AERODINÁMICA DEL VEHÍCULO

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AERODINÁMICA DEL VEHÍCULO

Se denomina resistencia aerodinámica, a la fuerza que sufre un vehículo al moverse a través del aire. La resistencia es siempre de sentido opuesto a la velocidad de desplazamiento, por lo que habitualmente se dice que es una forma análoga a la de fricción, es la fuerza que se opone al avance de un vehículo a través del aire.

Todo vehículo durante el rodamiento sufre de varios tipos de fuerza de arrastre. Algunas de estas es la de los neumáticos contra el asfalto, y tal vez la más importante de todas resulta la del viento ejercido sobre la carrocería. Un excesivo arrastre por un mal diseño que no penetre correctamente el aire, repercute significativamente en el rendimiento del vehículo y en el consumo de combustible. Y es que aproximadamente desde los años cincuenta hasta hoy, los constructores han logrado grandes avances con relación al diseño de autos más eficientes y aerodinámicos.

Aerodinámica de los Vehículos:

En la aerodinámica y diseño de carrocerías de los vehiculos, existe un coeficiente de Resistencia al Avance, el cual se mide por la fuerza que sufre un vehículo al moverse a través del aire en la dirección de la velocidad es decir, a mayor velocidad mucho mayor será la fuerza que se opone al avance de la carrocería y su diseño frontal. El objetivo es entonces mejorar el coeficiente gracias a diseños más eficientes sin perjudicar la estética, para aprovechar cada caballo de fuerza producido por el motor, lograr velocidades superiores, y obtener mejores índices en consumo de combustible.

Por otra parte en el mundo de las carreras, se sacrifica mucho la resistencia al avance para lograr fuerzas descendentes que presionen al vehículo contra el pavimento. Es por eso que es muy común ver en deportivos y autos de pista, varios tipos de alerones que generan "Downforce". Esta fuerza al igual que la resistencia al avance, y resulta exponencial a la velocidad, lo cual es muy conveniente en carreras ya que aumenta la adhesión al pavimento a altas velocidades. Aunque un alerón influye negativamente sobre la resistencia al avance los vehículos de carrera compensan esta pérdida al equipar motores con mucha potencia y caballos de fuerza adicionales.

El estudio de todos estos efectos se realiza en túneles de viento, que asemejan las condiciones a las que el vehículo es sometido pero en forma estática.

cuando se alteran las especificaciones aerodinámicas originales del vehículo puede causar:

-Alto consumo de combustible
-Menos velocidad final (los alerones aumentan el área frontal del vehículo)
-Esfuerzo innecesario del motor
-Menor eficiencia en el sistema de enfriamiento
-Disminuye la capacidad de disipación de calor de frenos
-Se generan esfuerzos innecesarios en la suspensión
-Desgaste de llantas por efecto de sobrecarga a alta velocidad
-Ruido excesivo del viento

Factores que determinan la resistencia aerodinámica

La resistencia aerodinámica depende cuatro factores: la densidad del aire, la velocidad al cuadrado, la superficie frontal y el coeficiente de resistencia aerodinámica del vehículo.
La densidad del aire es aproximadamente constante y no la podemos variar con el diseño del vehículo.

La resistencia aerodinámica depende de la velocidad elevada al cuadrado
La velocidad al cuadrado no es un factor que distinga un vehículo de otro, sino sólo algo importante que debemos entender y que afecta a todos por igual.
si duplicamos la velocidad, el doble de aire golpea el frontal del coche y además lo hace con el doble de fuerza: velocidad x2 implica resistencia x4

Un ejemplo: para mantener una velocidad constante en un tramo horizontal y sin viento un vehículo cualquiera podría necesitar las siguientes potencias para vencer exclusivamente su resistencia aerodinámica:

A 50 km/h alrededor de 2 caballos de potencia
A 100 km/h alrededor de 16 Hp
A 200 km/h alrededor de 128 Hp
A 300 km/h alrededor de 432 Hp

La resistencia a la rodadura y la resistencia mecánica requerirían potencia adicional, mucho menor.
Esta es la razón por la que una pequeña diferencia en velocidad (digamos de 110 km/h a 120 km/h) representa una gran diferencia en consumos.

La resistencia aerodinámica depende de la superficie frontal

La superficie frontal es el área que ocupa el vehículo visto perfectamente de frente, cuya superficie depende de la altura, la anchura y la forma, también influye el ancho de las llantas, espejos y todo lo que esté expuesto al aire en el sentido de la marcha.
Esta sección frontal es la que va barriendo un volumen de aire por unidad de tiempo cuando el vehículo se desplaza, y define la masa de aire que deberá apartarse. Es obvio que cuanto más aire se mueva, más trabajo implicará hacerlo.
Los vehículos grandes en altura y anchura furgonetas, y todo terrenos por ejemplo se ven enormemente afectados , pero los vehículos largos no, que de hecho tienen más oportunidades de hacer fluír el aire suavemente a su alrededor que los vehículos muy cortos.

La resistencia aerodinámica depende del coeficiente de resistencia aerodinámica

El coeficiente de resistencia aerodinámica viene determinado casi totalmente por la forma del vehículo. Lo más importante, al contrario de lo que se podría esperar, es la parte trasera y la forma en que el aire rellena el vacío que el vehículo deja tras de sí. Cuanto más suaves sean las curvas que tenga que trazar el flujo de aire para rodear el vehículo, mucho mejor.

La interpretación de este factor es fácil: la forma del vehículo define la trayectoria que habrá de seguir el aire para bordearlo, es decir, la velocidad y la dirección del aire en sus diferentes trayectorias.

El túnel del viento

Para saber si un vehículo es aerodinámico se simula su situación real en un túnel aerodinámico de forma cilíndrica llena de ventiladores que generan distintas corrientes de aire a distintas velocidades, en las que en vez de moverse el vehículo se mueve el aire contra el vehículo. Normalmente se le unen tiras de lana en puntos clave de la superficie del móvil, sea una maqueta de un avión, un automóvil, una bicicleta, etcétera. A veces se utiliza un humo que ha sido coloreado mezclado con el aire para poder observar las turbulencias de una forma más clara. Las turbulencias dejan patente las distintas presiones que se generan por las corrientes de aire, a veces estos datos son registrados por dispositivos electrónicos que interpreta un computador obteniendo tablas del perfil aerodinámico. El túnel de viento consta de un colector por el que se acelera el aire de forma progresiva mediante potentes ventiladores, un dispositivo de telas metálicas para reducir las turbulencias del aire, una cámara de medición que propicia que el aire se genere en condiciones estables y un difusor en la salida de la cámara de medición para reducir la velocidad de salida del aire.

Conclusiones

La resistencia aerodinámica juega un papel fundamental en la eficiencia de cualquier vehículo. El consumo de potencia derivado de este factor se pasa por alto pero puede marcar una gran diferencia a medida que aumentamos la velocidad, para aumentar la velocidad necesitamos mas potencia del motor y la potencia implica consumo de combustible.

Una forma más aerodinámica suave, sin aristas, con frontal redondeado y la parte trasera estrechándose gradualmente, unida a unas dimensiones apropiadas en altura y en anchura dan como resultado, a igualdad del resto de parámetros, lo uq da como resultado vehículos más eficientes.
No se trata de prohibir ni rechazar determinados tipos de vehículos. Furgonetas, mono volúmenes y todo-terrenos, la forma de la carroceria tienen una razón de ser muy clara y una utilidad concreta a cambio de la cual se ven castigados por el factor aerodinámico por una gran superficie frontal y una forma más difícil de estilizar. Por eso es bueno saber lo que estamos conduciendo y comprando.

Tener en cuenta que las modificaciones de altura del vehículo, dejándolos mas bajos o mas altos de sus estándares, van a variar la eficiencia del vehículo, así también el diseño de las llantas, modificación de frontales adicionando boceles o alargando los parachoques, todos estos mínimos detalles, en su mayoría, han sido estudiados y analizados en un túnel de viento por el fabricante del vehículo y si se modifican se verán afectados todos los valores de estabilidad del vehículo en las curvas, en linea recta etc; también las modificaciones o adición de partes a la carrocería implica aumento en los consumos de combustible.

JULIAN BLANCO
MECATRONNIX