metros por segundo (72 Km/h).

Edificio que albergaba el túnel de viento del Campo de Marte.

Utilizando estas instalaciones Eiffel diseñó una serie de perfiles de ala normalizados para utilizarlos en la construcción de aeroplanos. Al mismo tiempo también analizó algunos perfiles utilizados por algunos fabricantes de aviones. Es el caso del perfil de ala Nº 10, análogo al perfil de ala utilizado por los hermanos Wright, del que investigó todas sus características aerodinámicas. Una de las contribuciones más interesantes de Eiffel fue la elaboración de diagramas polares que permiten ver las características aerodinámicas de un perfil en un simple gráfico.

Planos del túnel de viento del Campo de Marte.

Eiffel realizó unas 4.000 pruebas con este túnel de viento hasta que construyó uno mayor, de segunda generación, en 1912, para conseguir velocidades de aire más altas. Este segundo túnel se construyó en Auteuil, con una sección de pruebas de 2 metros de diámetro y una velocidad del viento de 32 metros por segundo (115 Km/h). La característica más importante de este túnel, más tarde utilizada en muchos otros, era que la sección de prueba estaba situada en el lado de succión del ventilador, disponiendo una sección convergente a la entrada y un difusor a la salida, que comunica con el espacio abierto del interior del edificio del túnel.

Pruebas realizadas por Eiffel en el túnel de viento del Campo de Marte, ayudado por el Sr. Rith.

Este diseño consigue una considerable reducción de la potencia necesaria para mover el ventilador; en el caso de este túnel la reducción de potencia, de un diseño a otro, va de 400 HP a 50 HP. Este diseño lo patentó Eiffel en 1912. En el mismo edificio se construyó un túnel más pequeño que utilizaba el mismo mecanismo de motor eléctrico y transmisión de correa, por lo que en él el aire podía llegar a una velocidad de 40 metros por segundo (144 Km/h). Este pequeño túnel se desmontó en 1933.

Plano del Laboratorio Eiffel de Auteuil.

Además de la investigación sobre superficies sustentadoras, propulsores, etc., Eiffel realizó las primeras pruebas de túnel aerodinámico de configuraciones de avión completas, es decir alas, fuselaje, cola, y el equipo de aterrizaje, en modelos a escala. Por ejemplo, un modelo a escala del célebre caza Nieuport, el primer caza usado en combate por los pilotos de las Fuerzas americanas Expedicionarias (AEF) en la Primera Guerra Mundial, fue analizado para calcular la potencia del motor necesaria, su estabilidad, manejabilidad y distribución de presiones.

En Google Galería 3D podemos descargar un dibujo realizado con el programa de distribución gratuita SketchUp.

Vista del interior del Laboratorio Eiffel. Se puede ver la transmisión, el motor eléctrico y el ventilador.

Eiffel aplicaba un “coeficiente de escala“ para calcular las características de vuelo de los aviones a tamaño real. En su libro “Nouvelles recherches sur la resistance de l'air et l'aviation“ Eiffel reprodujo los dibujos del modelo de avión monoplano con flotadores ensayado el 14 de enero de 1913.

Ensayo de un modelo a escala 1/10 del avión monoplano Nieuport en el túnel de viento del Campo de Marte.

Sin duda, las pruebas sistemáticas de varios diseños de aviones militares franceses condujeron al funcionamiento excepcional de los mismos durante la Primera Guerra Mundial. El túnel aerodinámico Eiffel siguió usándose desde su construcción y, por ejemplo, en 1926 el modelo del Rogozarski IK-3, un monoplano de ala baja con tren de aterrizaje totalmente retráctil, fue probado en el túnel aerodinámico Eiffel en París antes de que el diseño fuera presentado al Ministro del Aire yugoslavo.

Modelo a escala 1/5 del avión monoplano Nieuport dotado de flotadores. El ensayo se realizó en el túnel de viento de Auteuil el 14 de enero de 1913.

En estas instalaciones se han ensayado modelos de edificios, coches y aeroplanos. La contribución de Gustave Eiffel al desarrollo de la aerodinámica fue reconocida por muchas instituciones y, en particular, con la medalla de oro Langley del Smithsonian Institución en 1913. Esta medalla la recibieron por primera vez Wilbur y Orville Wright en 1910.

El túnel de Eiffel se ha seguido utilizando con algunas modificaciones. En 1960 se sustituyeron las balanzas que miden las fuerzas a las que se encuentran sometidos los modelos en el flujo de aire y el mecanismo de transmisión de las hélices de los ventiladores. El año 2002 se procedió a cambiar el motor eléctrico que acciona el ventilador.

Página web oficial del túnel de viento Eiffel.

1 comentario:

Enternauta dijo...

Muy buena la información!! Gracias.