La aerodinámica automotriz es el estudio de la aerodinámica de los vehículos de carretera. Sus principales objetivos son reducir el ruido de resistencia y del viento, minimizar la emisión de ruido y prevenir fuerzas de sustentación no deseadas y otras causas de inestabilidad aerodinámica a altas velocidades. El aire también se considera fluido en este caso. Para algunas clases de vehículos de carreras, también puede ser importante producir carga aerodinámica para mejorar la tracción y, por tanto, la capacidad de tomar curvas.
La fuerza de fricción de la resistencia aerodinámica aumenta significativamente con la velocidad del vehículo. [1] Ya en la década de 1920, los ingenieros comenzaron a considerar la forma del automóvil para reducir la resistencia aerodinámica a velocidades más altas. En la década de 1950, los ingenieros automovilísticos alemanes y británicos analizaban sistemáticamente los efectos de la resistencia al avance de los automóviles en los vehículos de mayor rendimiento. [2] A finales de la década de 1960, los científicos también se dieron cuenta del aumento significativo de los niveles de sonido emitidos por los automóviles a alta velocidad. Se entendió que estos efectos aumentaban la intensidad de los niveles de sonido para usos de suelo adyacentes a un ritmo no lineal. [3] Pronto, los ingenieros de carreteras comenzaron a diseñar carreteras para considerar los efectos de la velocidad de la resistencia aerodinámica producida por los niveles de sonido, y los fabricantes de automóviles consideraron los mismos factores en el diseño de vehículos.
La eliminación de piezas en un vehículo es una manera fácil para que los diseñadores y propietarios de vehículos reduzcan la resistencia parásita y frontal del vehículo con poco costo y esfuerzo. La eliminación puede ser tan simple como quitar una pieza no original , o una pieza que se haya instalado en el vehículo después de la producción, o tener que modificar y quitar una pieza OEM , es decir, cualquier pieza del vehículo que se fabricó originalmente en el vehículo. La mayoría de los autos deportivos de producción y vehículos de alta eficiencia vienen de serie con muchas de estas eliminaciones para ser competitivos en el mercado automotriz y de carreras, mientras que otros optan por mantener estos aspectos del vehículo que aumentan la resistencia por sus aspectos visuales, o para adaptarse al típico usos de su base de clientes. [4]
Un alerón trasero suele venir de serie en la mayoría de los vehículos deportivos y se asemeja a la forma de un ala elevada en la parte trasera del vehículo. El objetivo principal de un alerón trasero en el diseño de un vehículo es contrarrestar la elevación, aumentando así la estabilidad a velocidades más altas. Para conseguir la menor resistencia posible, el aire debe circular alrededor de la aerodinámica carrocería del vehículo sin entrar en contacto con zonas de posible turbulencia. Un diseño de alerón trasero que sobresale de la tapa de la plataforma trasera aumentará la carga aerodinámica, reduciendo la elevación a altas velocidades e incurriendo en una penalización de resistencia. Los spoilers planos, posiblemente ligeramente inclinados hacia abajo, pueden reducir la turbulencia y, por tanto, reducir el coeficiente de resistencia. [5] Algunos automóviles ahora cuentan con spoilers traseros ajustables automáticamente, por lo que a menor velocidad el efecto sobre la resistencia se reduce cuando no se requieren los beneficios de la elevación reducida.
Los espejos laterales aumentan el área frontal del vehículo y aumentan el coeficiente de resistencia ya que sobresalen del costado del vehículo. [6] [7] Para disminuir el impacto que los espejos laterales tienen en la resistencia del vehículo, los espejos laterales se pueden reemplazar por espejos más pequeños o espejos con una forma diferente. Varios autos conceptuales de la década de 2010 están reemplazando los espejos con cámaras diminutas [8] , pero esta opción no es común para los autos de producción porque la mayoría de los países exigen espejos laterales. Uno de los primeros automóviles de pasajeros de producción en cambiar los espejos por cámaras fue el Honda e , y en este caso, Honda afirma que las cámaras han reducido la resistencia aerodinámica en "alrededor de un 90% en comparación con los espejos exteriores convencionales", lo que contribuyó a aproximadamente un 3,8%. % de reducción de la resistencia aerodinámica para todo el vehículo. [9] Se estima que dos espejos laterales son responsables del 2 al 7% de la resistencia aerodinámica total de un vehículo de motor, y que quitarlos podría mejorar la economía de combustible entre 1,5 y 2 millas por galón estadounidense. [10]
Si bien no tienen el mayor impacto en el coeficiente de resistencia debido a su pequeño tamaño, las antenas de radio que comúnmente sobresalen de la parte delantera del vehículo se pueden reubicar y cambiar de diseño para eliminar esta resistencia adicional. El reemplazo más común de la antena estándar de un automóvil es la antena de aleta de tiburón que se encuentra en la mayoría de los vehículos de alta eficiencia. [11]
Cuando el aire fluye alrededor de los pasos de las ruedas, las llantas de los vehículos lo perturban y forma un área de turbulencia alrededor de la rueda. Para que el aire fluya más suavemente alrededor del hueco de la rueda, a menudo se utilizan tapacubos lisos. Las cubiertas de ruedas lisas son tapacubos sin agujeros para el paso del aire. Este diseño reduce la resistencia; sin embargo, puede hacer que los frenos se calienten más rápidamente porque las cubiertas impiden el flujo de aire alrededor del sistema de frenos. Como resultado, esta modificación se ve más comúnmente en vehículos de alta eficiencia que en autos deportivos o vehículos de carreras. [12]
Las cortinas de aire desvían el flujo de aire de las ranuras de la carrocería y lo guían hacia los bordes exteriores de los pasos de rueda. [13] [14] [15]
La parrilla delantera de un vehículo se utiliza para dirigir el aire a través del radiador. En un diseño aerodinámico, el aire fluye alrededor del vehículo en lugar de atravesarlo; sin embargo, la parrilla de un vehículo redirige el flujo de aire desde alrededor del vehículo hacia su interior, lo que luego aumenta la resistencia. Para reducir este impacto se suele utilizar un bloque de rejilla. Un bloque de parrilla cubre una parte o la totalidad de la parrilla delantera de un vehículo. En la mayoría de los modelos de alta eficiencia o en vehículos con bajos coeficientes de resistencia aerodinámica, ya se incorporará una parrilla muy pequeña en el diseño del vehículo, lo que elimina la necesidad de un bloque de parrilla. La parrilla en la mayoría de los vehículos de producción generalmente está diseñada para maximizar el flujo de aire a través del radiador, donde sale al compartimiento del motor. En realidad, este diseño puede crear demasiado flujo de aire en el compartimiento del motor, impidiendo que se caliente de manera oportuna y, en tales casos, se utiliza un bloque de rejilla para aumentar el rendimiento del motor y reducir la resistencia del vehículo simultáneamente. [16] [ página necesaria ]
La parte inferior de un vehículo a menudo atrapa aire en varios lugares y agrega turbulencia alrededor del vehículo. En la mayoría de los vehículos de carreras, esto se elimina cubriendo toda la parte inferior del vehículo con lo que se llama una bandeja inferior. Esta bandeja evita que el aire quede atrapado debajo del vehículo y reduce la resistencia. [12]
Los faldones de los guardabarros se fabrican a menudo como extensiones de los paneles de la carrocería de los vehículos y cubren todo el paso de las ruedas. Al igual que las cubiertas de ruedas lisas, esta modificación reduce la resistencia del vehículo al evitar que el aire quede atrapado en el espacio de la rueda y ayuda a agilizar la carrocería del vehículo. Los faldones de los guardabarros se encuentran más comúnmente en los pasos de las ruedas traseras de un vehículo porque los neumáticos no giran y el diseño es mucho más simple. Esto se ve comúnmente en vehículos como el Honda Insight de primera generación . Los faldones del guardabarros delantero tienen el mismo efecto en la reducción de la resistencia que los faldones de las ruedas traseras, pero deben estar más separados de la carrocería para compensar el neumático que sobresale de la carrocería del vehículo cuando se realizan los giros. [12]
Una cola de barco puede reducir en gran medida la resistencia total de un vehículo. Las colas de barco crean una forma de lágrima que le dará al vehículo un perfil más aerodinámico, reduciendo la aparición de resistencia que induce la separación del flujo . [17] Un kammback es una cola de barco truncada. Se crea como una extensión de la parte trasera del vehículo, moviendo la parte trasera hacia atrás en un ligero ángulo hacia el parachoques del automóvil. Esto también puede reducir la resistencia, pero una cola de barco reduciría aún más la resistencia del vehículo. No obstante, por razones prácticas y de estilo, un kammback se ve más comúnmente en carreras, vehículos de alta eficiencia y camiones. [18]
La aerodinámica del automóvil se diferencia de la aerodinámica de los aviones en varios aspectos:
La aerodinámica automotriz se estudia mediante modelos por computadora y pruebas en túnel de viento . Para obtener resultados más precisos de una prueba en un túnel de viento, el túnel a veces está equipado con una carretera rodante. Se trata de un suelo móvil para la sección de trabajo, que se mueve a la misma velocidad que el flujo de aire. Esto evita que se forme una capa límite en el suelo de la sección de trabajo y afecte a los resultados.
La fuerza aerodinámica describe la presión hacia abajo creada por las características aerodinámicas de un automóvil que le permite viajar más rápido en una curva manteniendo el automóvil contra la pista o la superficie de la carretera. Algunos elementos para aumentar la carga aerodinámica del vehículo también aumentarán la resistencia. Es muy importante producir una buena fuerza aerodinámica descendente porque afecta la velocidad y la tracción del coche. [19]
