Coeficiente de resistencia del automóvil

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

La importancia de la reducción de la resistencia

La reducción de la resistencia al avance en los vehículos de carretera ha dado lugar a aumentos en la velocidad máxima del vehículo y en la eficiencia del combustible, así como en muchas otras características de rendimiento, como el manejo y la aceleración. ^[2] Los dos factores principales que impactan la resistencia son el área frontal del vehículo y el coeficiente de resistencia. El coeficiente de resistencia es un valor sin unidades que denota cuánto resiste un objeto el 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 se eleve demasiado. La sustentación es una fuerza aerodinámica que actúa perpendicular al flujo de aire alrededor de la carrocería del vehículo. Demasiada elevación puede hacer que el vehículo pierda tracción en la carretera, lo que puede resultar muy inseguro. ^[3] La reducción del coeficiente de resistencia aerodinámica proviene de la racionalización de 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 spoilers, 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 arrastre y el área (área de arrastre) 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 deriva de la aerodinámica , donde es el producto de alguna área de referencia (como área de sección transversal, área de 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 requerida para superar el arrastre se calcula con la ecuación de arrastre : Por lo tanto: Donde el coeficiente de arrastre y el área de referencia se han colapsado en el término del área de arrastre. Esto permite una estimación directa de la fuerza de arrastre a una velocidad determinada para cualquier vehículo del que sólo se conoce el área de arrastre y, por tanto, una comparación más fácil. Como el área de resistencia C d A es el valor fundamental que determina la potencia requerida para una velocidad de crucero determinada, es un parámetro crítico para el consumo de combustible a una velocidad constante. Esta relación también permite estimar la nueva velocidad máxima de un coche con motor sintonizado: $F={\tfrac {1}{2}}\times {\text{densidad del aire}}\times {\text{coeficiente de arrastre}}\times {\text{área de referencia}}\times {\text {velocidad}}^{2}$ $F={\tfrac {1}{2}}\times {\text{densidad del aire}}\times \mathbf {\text{área de arrastre}} \times {\text{velocidad}}^{2}$

{\text{velocidad máxima estimada}}={\text{velocidad máxima original}}\times {\sqrt[{3}]{\frac {\text{nueva potencia}}{\text{potencia original} }}}

O la potencia necesaria para alcanzar una velocidad máxima objetivo:

{\text{potencia requerida}}={\text{potencia original}}\times \left({\frac {\text{velocidad objetivo}}{\text{velocidad original}}}\right)^{ 3}

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

Ejemplo de coeficientes de arrastre

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

Tenga en cuenta que la C d de un vehículo determinado variará dependiendo del 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. Entonces, si el mismo vehículo con un coeficiente de resistencia aerodinámica de C d = 0,30 se midiera en un túnel diferente, podría estar entre C d = 0,285 y C d = 0,315.

Ver también

Notas

^ en modo Range en combinación con un nivel bajo y trampillas de entrada de aire cerradas
^ con combinación de rueda y neumático AMG de 19 pulgadas en modo de conducción "Sport"
^ con combinación de rueda y neumático de 19 pulgadas

Referencias

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enlaces externos

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