Un túnel de viento para un laboratorio universitario: presupuesto, espacio necesario y valor didáctico
27 de octubre de 2026
Investigación e ingeniería de ensayos6 de noviembre de 20267 min de lectura
De baja velocidad a hipersónico: Cómo elegir un túnel de viento de investigación según el número de Mach
Túneles de baja velocidad, subsónicos altos, transónicos, supersónicos, hipersónicos y de hipervelocidad: qué cambia físicamente en cada banda y cuánto cuesta construirlos.
Pregúntele a un aerodinamista qué tipo de túnel de viento necesita y su primera respuesta no será sobre su presupuesto o su edificio. Será: ¿qué número de Mach?
Todo lo demás se deriva de esa única respuesta: la tobera, las paredes de la sección de ensayo, el sistema de accionamiento, la duración de la prueba, la instrumentación y el orden de magnitud del coste. Este artículo recorre el espectro de velocidades y explica qué cambia físicamente en cada etapa.
1. Las seis bandas
| Banda | Rango de Mach | Qué la define |
|---|---|---|
| Baja velocidad | M < 0,3 | El aire se trata como incompresible |
| Subsónico alto | 0,3 ≤ M < 0,8 | La compresibilidad empieza a ser importante |
| Transónico | 0,8 ≤ M < 1,2 | Flujo mixto subsónico y supersónico en el mismo modelo |
| Supersónico | 1,2 ≤ M < 5,0 | Flujo acelerado a través de una tobera convergente-divergente |
| Hipersónico | 5,0 ≤ M < 15,0 | Dominan los efectos térmicos; se requieren técnicas de alta entalpía |
| Hipervelocidad | M > 15,0 | Reentrada, investigación espacial y de defensa avanzada |
2. Baja velocidad: donde ocurre la mayor parte de la ingeniería real
Por debajo de aproximadamente Mach 0,3, los cambios de densidad son lo suficientemente pequeños como para ignorarlos y las matemáticas se mantienen manejables. Esta es la banda para la aerodinámica de automoción, obra civil y estructural, desarrollo de UAV y estudios de despegue y aterrizaje de aeronaves.
También es donde el esfuerzo de ingeniería se centra en la calidad más que en la velocidad: intensidad de turbulencia, uniformidad de flujo, estabilidad de temperatura y repetibilidad. Un túnel de baja velocidad de primera clase no es un túnel supersónico lento; es un instrumento diferente con distintos parámetros de calidad, tal como se analiza en
nuestro artículo sobre la calidad del flujo.
3. Subsónico alto: llega la compresibilidad
Entre Mach 0,3 y 0,8, las variaciones de densidad se vuelven significativas y los resultados comienzan a depender tanto del número de Mach como del número de Reynolds. Esta es la banda de trabajo para aeronaves subsónicas avanzadas, estudios de propulsión y desarrollo aerodinámico donde los efectos de compresibilidad son cada vez más relevantes.
Aparecen dos consecuencias prácticas: la potencia de accionamiento aumenta drásticamente, y lograr igualar tanto el número de Mach como el de Reynolds a escala de modelo se convierte en un auténtico problema de diseño, lo que da origen a los conceptos de túneles presurizados y criogénicos.
4. Transónico: el más difícil
Entre Mach 0,8 y 1,2, las regiones subsónicas y supersónicas coexisten en el mismo modelo, se forman y desplazan ondas de choque, y pequeños cambios en las condiciones producen grandes variaciones en la carga. Es el régimen más exigente de reproducir con fidelidad, y es exactamente el régimen en el que navegan la mayoría de los aviones de transporte.
La respuesta de ingeniería característica es la sección de ensayo ventilada (con paredes ranuradas o perforadas), que permite que el flujo se libere y controla los efectos de bloqueo (choking) y de interferencia de las paredes que, de otro modo, invalidarían los datos. Las instalaciones transónicas se encuentran entre los túneles adyacentes al régimen subsónico más complejos jamás construidos, y su instrumentación y metodología de corrección son tan importantes como su aerodinámica.
5. Supersónico: la tobera hace el trabajo
Por encima de Mach 1,2, el flujo es acelerado por una tobera convergente-divergente (de Laval) : la garganta se bloquea a Mach 1 y la sección divergente acelera el flujo hasta el número de Mach de diseño. Cada número de Mach corresponde a una geometría de tobera, por lo que las instalaciones utilizan bloques de tobera intercambiables o una tobera de paredes flexibles.
Dos realidades operativas separan a los túneles supersónicos de todos los de regímenes inferiores:
- El aire debe estar seco. La expansión enfría el flujo drásticamente; cualquier humedad se condensa y arruina el ensayo. Los secadores de aire y el almacenamiento son parte integral de la instalación, no accesorios.
- El tiempo de ejecución se vuelve finito. Muchos túneles supersónicos son instalaciones de ráfaga (blowdown): el aire se almacena a presión y se libera durante unos segundos cada vez. El diseño pasa de centrarse en la potencia en estado estacionario a la energía almacenada, el control de válvulas y la rápida adquisición de datos.
6. Hipersónico e hipervelocidad: la termodinámica toma el control
Por encima de Mach 5, la física dominante ya no es la presión, sino el calor. Por lo general, el medio de ensayo debe calentarse intensamente antes de la expansión para que no se licúe, lo que da lugar a conceptos de alta entalpía, como las instalaciones de arco de plasma (arc-jet) y las impulsadas por pistón. Los tiempos de ensayo se reducen de segundos a milisegundos, y el problema de la instrumentación se vuelve tan complejo como el de la generación del flujo.
Por encima de Mach 15 (el rango de hipervelocidad), las instalaciones prestan servicio a investigaciones altamente especializadas en entornos aerodinámicos y térmicos extremos, relevantes para la reentrada, el acceso al espacio y las aplicaciones de defensa avanzada.
Para un comprador, el dato estructural importante es que el coste y la complejidad no aumentan de forma lineal con el número de Mach. Lo hacen por escalones. Cada cambio de banda conlleva una nueva clase de hardware, un nuevo modelo operativo y un nuevo caso de seguridad.
7. Cómo elegir sin comprar en exceso
Parta de la condición de vuelo que debe reproducir, no del número más alto que pueda imaginar. Una instalación que pasa el 95 % de su vida útil a Mach 0,2 no necesita una sección transónica.
Pregúntese qué parámetros deben igualarse. Solo Mach, Mach y Reynolds, o Mach, Reynolds y entalpía: cada requisito adicional cambia la clase de la instalación.
Decida pronto entre funcionamiento continuo o de ráfaga (blowdown). Esto determina la infraestructura eléctrica, la planta de compresores y almacenamiento, el volumen del edificio y el coste operativo por ensayo.
Planifique la instrumentación junto con el flujo. Las instalaciones de corta duración son tan buenas como lo sea su adquisición de datos.
Considere la ejecución por fases. Muchos institutos construyen primero una excelente instalación de baja velocidad o subsónica, y luego añaden una capacidad especializada de alta velocidad una vez que el programa de investigación y la financiación están consolidados.
8. Definición del alcance de una instalación de investigación
Desarrollamos soluciones de túneles de viento de investigación en todo el espectro de velocidades aerodinámicas, desde instalaciones de laboratorio de baja velocidad hasta infraestructuras de ensayo avanzadas transónicas, supersónicas e hipersónicas, diseñando cada sistema en torno al rango de Mach, la calidad del flujo, la instrumentación y el perfil de misión requeridos.
La conversación para definir el alcance es breve: qué se debe ensayar, a qué número de Mach y de Reynolds, durante cuánto tiempo por prueba, con qué mediciones y en qué edificio. Lecturas relacionadas:
comparación de tipos de túneles de vientoy
cómo se entrega un proyecto de túnel personalizado.
Envíenos sus condiciones objetivo y le devolveremos un concepto y una clase de coste realista.
Fuentes y notas
- Las definiciones de las bandas de Mach y la descripción de cada régimen (baja velocidad (M < 0,3), subsónico alto (0,3 ≤ M < 0,8), transónico (0,8 ≤ M < 1,2), supersónico (1,2 ≤ M < 5,0), hipersónico (5,0 ≤ M < 15,0), hipervelocidad (M > 15,0), incluyendo paredes transónicas ventiladas y ranuradas, toberas convergentes-divergentes y conceptos de alta entalpía de arco de plasma o impulsados por pistón) siguen las definiciones de la cartera de túneles de viento de investigación de TunnelTech, tal como se publican en nuestros materiales para inversores y de capacidades.
- Las notas operativas prácticas (secado de aire, funcionamiento de ráfaga frente a continuo, instrumentación de corta duración) son prácticas estándar en instalaciones de alta velocidad.
- No se citan cifras de rendimiento de instalaciones específicas; cada proyecto se diseña a medida para su rango de Mach y perfil de misión requeridos.