Túneles de viento climáticos

Comprender los flujos de calor en el conjunto del vehículo

En un vehículo deben resolverse varias tareas térmicas al mismo tiempo. El sistema de propulsión, el sistema de refrigeración y el habitáculo plantean diferentes exigencias en cuanto a disipación de calor y climatización. En los vehículos electrificados se añaden, entre otros factores, las condiciones térmicas de funcionamiento de la batería.

Estas interacciones pueden investigarse en el vehículo completo dentro de un túnel de viento climático. La carga del vehículo y el flujo de aire pueden combinarse con condiciones climáticas definidas. La simulación solar añade la carga térmica exterior.

De este modo, el entorno de ensayo facilita la evaluación de conceptos de refrigeración y estrategias de control. Para ello, resulta esencial considerar conjuntamente el estado del vehículo, las condiciones ambientales y las temperaturas medidas.

Posibles áreas de investigación:

• Refrigeración del vehículo bajo diferentes condiciones de funcionamiento
• Comportamiento térmico de la batería y del sistema de propulsión
• Influencia del flujo de aire en la demanda de refrigeración
• Interacción entre la climatización del habitáculo y la gestión térmica
• Comparación de estrategias de control y versiones de desarrollo

Lo que influye desde el exterior se percibe en el interior

La irradiación solar influye en las condiciones térmicas del habitáculo. Por ello, para evaluar el confort climático son relevantes tanto las temperaturas del aire como las temperaturas y las propiedades radiativas de las superficies circundantes.

Una carga solar definida permite investigar los procesos de calentamiento y enfriamiento bajo condiciones repetibles. De este modo, pueden compararse de forma más específica diferentes acristalamientos, configuraciones del interior o estrategias de climatización.

El túnel de viento climático ofrece un entorno en el que pueden estudiarse conjuntamente la climatización y el funcionamiento del vehículo. Las magnitudes que se registran dependen de la tarea concreta de desarrollo.

Preguntas habituales:

• ¿Cómo evoluciona la temperatura del habitáculo durante una fase de calentamiento?
• ¿Con qué rapidez alcanza el aire acondicionado las condiciones objetivo especificadas?
• ¿Qué diferencias aparecen entre las distintas zonas del vehículo?
• ¿Cómo modifica una estrategia alternativa de climatización la evolución de la temperatura?
• ¿Qué efecto tienen las diferentes variantes de acristalamiento y equipamiento?

La radiación adecuada para cada tarea de ensayo

Un sistema de simulación solar debe adaptarse a la tarea de medición y a la geometría de la instalación de ensayo. Esto incluye la irradiancia requerida, el área de referencia útil, la distribución espacial de la radiación y los requisitos espectrales.

La posición del plano de referencia es igualmente importante. Un valor de irradiación solo puede interpretarse de forma inequívoca cuando se conoce dónde y bajo qué condiciones se ha medido. Por ello, la altura del vehículo, la distancia a las luminarias y su posicionamiento deben tenerse en cuenta durante el diseño.

Según el concepto de la instalación, también pueden incorporarse ángulos de irradiación variables, simulaciones del recorrido solar diario o sistemas de sombreado. BF Engineering ofrece soluciones para la simulación del recorrido solar diario, de nubes y de túneles. Su implementación en el túnel de viento climático se coordina específicamente para cada proyecto.

Parámetros importantes de diseño:

• Irradiancia en el plano de referencia definido
• Tamaño y posición del área útil de irradiación
• Uniformidad dentro del área de referencia acordada
• Requisitos espectrales de la tarea de ensayo
• Ángulo de irradiación y distancia al objeto de ensayo
• Evolución de la irradiación a lo largo del tiempo

Simulación solar bajo condiciones exigentes de flujo de aire

En el túnel de viento climático, la estructura de soporte, las luminarias y los conjuntos móviles están expuestos a cargas aerodinámicas. El diseño mecánico debe tener en cuenta estas condiciones y, al mismo tiempo, permitir un posicionamiento estable del equipo de irradiación.

A ello se añaden el espacio de instalación limitado, la accesibilidad para el mantenimiento y la distancia necesaria respecto al vehículo. Según el túnel de viento, puede ser necesario situar partes de la instalación fuera del flujo de aire directo.

BF Engineering adapta la construcción mecánica a estas condiciones de contorno. Por ejemplo, los bastidores de luminarias con desplazamiento vertical permiten mover la instalación entre las posiciones de ensayo y de mantenimiento. Una solución de este tipo se describe en la referencia publicada para el centro de desarrollo de Sindelfingen.

Aspectos centrales del diseño mecánico:

• Estructura de soporte y fijaciones para las cargas aerodinámicas previstas
• Posicionamiento estable de las luminarias y los conjuntos móviles
• Adaptación al contorno del vehículo y al espacio disponible
• Tendido protegido del cableado
• Accesibilidad para el mantenimiento y la sustitución de componentes
• Consideración de la posición de montaje dentro o fuera del flujo de aire

Convertir una instalación adicional en parte del banco de ensayo

La integración comienza con una definición conjunta de la tarea de ensayo. ¿Qué vehículos se van a investigar? ¿Qué área de irradiación se necesita? ¿Qué posiciones son posibles para las luminarias? ¿Y qué procedimientos operativos deben mantenerse?

A partir de estos requisitos se coordinan la óptica, la mecánica y el diseño eléctrico. Para el funcionamiento también deben definirse el manejo, las señales de habilitación, las funciones de seguridad y las interfaces con la instalación de ensayo general.

El proyecto del FKFS en Filderstadt demuestra que también puede ampliarse una instalación existente: allí se integró posteriormente la simulación solar en el plénum del túnel de viento climático.

Aspectos relevantes para la planificación del proyecto:

• Tarea de ensayo y estados de funcionamiento deseados
• Dimensiones del vehículo y área de referencia
• Posiciones de instalación disponibles y zonas de mantenimiento
• Alimentación eléctrica y cargas térmicas adicionales
• Concepto de manejo e interfaces
• Funciones de seguridad y señales de habilitación
• Criterios de medición y aceptación

¿Qué diferencia hay entre un túnel de viento climático y una cámara climática?
Un túnel de viento climático combina condiciones climáticas con un flujo de aire generado de forma específica alrededor del vehículo. Según el equipamiento, también puede incorporar un banco de rodillos. Esto permite investigar estados de conducción y su comportamiento térmico bajo condiciones controladas.

¿Por qué no basta con ajustar únicamente la temperatura del aire?
La irradiación solar aporta una carga de radiación adicional al vehículo. La simulación solar permite ajustar esta influencia y complementa así el ensayo climático.

¿Puede incorporarse posteriormente un sistema de simulación solar?
En principio, es posible, pero debe evaluarse para cada túnel de viento concreto. Un ejemplo realizado es la integración en el túnel de viento climático del FKFS en Filderstadt.

¿Qué irradiancia se necesita?
Depende de la tarea de ensayo, del área de referencia y de los requisitos aplicables. Por ello, las especificaciones de una instalación concreta no pueden trasladarse de forma general a cualquier túnel de viento.

¿Sustituye el túnel de viento climático a los ensayos en carretera?
Permite realizar investigaciones controladas y repetibles. Los ensayos complementarios en carretera siguen siendo importantes para evaluar el vehículo bajo condiciones reales de uso.

Sus condiciones de ensayo. Nuestra simulación solar.
¿Está planificando un nuevo túnel de viento climático o desea ampliar una instalación de ensayo existente con simulación solar?

BF Engineering le ayuda a diseñar e integrar la solución de irradiación adecuada, adaptada al vehículo, a la tarea de ensayo, a las condiciones del flujo de aire y al espacio disponible.