A medida que aumenta el costo de la gasolina, los fabricantes de automóviles dedican cada vez más atención al diseño de vehículos eficientes en el consumo de combustible. Uno de los aspectos clave en este ahorro es la eficiencia aerodinámica, es decir, la capacidad del vehículo para minimizar la resistencia del aire durante su movimiento.
Cuanto más eficiente sea el diseño aerodinámico, menor será el consumo de combustible necesario para mantener una velocidad determinada. Esta eficiencia resulta especialmente importante a altas velocidades, donde la resistencia del aire (conocida como arrastre) tiene un impacto significativo en el rendimiento del vehículo.
La eficiencia aerodinámica de un automóvil se mide mediante su coeficiente de arrastre (Cd). Por ejemplo:
Sin embargo, el Cd por sí solo no permite calcular el arrastre aerodinámico total del vehículo, ya que no considera el área frontal del automóvil, que es la superficie que ocupa cuando se observa desde el frente.
Para obtener una medición más precisa del arrastre aerodinámico, se utiliza el CdA, que es el producto del coeficiente de arrastre (Cd) y el área frontal (A). Este valor representa la resistencia total que experimenta el vehículo en movimiento.
Es fundamental comparar los valores de CdA al evaluar diferentes modelos de automóviles, en lugar de comparar únicamente los coeficientes de arrastre (Cd).
Los fabricantes utilizan túneles de viento para analizar el comportamiento aerodinámico de los prototipos. En estos túneles:
Los ingenieros evalúan:
Para visualizar el flujo de aire, se utilizan:
Los modelos o vehículos en los túneles de viento pueden girarse en diversos ángulos respecto al flujo de aire para estudiar cómo responde la forma del vehículo ante vientos laterales.
Una vez configurado el experimento, se mide el arrastre del vehículo analizando la fuerza que ejerce sobre sus ruedas ancladas mientras el aire pasa a su alrededor. A medida que se realizan modificaciones, se registran y analizan sus efectos en el arrastre aerodinámico.
Aunque los diseñadores suelen crear prototipos con formas aerodinámicas eficientes, elementos como las tomas de aire y los tiradores de las puertas pueden reducir esta eficiencia.
Algunos de los elementos que ayudan a mejorar el flujo de aire incluyen:
Otros avances en diseño aerodinámico incluyen:
Estas atenciones detalladas permiten que el aire fluya más suavemente y reducen la formación de remolinos, incluso ayudando a mantener limpias las lentes de las luces traseras.
Un buen flujo de aire permite que el automóvil se desplace con mínima perturbación manteniendo la estabilidad. Se requiere cierta cantidad de fuerza descendente en ambos extremos del vehículo para garantizar su estabilidad.
Idealmente, cualquier turbulencia debe ocurrir detrás de la parte trasera del automóvil, lo que también contribuye a mantenerlo limpio.
Los túneles de viento emplean un ventilador grande accionado por motor para generar una corriente de aire que simula la conducción a velocidad en aire estático. El automóvil se sitúa sobre almohadillas sensibles a la presión en el centro del túnel, y una pantalla de visualización lateral permite a los ingenieros observar lo que ocurre.
Durante el desarrollo de un automóvil para producción, a menudo se pierde algo de la pureza aerodinámica del diseño original por varias razones:
Un ejemplo ilustrativo es el de las ruedas delanteras integradas en el diseño del automóvil conceptual Ford Probe. El Ford Sierra, muy similar al Probe pero sin esta característica, vendió lentamente hasta que el público se acostumbró a su diseño. Si hubiera incluido las ruedas delanteras integradas, las ventas podrían haberse visto aún más afectadas.
Diseñar un automóvil que se desplace eficientemente en línea recta sin viento es relativamente sencillo, pero garantizar su estabilidad ante vientos laterales o al tomar curvas a alta velocidad resulta más complejo.
Existe un punto teórico en el costado del automóvil llamado centro de presión, donde efectivamente actúa la presión del viento. Analizando este punto y el equilibrio de fuerzas, los ingenieros pueden diseñar automóviles más estables.
La ubicación del centro de presión puede cambiar con la velocidad del vehículo, e incluso en algunos casos puede llegar a estar por delante del propio automóvil. La solución implica:
El centro de presión tiende a mantenerse más atrás si hay una mayor área de carrocería hacia la parte trasera del automóvil. Algunos automóviles de carreras del pasado incluyeron aletas traseras que mejoraban su estabilidad a altas velocidades al aumentar la superficie en la parte trasera.
La línea baja y suavemente inclinada del capó, que proporciona buena penetración aerodinámica, también ayuda a reducir la superficie lateral en la parte delantera del automóvil.
Los diseños aerodinámicos modernos, como los vistos en automóviles tales como el Renault 21, el nuevo Audi 80 y el nuevo Vauxhall Carlton, favorecen una nariz baja y una cola relativamente alta para lograr una buena penetración aerodinámica y estabilidad.
Las técnicas de diseño por computadora permiten alcanzar niveles de eficiencia aerodinámica muy altos, optimizando cada detalle del vehículo para minimizar la resistencia del aire y maximizar el rendimiento y la eficiencia energética.
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