Aerodinámica, aquella incomprendida I

Muchas veces escuchamos esta "palabreja" en los anuncios de coches, en las carreras de Fórmula 1 etc, dandonos la idea de que cierto coche "atraviesa" el aire muy bien. Muchos le ponen a su coche un alerón con la idea de mejorar la aerodinámica, pero son realmente pocos los que de verdad entienden de aerodinámica. El desconocimiento (peor aún, el falso conocimiento) que rodea a esta ciencia es notorio en nuestros dias. Quizas uno piense que es algo poco importante, que la resistencia del aire es muy baja para ser tenida en cuenta, algunos incluso se preguntan si tiene sentido aplicar esta ciencia en los automoviles o en cualquier cosa que no sea un avión.

Pues siento decir que es un tremendo error menospreciar esta rama de la ciencia, y voy a dar varios ejemplos de la importancia que tiene.

En este video podemos ver como un simple viento de 65Km/h puede tirar un puente:



Por supuesto que la resonancia tambien tenia que ver en este caso, pero quedémonos con la idea de que la causa fué el viento, y la resonancia fué la que ayudó.

En el ciclismo, la mayoria de la fuerza que produce el ciclista sirve unicamente para vencer la resistencia aerodinámica. Incluso en un objeto tan pesado como un camión, la resistencia aerodinámica es responsable de casi la mitad del consumo del mismo a 90Km/h. En un coche promedio esto ocurre a menos velocidad, a una velocidad de tan solo 70Km/h.

Una vez le pregunté a un amigo si sabia cual era el factor limitante en la velocidad máxima de un coche, y me dijo que él pensaba que era la relación de marchas. Esta podria parecer una respuesta razonable, pero la realidad es que si pudiesemos cambiar la relación de marchas a nuestro antojo hasta conseguir la relación óptima, siempre nos topariamos con un máximo, por muchos cambios que hagamos en la caja de cambios nunca superaremos en condiciones normales esa velocidad. La razón es que la resistencia aerodinámica, a diferencia de otros tipos de rozamiento, aumenta con el CUADRADO de la velocidad (x*x). Esto significa que a 40Km/h la resistencia aerodinámica es 4 veces mayor que a 20Km/h, y es 16 veces mayor que a 10Km/h!!!.
Para que os hagais una idea: imaginad que desarrollais el cañón más potente de la tierra, usando la ultima tecnologia en aceleradores de partículas etc. Pues por mucha energia que utiliceis, muy dificilmente superareis los 11Km/s de velocidad, el cual es el record actualmente para una bala. Ni que decir tiene, que la bala se desintegraba nada mas salir del cañón, se transformaba literalmente en una nube de plasma y desaparecia en poco tiempo, vamos que no tiene viabilidad militar...
En un experimento reciente (2008) estuvieron probando con velocidades de 3Km/s y es impresionante como la propia bala se va desintegrando a medida que atraviesa el aire:




Es impresionante el efecto que produce la onda de choque sobre el aire, lo convierte en una especie de "lente"
Bueno, ya sabemos que la aerodinámica es muy importante, pues influye directamente en el consumo de nuestro coche e incluso los arquitectos la tienen en cuenta a la hora de diseñar edificios altos para que estos resistan los vendabales. Pero, ¿podemos luchar contra esta resistencia?

La respuesta es SI. Bueno, más que luchar, lo que tenemos que hacer es aliarnos con el viento, es decir, diseñar los objetos de tal forma que estos ofrezcan la mínima resistencia posible. Aquí es donde otra vez la mayoria de las personas vuelven a mostrar una falta de conocimiento de esta rama de la ciencia. La gran mayoria se imagina que la forma que menos resistencia aerodinamica crea es algo asi como una cuña afilada, o algo asi como un cono. Nada mas lejos de la realidad:
En ese dibujo vemos varios objetos enfrentados al viento, cada uno con una forma distinta. El coeficiente aerodinámico Cd es un número que mide lo buena o mala que es una forma atravesando el aire (en realidad el aire no se atraviesa, sino que lo desplazamos). Cuanto menor es este número, mejor aerodinámica tiene un objeto. Por ejemplo, un objeto que tenga un Cd (tambien conocido como Cx) de 0,30 ofrecerá la mitad de resistencia a igualdad de velocidad y de tamaño que otro objeto que tenga un Cd de 0,60. Como podeis ver, hay una forma que destaca en el dibujo por su bajisimo coeficiente: es la gota de agua:
En la naturaleza podemos ver esta forma por todos lados; en los pájaros, en los peces, incluso en insectos y en algunas semillas de árboles. Si nos fijamos por ejemplo en un delfín, tiene una cabeza redondeada y un cuerpo estilizado que va afinándose a medida que se acerca a la cola del delfín:

Por supuesto que el ser humano ha puesto en práctica lo que ha aprendido de la naturaleza, y gracias a ello podemos ver ciclistas a 130Km/h usando bicicletas especiales, como por ejemplo la Varna Diablo:






Otro diseño que ofrece una resistencia aerodinámica ridícula es el vehiculo que menos consume del mundo: el Pac Car II (1l/5.000Km) con un Cx de tan solo 0,07 Tambien podemos ver como se puede conseguir records de velocidad sin necesitar demasiada potencia. Han desarrollado una moto que alcanza 565Km/h con tan solo 425Cv de potencia. Esto es asi gracias a la excelente aerodinámica (una vez más XD) con un Cx de tan solo 0,08. La "moto" se llama BUB Streamliner Seven:



A estas alturas quizás más de uno se esté preguntando porqué un objeto con la punta afilada no ofrece mejor aerodinámica que uno con la punta redondeada...
¿Recordais como era el avión del principio? Se llamaba BlackBird SR-71 y hasta hace "poco" era uno de los aviones tripulados más rápidos del planeta: alcanzaba Mach 3 y los pilotos eran casi astronautas. Su funcion era el espionaje durante la guerra fria. Aquí podemos verlo junto con otros aviones supersónicos:
¿Porqué tienen forma triangular y tienen esa nariz tan afilada? La razón es que a velocidades supersónicas, la forma de la gota pierde eficiencia pues las ondas de choque se acumulan en exceso en el frontal, por lo que un frontal afilado "disminuye" la presión de la onda de choque, reduciendo a su vez la resistencia. Pero para velocidades inferiores a 500Km/h, es algo totalmente inútil, no obtenemos ninguna ventaja de un frontal afilado.
Por cierto, y para terminar, tambien existen coches supersónicos: os presento el ThrustSSC:



La explosión que se escucha en el video es realmente la onda de choque, la cual se produce al superar la velocidad del sonido. Impresionante!!!

Continuación: Aerodinámica, aquella incomprendida II