Túnel de viento para el estudio de la erosión eólica.

Túnel de viento para el estudio de la erosión eólica, caracterizado por ser ligero y plegable,

donde un ventilador genera una corriente de aire, que entra en una estructura "tubular" desplegable. La estructura es telescópica. Se divide en 3 módulos y se han colocado unas bisagras, que permiten transformarlo en un cubo completamente plegado de reducidas dimensiones. Para completar el conjunto telescópico, se ha diseñado un sistema que permite a las paredes adaptarse a ésta estructura, utilizando patines que deslizan sobre un raíl.

La recogida y análisis de las muestras, se realiza con 2 sensores:

1. Un láser-scan, que permite la generación de mapas tridimensionales del suelo, antes y después de ser erosionado.

2. Una cámara de visión industrial, que capta imágenes de las partículas fijadas en una serie de placas con adhesivos, colocadas al final del dispositivo.

TÚNEL DE VIENTO PARA EL ESTUDIO DE LA EROSiÓN EÓLICA

CAMPO DE LA INVENCiÓN La presente invención se enmarca de manera general en los sectores de la Agricultura, Forestal y Medio Ambiente; de manera más específica, en el ámbito de la Ciencia del Suelo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Históricamente, para realizar los ensayos de erosión eólica, se generaba una corriente de aire con un ventilador y, posteriormente, el muestreo se hacía de forma manual, para análisis en el laboratorio. En estos experimentos no existía ningún control sobre las variables que afectan al movimiento de las partículas.

La medición de las tasas de erosión eólica ha sido siempre uno de los objetivos fundamentales de los estudios sobre la acción del viento. Los sistemas seguidos han sufrido profundos cambios a lo largo del tiempo que, en general, han venido impuestos por los progresos de la técnica y por el cada vez mayor conocimiento que se tiene sobre este fenómeno erosivo. Así, por ejemplo, Cornish en 1900 estudia y cuantifica la arena transportada, midiendo el volumen de la misma que pasa en un año sobre 1 cm2 de quot;desiertoquot;. Son estimaciones visuales que no cuantifican, ni con mediana aproximación, el movimiento de las arenas; pero al menos constituyen uno de los primeros intentos serios que se hicieron. Este método, aunque con modificaciones, se siguió utilizando durante varias décadas y a partir de él se formularon expresiones matemáticas para medir la acción erosiva del viento.

Con posterioridad, los estudios se enfocaron hacia otro tipo de experimentación. Al intervenir el vector viento, se centró la atención en la quot;Dinámica de Fluidosquot; y basándose en sus leyes, se abordaron las experimentaciones con el uso de modelos reducidos; con estos modelos se reproducía el fenómeno mediante el

movimiento del aire, a semejanza del originado en la naturaleza por vía natural.

Este tipo de trabajos ha tenido y sigue teniendo un gran predicamento entre los investigadores y ha conducido a un progresivo desarrollo de los túneles de viento.

En la actualidad un nuevo método de trabajo se ha incorporado a la experimentación y cuantificación; el empleo de las fotografías aéreas y de las imágenes tomadas por satélite. Las fotos aéreas, en principio, se han utilizado para estudios de reconocimiento y prospección de áreas extensas, principalmente en regiones desérticas y subdesérticas. Esto ha permitido la delimitación de sectores en los cuales, presumiblemente, la acción del viento incide con intensidad sobre el suelo.

No debe olvidarse que, a pesar de estas nuevas técnicas de análisis y experimentación, es en los trabajos de campo, donde puede constatarse la realidad de la erosión eólica. La quot;erosividad climáticaquot;, local o regional, empieza a conocerse sobre el propio terreno; la comprobación de la quot;erosionabilidad de los suelosquot; nace del conocimiento de los materiales que los integran y de la interacción de ambos parámetros se nos mostrará un paisaje, en el cual se señalarán las huellas de la erosión eólica acaecida sobre él.

Actualmente existen varios tipos de simuladores de viento, que actúan directamente sobre una superficie de suelo. En este sentido, el primer dispositivo que se creó para cuantificar la erosión eólica fue un simulador de viento que empleaba una corriente artificial de viento, actuando directamente sobre una superficie del suelo. Los ensayos realizados en el campo con este método, definido de acción directa, no dieron resultados totalmente positivos debido, básicamente, a las dificultades que presentaba para la recogida de muestras, ya que este proceso se realizaba con cinco trampillas de aluminio situadas frente al ventilador y separadas entre sí 1 metro. El tamaño de estas trampillas oscilaba entre 80 y 11 Ocm de longitud, 15 a 30cm de base y 8 a 20cm de altura.

Por otro lado, otro gran inconveniente de esta simulación radica en que al hacer incidir la corriente de aire generada por el ventilador directamente sobre la superficie a estudiar, el régimen que se genera es fundamentalmente laminar, mientras que en una corriente de aire natural existe una combinación de éste con el régimen turbulento. Por ello, las simulaciones así realizadas no se asemejan con suficiente grado de aproximación a las condiciones reales.

Otro tipo de simuladores, son los que inciden con una corriente eólica en el interior de un túnel. Una vez comprobado que los resultados obtenidos con el método antes descrito no eran del todo válidos, Quirantes (1989) , procedió a realizar una modificación del simulador existente. El cambio más significativo consistió en que la corriente de viento generada por el ventilador ya no actuara directamente sobre la superficie de suelo, sino que lo hiciese a través de un túnel. Además, en este caso, se podría regular la velocidad de funcionamiento del ventilador por medio del pertinente regulador. El sistema de producción y encauzamiento del viento constaba de tres partes básicas: un generador, un ventilador y un regulador. El generador es un grupo electrógeno de 220V, 50Hz y 1.7KVa, siendo su funcionamiento con gasolina. El ventilador alcanza velocidades del orden de 1400r.p.m. y su potencia consumida es de 700W, lo que permite alcanzar caudales de 1 0300m3• h-1, pero presenta el inconveniente de que tiene un gran peso y volumen, lo que dificulta su traslado y manipulación. Para los trabajos en campo se adaptó el ventilador y acondicionó al resto del sistema. Así, se le acopló a la salida del viento una tela semi-rígida de 50cm de anchura y 30cm de altura que sirviese de conexión entre el ventilador y el túnel de viento. Al ventilador se le acopló un soporte con dos patas triangulares construidas con tubo rectangular de 20x50mm. Estas patas están separadas de forma que se puede obtener la inclinación necesaria para adaptar el

conjunto a las anomalías del terreno.

El regulador de velocidad utilizado dio problemas de funcionamiento, siendo necesario sustituirlo por otro cuya potencia fuese superior a 1kW y con una sensibilidad mayor, especialmente para poder trabajar con velocidades bajas. Al final se optó por utilizar un regulador de frecuencia con potenciómetro deslizante, que permitía el empleo de 10 posiciones de control. Otra innovación posterior que se introdujo fue la de sustituir el grupo electrógeno y el ventilador eléctrico por un solo conjunto, que fue un ventilador que funcionase con gasoil. Esta novedad presentaba la ventaja de que el transporte era más cómodo, ya que sólo había que trasladar un elemento, pero presentaba el gran inconveniente de generar excesivas vibraciones al túnel. El cuerpo del túnel de viento estaba constituido por tres materiales fundamentales: tela de goma, fibra de vidrio y perfiles de aluminio. Constaba de tres arcos construidos con pletina de aluminio de 40x6mm, y formado por dos piezas unidas por ángulos y cogidas con remaches. Sobre ellas se ensambló la tela de goma mediante una pletina de aluminio de 1x1 Omm, uniéndose el arco mediante remaches. Esta tela de goma es la que unía el túnel con el ventilador. El túnel lo formaban tres arcos montados sobre perfiles de aluminio, en forma de T (3x3cm) ; de esta manera se construyó un conjunto sólido, situado sobre una chapa de 1 mm de espesor que le servía de base y a la vez permitía la acción del viento solamente sobre el sector del suelo a considerar. El material de las paredes del túnel era de fibra de vidrio, unida a los arcos y al perfil en forma de T, fijado con tornillos pasantes de palometa (2.5 x O.4cm) . Todos los agujeros efectuados en la placa de vidrio se reforzaban con ojales metálicos para evitar posibles desgarres y agrietamientos. Este detallado túnel de viento portátil se debe al equipo del Dr. Quirantes (1989) investigador del CSIC, especializado en erosión eólica y referente mundial en estas investigaciones. Como se puede apreciar por la descripción del túnel, presenta grandes ventajas respecto a los métodos descritos anteriormente. No obstante, presenta algunos inconvenientes:

-Los dos cuerpos son independientes, lo que supone un importante

inconveniente a la hora de su traslado. Como solución y novedad que pretendemos incorporar en nuestro diseño, proponemos la creación de un túnel telescópico, de modo que también esté constituido por diferentes módulos, pero que a la hora de su transporte haya solamente un cuerpo.

-También se ha comentado que una parte de la base del túnel estaba constituida por una chapa de 1 mm de espesor lo que permitía que el viento solo actuase en la parte crítica. Esta idea (siendo a priori correcta) , nos plantea otra posibilidad, con mayores ventajas que la utilización de...

1. Túnel de viento para el estudio de la Erosión Eólica, definido por las siguientes características técnicas: un ventilador que genera un flujo continuo de aire, con su regulador de frecuencia y su grupo electrógeno; una lona de conexión dispuesta entre el ventilador y el primer módulo del túnel, con una estructura intermedia l/en panal de abejaquot;; una estructura tubular desplegable formada por tres módulos telescópicos (Figuras 1 y 2) unidos mediante bisagras (Figuras 3 y 4) colocadas sobre unos raíles con perfil en U (Figura 5) ; situado en el segundo módulo, un sensor Láser-Scan, soportado por un primer dispositivo auxiliar que permite su introducción y extracción en el túnel; en la base edáfica del tercer módulo se aplica un látex biodegradable adherente en fase acuosa y, por último, a la salida del túnel un segundo dispositivo auxiliar, con una serie de placas transversales sobre las que se fijan unos adhesivos para captar las partículas que deposita la corriente de aire.

2. Túnel de viento según reivindicación 1, en el que la estructura l/en panal de abejaquot; se dispone en la mitad de la lona de conexión entre el ventilador y la estructura tubular, consiguiendo que el flujo de aire introducido se disperse simulando una corriente natural.

3. Túnel de viento según reivindicación 1, en el que el primer dispositivo auxiliar diseñado para análisis cuantitativo (Figura 6) permite introducir y extraer en el túnel un Láser-Scan (4) , que genera mapas tridimensionales del suelo; está caracterizado de abajo a arriba por un soporte (3) que sustenta el Láser al dispositivo de elevación, seguido de un tubo que se desplaza en el interior de otro fijo (2) ambos taladrados y, por medio de un posicionador de muelle con bloqueo, el Láser puede retenerse en la posición deseada, con la total seguridad de poder volver a la posición original (4) . Todo el conjunto descrito se une al cuerpo del túnel mediante una estructura soldada (1) , formada por unos tubos de acero huecos con dos pletinas que encajan en el cuadro estructural.

4. Túnel de viento según reivindicación 1, en el que el segundo dispositivo auxiliar diseñado para el análisis cualitativo (Figura 7) , permite exponer las placas de captación de partículas (2) , por medio de un giro sobre el eje estructural (1) , que va fijado al conjunto por un tornillo pasante. Una Cámara de Visión Industrial captará las imágenes de las partículas fijadas a los adhesivos.