Aerodinámica automotriz: principios básicos

Si lo tuyo es conocer más de tu vehículo y conocer principios básicos de aerodinámica, llegaste al artículo correcto. Trataré de abordar el tema con conceptos bastante sencillos que influye en el consumo de tu auto, en la estética y estabilidad. Así que, ¡empecemos!

Lo básico, ¿qué es?

La resistencia aerodinámica, es la fuerza opositora que sufre un cuerpo al moverse a través del aire, se genera inmediatamente que conduces tu auto en carretera. En otras palabras, es considerada la fuerza que se opone al avance de tu vehículo a través del aire.

¿Qué la provoca?

Volvemos al ejemplo de tu coche en el camino, la resistencia aerodinámica se provoca por la necesidad de quitar de enfrente el volumen de aire que estamos atravesando y volverlo a colocar en la parte de atrás del vehículo de manera ordenada. Cuando un coche avanza, se produce una importante diferencia entre presión de la parte frontal y la parte posterior del auto creando un efecto de «succión», sobretodo cuando vamos más rápido.

Foto: events.imeche.org

Sin asustarte, pero entrando un poco a la memoria de nuestras clases de física. La fórmula de la resistencia aerodinámica se compone por 4 variables que solamente se multiplican entre sí. Esto con el fin de que puedas entender cuales son los factores que la componen, puedas entrar sin problema a una plática de petrolheads y/o lo que la marca de autos te está vendiendo realmente del automóvil que vas a comprar.

Resistencia aerodinámica R = ½ d*S*Cx*V2

Siendo la d = Densidad del aire, S = la Superficie frontal, Cx = el Coeficiente de resistencia aerodinámica y la V2 = Velocidad elevada al cuadrado. Teniendo en cuenta que la densidad del aire es mas o menos constante y no la podemos controlar, sólo tenemos que entender bien los últimos tres términos de la ecuación y seremos unos auténticos cracks en resistencia aerodinámica.

La superficie frontal (S) es el área que ocupa el coche de frente (como su nombre lo indica) y se mide en metros cuadrados. Entonces, un coche alto y ancho, con grandes retrovisores y neumáticos va a ofrecer más resistencia que un coche bajo, estrecho, con retrovisores pequeños y neumáticos finos. Esto aplica mucho para el consumo de combustible.

Por eso un SUV gasta más y corre menos que un compacto aunque lleven el mismo motor, tengan una forma parecida y aunque pesen lo mismo. Ya que una camioneta tiene que mover más aire para pasar a través del aire. Si quieres tunear tu vehículo para hacerlo “más aerodinámico” ó que tenga menor resistencia, tendrías que modificar cada factor de la fórmula. Por ejemplo, en la superficie frontal deberías eliminar los retrovisores y remplazarlos por pequeñas cámaras. También puedes bajar la suspensión o hacer el automóvil más estrecho.

Foto: Mercedes Benz 

El Coeficiente de resistencia aerodinámica representado por la Cx, es un factor que refleja el arrastre del vehículo sobre o la potencia absorbida del mismo para vencer la resistencia del aire. Cuanto más elevado es este coeficiente, mayor es la resistencia aerodinámica. Se puede determinar mediante pruebas efectuadas por la misma marca, en un túnel aerodinámico con prototipos y modelos reducidos a escala.

Este valor va de 0 a 1, siendo éste último el valor dado a un vehículo con total resistencia aerodinámica. Los coches “normales” tienen un Cx que van desde poco más de 0.20 hasta algo menos de 0.40 y todo lo que se sale de ahí sería bastante extremo. Es importante aclarar que este coeficiente lleva la “x” porque también existen el Cy y Cz, que serían los coeficientes de resistencia aerodinámica lateral y vertical. Pero van más enfocados a autos de carrera y nos complicaría más.

Aplicando este término a la compra de un vehículo, la forma de “caja” es lo más eficiente en términos de espacio interior, pero sería lo menos ineficiente con respecto a resistencia aerodinámica. Hay que escoger un punto intermedio para cada necesidad.

Foto: technicalcourses.net

Dato curioso: lo que más importa en un coche aerodinámico es la parte de atrás

Pues el aire que se va “quitando” de  adelante debe ordenarse de nuevo en la parte atrás de la forma más rápida y fluida posible. Al pasar a través del aire, éste se puede dividir en diferentes capas, si el aire resbala ordenadamente cuando para el vehículo, éste puede ofrecer poca resistencia. Obteniendo mayor eficiencia de combustible y mejor estabilidad.

Por eso, la velocidad al cuadrado que encontramos en la fórmula es la verdadera clave de todo. Dada la forma y tamaño de tu coche la resistencia aerodinámica se va incrementando con los pequeños aumentos de velocidad. Por ejemplo, si vas a una velocidad, el aire golpea con fuerza la parte frontal del vehículo y en la parte posterior lo hace con el doble de masa por unidad de tiempo. Ambos efectos se acumulan, por eso se lleva a la segunda potencia y no se multiplica x2. Este incremento exponencial explica por qué tu coche consume mucho más circulando a 120 km/h que circulando a 100 km/h.

Foto: tecmovia.com

¿Cómo afecta también el aire que pasa por debajo?

Ahora bien, el efecto que el aire tiene sobre un coche no es únicamente parte de la resistencia aerodinámica, también aplica el aire que pasa por debajo de éste, que lo hace en línea recta a través del fondo del auto mientras que el aire que pasa por encima se mueve libremente y recorre un camino mucho más largo. Esta asimetría arriba-abajo produce una diferencia de presiones, generando una fuerza de sustentación como la que utilizan los aviones para volar.

Esto significa que los vehículos tienden a levantarse del suelo, a mayor velocidad. Para neutralizar este efecto conocido como «lift», podemos modificar nuestro auto con diferentes elementos que lo «empujen» hacia abajo para compensar su tendencia a elevarse. El mas habitual y usado es un alerón trasero, que su función no es hacer ver a tu auto como más deportivo, sino que esta ala invertida empuja hacia abajo tu vehículo al contacto con el aire en movimiento.

También puedes pegar tu auto al suelo lo máximo posible, para que la capa de aire que circule por debajo sea mínima. Esto es muy visible en coches que compiten en circuito, el tema es que para conducir un auto así en la ciudad es lo peor posible entre los topes y los baches.

Foto: blog.qualitasauto.com

En resumen…

La resistencia aerodinámica juega un papel fundamental en la eficiencia de cualquier vehículo. El consumo de potencia derivado de este factor pasa a ser muy relevante a medida que aumentamos la velocidad, pues implica mayor gasto de gasolina. para que un automóvil tenga una forma más aerodinámica, debe ser con un frente más redondo y una parte trasera que se vaya haciendo más estrecho. Lo que implica que el espacio interior se reduce, pues implica que no sea demasiado alto.

Esto no quiere decir que de ahora en adelante, tus próximos vehículos los tengas que modificar a estas especificaciones o compres un coche de dos plazas cuando tienes una familia de cuatro personas. Las camionetas, los SUVs, las Pick-Up y los todo-terrenos tienen una razón de ser muy clara y una utilidad concreta a cambio de la cual se ven penalizados en la resistencia aerodinámica. Debido a su gran superficie frontal y una forma más difícil de estilizar. Pero está bien saber qué es lo que estamos conduciendo y comprando o entender cada que una marca presume de fabricar autos aerodinámicos.