Coeficiente de resistencia aerodinámica del automóvil

Resistencia de un automóvil a moverse a través del aire

El Tropfenwagen de 1921 de Edmund Rumpler fue el primer automóvil con diseño aerodinámico producido en serie, antes del Chrysler Airflow y el Tatra 77 .

El coeficiente de arrastre es una medida común en el diseño de automóviles en lo que respecta a la aerodinámica . El arrastre es una fuerza que actúa en paralelo y en la misma dirección que el flujo de aire. El coeficiente de arrastre de un automóvil mide la forma en que el automóvil pasa a través del aire circundante. Cuando las empresas automotrices diseñan un vehículo nuevo, tienen en cuenta el coeficiente de arrastre del automóvil además de las otras características de rendimiento. El arrastre aerodinámico aumenta con el cuadrado de la velocidad; por lo tanto, se vuelve de vital importancia a velocidades más altas. Reducir el coeficiente de arrastre en un automóvil mejora el rendimiento del vehículo en lo que respecta a la velocidad y la eficiencia del combustible . ^[1] Hay muchas formas diferentes de reducir el arrastre de un vehículo. Una forma común de medir el arrastre del vehículo es a través del área de arrastre.

La importancia de la reducción de la resistencia

La reducción de la resistencia en los vehículos de carretera ha llevado a aumentos en la velocidad máxima del vehículo y la eficiencia del combustible del vehículo, así como muchas otras características de rendimiento, como el manejo y la aceleración. ^[2] Los dos factores principales que afectan la resistencia son el área frontal del vehículo y el coeficiente de resistencia. El coeficiente de resistencia es un valor sin unidad que denota cuánto resiste un objeto al movimiento a través de un fluido como el agua o el aire. Una posible complicación de alterar la aerodinámica de un vehículo es que puede hacer que el vehículo obtenga demasiada sustentación. La sustentación es una fuerza aerodinámica que actúa perpendicularmente al flujo de aire alrededor de la carrocería del vehículo. Demasiada sustentación puede hacer que el vehículo pierda tracción en la carretera, lo que puede ser muy inseguro. ^[3] La reducción del coeficiente de resistencia se produce al racionalizar la carrocería exterior del vehículo. La racionalización de la carrocería requiere suposiciones sobre la velocidad del aire circundante y el uso característico del vehículo.

Los automóviles que intentan reducir la resistencia emplean dispositivos como alerones, alas, difusores y aletas para reducir la resistencia y aumentar la velocidad en una dirección. ^[4]

Área de arrastre

Si bien los diseñadores prestan atención a la forma general del automóvil, también tienen en cuenta que reducir el área frontal de la forma ayuda a reducir la resistencia. El producto del coeficiente de resistencia por el área (área de resistencia) se representa como C d A (o C _x A ), una multiplicación del valor de C d por el área.

El término área de resistencia aerodinámica deriva de la aerodinámica , donde es el producto de un área de referencia (como el área de la sección transversal, el área de la superficie total o similar) y el coeficiente de resistencia. En 2003, la revista Car and Driver adoptó esta métrica como una forma más intuitiva de comparar la eficiencia aerodinámica de varios automóviles.

La fuerza F necesaria para superar la resistencia se calcula con la ecuación de resistencia : Por lo tanto: Donde el coeficiente de resistencia y el área de referencia se han fusionado en el término de área de resistencia. Esto permite una estimación directa de la fuerza de resistencia a una velocidad dada para cualquier vehículo para el que solo se conoce el área de resistencia y, por lo tanto, una comparación más sencilla. Como el área de resistencia C d A es el valor fundamental que determina la potencia necesaria para una velocidad de crucero dada, es un parámetro crítico para el consumo de combustible a una velocidad constante. Esta relación también permite una estimación de la nueva velocidad máxima de un automóvil con un motor tuneado: ${\displaystyle F={\tfrac {1}{2}}\times {\text{air density}}\times {\text{drag coefficient}}\times {\text{reference area}}\times {\text{speed}}^{2}}$ ${\displaystyle F={\tfrac {1}{2}}\times {\text{air density}}\times \mathbf {\text{drag area}} \times {\text{speed}}^{2}}$

${\displaystyle {\text{estimated top speed}}={\text{original top speed}}\times {\sqrt[{3}]{\frac {\text{new power}}{\text{original power}}}}}$

O la potencia necesaria para alcanzar una velocidad máxima objetivo:

${\displaystyle {\text{power required}}={\text{original power}}\times \left({\frac {\text{target speed}}{\text{original speed}}}\right)^{3}}$

Los automóviles de pasajeros de tamaño completo promedio tienen un área de resistencia aerodinámica de aproximadamente 8 pies cuadrados (0,74 m ² ). Las áreas de resistencia aerodinámica reportadas varían desde los 5,1 pies cuadrados (0,47 m ^{2 )} del Honda Insight de 1999 hasta los 26,5 pies cuadrados (2,46 m ^{2 )} del Hummer H2 de 2003. El área de resistencia aerodinámica de una bicicleta (y su conductor) también está en el rango de 6,5 a 7,5 pies cuadrados (0,60 a 0,70 m ² ). ^[5]

Ejemplos de coeficientes de arrastre

El coeficiente de resistencia aerodinámica de un automóvil moderno promedio se sitúa entre 0,25 y 0,3. Los vehículos utilitarios deportivos (SUV), con sus formas típicamente cuadradas, suelen alcanzar un C d de 0,35 a 0,45. El coeficiente de resistencia aerodinámica de un vehículo se ve afectado por la forma de la carrocería del vehículo. Varias otras características también afectan al coeficiente de resistencia aerodinámica y se tienen en cuenta en estos ejemplos. Muchos coches deportivos tienen un coeficiente de resistencia aerodinámica sorprendentemente alto, ya que la carga aerodinámica implica resistencia aerodinámica, mientras que otros están diseñados para ser altamente aerodinámicos en pos de la velocidad y la eficiencia, y como resultado tienen coeficientes de resistencia aerodinámica mucho más bajos.

Tenga en cuenta que el coeficiente de resistencia aerodinámica de un vehículo determinado variará según el túnel de viento en el que se mida. Se han documentado variaciones de hasta el 5 % ^[6] y las variaciones en la técnica de prueba y el análisis también pueden marcar la diferencia. Por lo tanto, si el mismo vehículo con un coeficiente de resistencia aerodinámica de  C d = 0,30 se midió en un túnel diferente, podría estar en cualquier valor entre C d = 0,285 y C d = 0,315.

Véase también

• Aerodinámica automotriz
• Arrastre (física)
• Ecuación de arrastre
• Pablo Jaray

Notas

1. en modo Range en combinación con un nivel bajo y aletas de entrada de aire cerradas
2. con combinación de llantas y neumáticos AMG de 19 pulgadas en modo de conducción "Sport"
3. con combinación de ruedas y neumáticos de 19 pulgadas

Referencias

1. Wang, Brian (16 de marzo de 2009). "Reducción de la resistencia aerodinámica de los automóviles y camiones entre un 15 y un 18 %". Next Big Future . Archivado desde el original el 29 de enero de 2018. Consultado el 28 de enero de 2018 .
2. Turner, Mike. "Aerocivic - Modificaciones del Honda Civic para obtener el máximo rendimiento de combustible -". aerocivic . Consultado el 28 de enero de 2018 .
3. Guinn, Wayne D. "Camaro Spoiler Equipment". Camaro - Untold Secrets . Estados Unidos. Archivado desde el original el 19 de mayo de 2000.
4. Nath, Devang S.; Pujari, Prashant Chandra; Jain, Amit; Rastogi, Vikas (28 de enero de 2021). "Reducción de la resistencia mediante la aplicación de dispositivos aerodinámicos en un coche de carreras". Avances en aerodinámica . 3 (1): 4. doi : 10.1186/s42774-020-00054-7 . ISSN  2524-6992.
5. "(la zona frontal inferior de una bicicleta se compensa con un coeficiente de arrastre más alto)". Lafn.org. Archivado desde el original el 17 de julio de 2011. Consultado el 28 de junio de 2011 .
6. Hoyt, Wade (octubre de 1985). "Dando forma a los coches del mañana". Popular Mechanics : 131.
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9. Visnic, Bill (18 de diciembre de 2017). "Level Zero hero" (Héroe de nivel cero). SAE International. Archivado desde el original el 29 de mayo de 2019. Consultado el 29 de mayo de 2019 .
10. "TG se encuentra con el Pagani Huayra - BBC Top Gear". Topgear.com. 8 de junio de 2012. Archivado desde el original el 28 de agosto de 2011. Consultado el 5 de abril de 2013 .
11. "Corolla" (Nota de prensa). Reino Unido: Toyota. Febrero de 2019. Consultado el 14 de febrero de 2019 .
12. "2001 Toyota Prius Press Kit" (Nota de prensa). Australia: Toyota. 2001-10-04 . Consultado el 2020-07-10 .
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14. "El resbaladizo Tesla Model S triunfa en el duelo en el túnel de viento". Ecomento . 2014-05-30. Archivado desde el original el 2014-10-19 . Consultado el 2014-10-15 .
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18. "Lucid Air Touring y Air Pure ya están listos para la carretera con una autonomía y una aerodinámica líderes en el mercado; Air Sapphire domina las pistas de prueba en camino a su presentación en 2023" (Comunicado de prensa). Newark, California. 2022-11-15 . Consultado el 2022-11-15 .
19. Lye, Gerard (28 de diciembre de 2023). "Xiaomi SU7 debuta en China: el primer vehículo eléctrico de la marca; hasta 673 CV, 838 Nm, autonomía de 800 km, velocidad máxima de 265 km/h". Noticias de automoción de Paul Tan . Consultado el 28 de diciembre de 2023 .
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21. "Alfa Romeo BAT 7 de 1954". conceptcarz.com . Consultado el 15 de noviembre de 2019 .
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32. "Eliminando la resistencia de la aerodinámica: campeón mundial de aerodinámica en casi todas las categorías de vehículos" (Nota de prensa). Daimler. 2013-10-05 . Consultado el 2021-03-02 .
33. Santin, JJ; Onder, CH; Bernard, J.; Isler, D.; Kobler, P.; Kolb, F.; Weidmann, N.; Guzzella, L. (2007). El vehículo más eficiente en consumo de combustible del mundo: diseño y desarrollo del Pac Car II . Zúrich: vdf, Hochschulverlag AG y der ETH. p. 113. ISBN 978-3-7281-3134-8.
34. "Consumo de energía - IGSS'13" . Consultado el 30 de septiembre de 2015 .

Enlaces externos

• Otros 500 coeficientes de arrastre
• Mejorar la aerodinámica para aumentar el ahorro de combustible
• La Universidad de Tel Aviv reduce la resistencia aerodinámica de los camiones en un 10%
• Prueba de deslizamiento simple para medir Cd y Crr en automóviles y motocicletas