Aerodinámica en el diseño de los automóviles

El papel de la aerodinámica en el diseño de los automóviles convencionales
En el diseño de cualquier vehículo la aerodinámica juega un papel cada vez más impor tante. Según la mayoría de los estudios realizados, el aspecto más decisivo a la hora de comprar un coche es la línea, el diseño exterior. Aunque la aerodinámica es uno de los factores que contribuye de manera fundamental a dar unaspecto más o menos atractivo al vehículo, no es ésta su única misión y hay importantes características técnicas y de seguridad de los automóviles que dependen de un eficiente diseño aerodinámico. Es importante por tanto para empezar tener en cuenta que esta área del desarrollo de un automóvil no tiene únicamente un papel decorativo sino una gran influencia en el comportamiento global del mismo. Alcircular, el vehículo interacciona con el aire y esto provoca la aparición de dos tipos de flujo que condicionan los efectos aerodinámicos analizados en este ar tículo: flujo externo debido al paso del aire por la superficie exterior del automóvil y flujo interno debido al aire que pasa, por ejemplo, por el motor o por el habitáculo de los ocupantes del coche. El flujo externo origina tres tipos defuerzas sobre el automóvil: fuerza de resistencia al avance, en sentido longitudinal, dificulta el movimiento del vehículo en el seno del fluido; fuerza vertical, que puede actuar como fuerza de sustentación en coches convencionales, en cuyo caso es una fuerza vertical y hacia arriba, o bien puede ser downforce o hacia abajo, en coches deportivos, apretando al vehículo contra el suelo; y fuerzalateral, debida por ejemplo a viento lateral. El flujo externo tiene un importante impacto asimismo en la estabilidad del vehículo, principalmente a alta velocidad1. El diseño aerodinámico debe perseguir también conseguir un flujo externo adecuado para evitar la excesiva acumulación de la

Isaac Prada y Nogueira

Ingeniero Industrial del ICAI (2005). Investigador en FIDAMC (Fundación Españolapara la Investigación, Desarrollo y Aplicación de Materiales Compuestos-EADS). Colabora con Renault F1.

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(1) Aunque depende de la precisión del análisis que estemos llevando a cabo, como referencia general se suele considerar que, en coches deportivos, por debajo de unos 100-150 km/h las fuerzas debidas a la aerodinámica son poco relevantes e inclusopueden despreciarse para algunas consideraciones. En automóviles convencionales, el límite es menor, ya que, por ejemplo, a 100 km/h, la resistencia del aire supone alrededor del 80% de la resistencia total que tiene que soportar un vehículo de gama media europea.

anales de mecánica y electricidad / enero-febrero 2008

suciedad existente en el aire sobre las superficies del vehículo, lo queafecta considerablemente a la visibilidad. Por último, fenómenos como el desprendimiento de la capa límite pueden producirse a frecuencias audibles y ser por tanto una fuente de ruido, que se debe tratar de evitar con un diseño apropiado de las superficies del vehículo. Por otro lado, el flujo interno también contribuye a los esfuerzos aerodinámicos que aparecen sobre el vehículo. Un vehículonecesita tener un flujo interno para refrigerar el motor y para renovar el aire del interior del habitáculo. Con el desarrollo de los motores y el aumento de su potencia han aumentado también las necesidades de refrigeración. Por otro lado, por criterios de seguridad, se ha hecho necesario reforzar la parte delantera de los automóviles, reduciendo de esta manera la superficie de entrada del aire derefrigeración. En cuanto al aire que se dirige a la zona de los ocupantes, es importante resaltar que cada vez los requisitos que se exigen al sistema de climatización son más exigentes, lo que plantea dificultades sustanciales para el diseño del flujo interno hacia el habitáculo. Históricamente la aerodinámica de los automóviles se ha ido desarrollando con el objetivo de reducir la resistencia...