La aerodinámica automotriz es el estudio de la aerodinámica de los vehículos de carretera. Sus principales objetivos son reducir la resistencia y el ruido del viento, minimizar la emisión de ruido y evitar fuerzas de sustentación no deseadas y otras causas de inestabilidad aerodinámica a altas velocidades. El aire también se considera un fluido en este caso. Para algunas clases de vehículos de carreras, también puede ser importante producir carga aerodinámica para mejorar la tracción y, por lo 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 automotrices alemanes y británicos analizaban sistemáticamente los efectos de la resistencia aerodinámica automotriz para los vehículos de mayor rendimiento. [2] A fines de la década de 1960, los científicos también se dieron cuenta del aumento significativo en 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 los usos de la tierra adyacente a una tasa no lineal. [3] Pronto, los ingenieros de carreteras comenzaron a diseñar carreteras para considerar los efectos de la velocidad de los niveles de sonido producidos por la resistencia aerodinámica, y los fabricantes de automóviles consideraron los mismos factores en el diseño de vehículos.
La eliminación de piezas de un vehículo es una manera sencilla para los diseñadores y propietarios de vehículos de reducir la resistencia parasitaria y frontal del vehículo con poco coste y esfuerzo. La eliminación puede ser tan sencilla como retirar una pieza de recambio , 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 haya fabricado originalmente en el vehículo. La mayoría de los coches deportivos de producción y los vehículos de alta eficiencia vienen de serie con muchas de estas eliminaciones para ser competitivos en el mercado de la automoción y las carreras, mientras que otros optan por mantener estos aspectos del vehículo que aumentan la resistencia por su aspecto estético o para adaptarse a los usos típicos 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 sustentación, aumentando así la estabilidad a velocidades más altas. Para lograr la menor resistencia aerodinámica posible, el aire debe fluir alrededor de la carrocería aerodinámica del vehículo sin entrar en contacto con ninguna zona de posible turbulencia. Un diseño de alerón trasero que se aleje de la tapa de la plataforma trasera aumentará la carga aerodinámica, reduciendo la sustentación a altas velocidades y al mismo tiempo incurriendo en una penalización de resistencia aerodinámica. Los alerones planos, posiblemente inclinados ligeramente hacia abajo, pueden reducir la turbulencia y, por lo tanto, reducir el coeficiente de resistencia. [5] Algunos automóviles ahora cuentan con alerones traseros ajustables automáticamente, por lo que a menor velocidad, el efecto sobre la resistencia se reduce cuando no se requieren los beneficios de la sustentación reducida.
Los espejos laterales aumentan el área frontal del vehículo y aumentan el coeficiente de resistencia aerodinámica, ya que sobresalen del costado del vehículo. [6] [7] Para disminuir el impacto que tienen los espejos laterales en la resistencia aerodinámica 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 pequeñas cámaras [8], pero esta opción no es común para los autos de producción porque la mayoría de los países requieren 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 disminuido la resistencia aerodinámica en "alrededor del 90% en comparación con los espejos de puerta convencionales", lo que contribuyó a una reducción de aproximadamente el 3,8% en la resistencia 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 eliminarlos podría mejorar el ahorro de combustible en 1,5 a 2 millas por galón estadounidense. [10]
Si bien no tienen el mayor impacto en el coeficiente de arrastre debido a su pequeño tamaño, las antenas de radio que suelen sobresalir del frente del vehículo se pueden reubicar y modificar en su diseño para eliminar esta resistencia adicional. El reemplazo más común para la antena estándar del 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 huecos de las ruedas, las llantas de los vehículos lo perturban y forman una zona de turbulencia alrededor de la rueda. Para que el aire fluya más suavemente alrededor de los huecos de las ruedas, a menudo se aplican tapacubos lisos . Los tapacubos lisos son tapacubos sin orificios por los que pasa el 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 en lugar de en autos deportivos o 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 huecos de las ruedas. [13] [14] [15]
La rejilla 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 rejilla de un vehículo redirige el flujo de aire desde alrededor del vehículo hacia dentro del vehículo, lo que aumenta la resistencia aerodinámica. Para reducir este impacto, a menudo se utiliza un bloque de rejilla. Un bloque de rejilla cubre una parte o la totalidad de la rejilla delantera de un vehículo. En la mayoría de los modelos de alta eficiencia o en vehículos con coeficientes de resistencia aerodinámica bajos, ya se incorporará una rejilla muy pequeña en el diseño del vehículo, lo que elimina la necesidad de un bloque de rejilla. La rejilla de la mayoría de los vehículos de producción generalmente está diseñada para maximizar el flujo de aire a través del radiador donde sale hacia el compartimiento del motor. Este diseño puede crear demasiado flujo de aire hacia el compartimiento del motor, lo que evita 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 aerodinámica del vehículo simultáneamente. [16] [ página necesaria ]
La parte inferior de un vehículo suele atrapar aire en varios lugares y genera turbulencias 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 denomina una bandeja inferior. Esta bandeja evita que el aire quede atrapado debajo del vehículo y reduce la resistencia. [12]
Los faldones de guardabarros se fabrican a menudo como extensiones de los paneles de la carrocería de los vehículos y cubren todos los huecos de las ruedas. Al igual que las cubiertas de rueda lisas, esta modificación reduce la resistencia aerodinámica del vehículo al evitar que el aire quede atrapado en el hueco de la rueda y ayuda a estilizar la carrocería del vehículo. Los faldones de guardabarros se encuentran más comúnmente en los huecos 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 de guardabarros delanteros tienen el mismo efecto en la reducción de la resistencia aerodinámica que los faldones de las ruedas traseras, pero deben estar más desplazados de la carrocería para compensar el neumático que sobresale de la carrocería del vehículo cuando se hacen 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 separación del flujo que induce la resistencia . [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 coche. 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 automotriz se diferencia de la aerodinámica de las aeronaves en varios aspectos:
La aerodinámica automotriz se estudia mediante modelos informáticos y pruebas en túneles de viento . Para obtener los resultados más precisos de una prueba en túneles de viento, a veces el túnel está equipado con una pista de rodadura. 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 carga aerodinámica describe la presión descendente creada por las características aerodinámicas de un automóvil que le permite viajar más rápido por una curva al mantener el automóvil pegado a la pista o la superficie de la carretera. Algunos elementos que aumentan 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 automóvil. [19]
