viernes, 14 de agosto de 2009

Aerodinámica y las pequeñas modificaciones

Cuando alguien piensa en como hacer un vehículo más aerodinámico muchas veces se le pasan por la cabeza formas extravagantes y afiladas que definitivamente no pueden ser llevadas a la práctica, por lo que terminan pensando que no se puede mejorar aerodinámicamente los vehículos. Esta manera de pensar es incorrecta: pequeñas modificaciones pueden producir grandes cambios. Pensemos en las siguientes 3 imágenes:

Si observamos, los dos primeros autobuses son casi idénticos, y el tercero en cambio tiene serias modificaciones estructurales. Alguien que no sepa mucho de aerodinámica podria decir que el tercer diseño es mucho más aerodinámico que los dos primeros, pero no es del todo cierto.

El primer modelo tiene aristas sin redondear, con lo que el Cx es de 0,88 (muy alto), sin embargo el segundo modelo posee unas aristas muy suavizadas en el frente, con lo que el Cx baja a 0,36 (menos de la mitad!!!). Sin embargo el tercer modelo, a pesar de presentar una inclinación pronunciada en el parabrisas delantero, el Cx tan solo se reduce en dos centésimas: 0,34

La conclusión que se obtiene es que lo que parece aerodinámico, puede no serlo, y que pequeñas modificaciones pueden cambiar radicalmente el comportamiento aerodinámico de los objetos. Una de esas pequeñas modificaciones son los generadores de vórtices:

Estos pequeñisimos dispositivos pueden alterar seriamente el flujo de aire creando pequeños vórtices o remolinos que consiguen aderir el flujo de aire a la superficie con mayor facilidad.

En aeronáutica se utilizan para aumentar la sustentación de las alas del avión. En la siguiente imagen observamos la diferencia entre un ala con y sin generadores de vórtices:


Si se aplican estos vortex generators a la parte trasera de un camión (por ejemplo) conseguiriamos reducir significativamente el vacio que se crea detras del mismo y que es el responsable de la mayoria del drag, o resistencia aerodinámica, del camión. Hace un tiempo diseñe un dispositivo que utiliza estos vórtices para reducir significativamente el drag, aunque me temo que por temas legales no se puede utilizar en la actualidad (sobrepasa la longitud total del camion):



Ahora pensad: si pequeñas modificaciones pueden producir grandes ventajas, ¿que efectos negativos pueden crear grandes modificaciones mal hechas, como ocurre la mayoria de las veces en el tuning?
Este último caso es curioso, no solo porque los automóviles de calle no necesitan alerones, sino porque el propietario de este vehículo ha puesto el aleron al reves, lo cual puede producir bastante lift y generar un accidente a alta velocidad...

2 comentarios:

  1. Hola , interesante hilo, perfectamente explicado, buen trabajo.

    En el tema de los alerones también se puede explicar que la moda de poner ruedas anchas y alerones proviene de EEUU, allí los vehículos son primordialmente tracción trasera, por lo que estos elementos son útiles

    Aquí los vehiculos son primordialmente de tracción delantera, poner ruedas anchas atrás sin tracción no es mas que un lastre, ademas el vehículo tendera a irse de morro (subvirar) y la conducción será incomoda (le cuesta girar)

    Colocar a nuestros coches un alerón es sumamente ridículo, el consumo en velocidad normal aumentará y en altas velocidades conseguiremos que se pegue la parte trasera al suelo, disminuyendo el contracto de las ruedas delanteras y por ende disminuyendo la tracción (al rozar mas gastaremos también mas neumático), para colmo el aire se colará por debajo del coche, generando mas resistencia al avance, y pudiendo generar un colchón de aire que "levante" el coche, cosa que no ocurriría si el aire pasa por encima obligando al coche a pegarse al asfalto (sin alerón)

    Total, un error fatal!

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  2. Estupendo hilo y bien explicado. Gracias.

    Respecto al comentario de Diego encuentro algunas teorías que son muy usuales pero que no son correctas. Intentare razonarlas lo mejor posible.

    "el vehículo tendera a irse de morro y la conducción sera incomoda"

    Es correcto que una rueda mas ancha seria un lastre pero no por llevar una rueda mas ancha en la parte de atrás se va a ir de morro. De hecho en según que situaciones (lluvia, nieve o cualquier superficie con un coeficiente de adherencia muy bajo) tendería a sobrevirar. ¿Por que? Pues vamos a simplificar el coche a un solo neumático. Este neumático, para producir un agarre (grip) necesita una presión, que vendría determinada por el peso del vehículo. Esta claro que si separamos el neumático del suelo y lo hiciéramos girar no avanzaría, porque la presión es 0, pero cada neumático esta preparado para una presión determinada. ¿Que pasa si ponemos un neumático estrecho con una presión X? pues que la presión se divide por toda la superficie en contacto con el suelo (parche de contacto), pero si ponemos un neumático ancho tenemos un parche de contacto mayor por lo cual cada punto del parche de contacto recibirá menos presión y no estará siendo efectivo. También cabe decir que los coches con tracción trasera suelen tener las ruedas motrices mas anchas pero ademas de ser por la tracción (explicar esto es adentrarnos mucho en el tema) también hay que tener en cuenta la transferencia de pesos al acelerar, así que la presión de los neumáticos trasero al acelerar aumenta.

    "Colocar a nuestros coches un alerón es sumamente ridículo"

    No es tan ridículo como dices, lo que es ridículo es poner cualquier elemento aerodinámico a nuestro antojo sin saber que va a producir. Si vamos a circular a altas velocidades con nuestro coche ( siendo un coche convencional ) probablemente a 200Km/h el peso del coche sea de 50Kg (hazte a la idea de la presión que reciben los neumáticos) ¿peligroso? Si, mucho. Es la diferencia de comprarte un Ferrari, que a medida que aumenta la velocidad aumenta la presión contra el suelo (Coeficiente Cz) incrementando también la capacidad de atravesar el aire a peor (Coeficiente Cx) o comprarte cualquier coche convencional que a medida que aumenta la velocidad disminuye la presión contra el suelo. Pues bien, para solucionar este problema de los coches convencionales se utilizan los alerones que consiguen que al aumentar la velocidad aumente la presión contra el suelo.

    "disminuyendo el contracto de las ruedas delanteras y por ende disminuyendo la tracción (al rozar mas gastaremos también mas neumático), para colmo el aire se colará por debajo del coche, generando mas resistencia al avance, y pudiendo generar un colchón de aire que "levante" el coche, cosa que no ocurriría si el aire pasa por encima obligando al coche a pegarse al asfalto (sin alerón)"

    A la velocidad que consigues que se pegue la parte de atrás al suelo, dudo que tengas tanta potencia como para necesitar tracción...

    Al pasar el aire por debajo no se crea un colchón de aire que levanta el coche. de hecho es conveniente que pase por debajo ya que por la parte de arriba tiene que hacer mas recorrido, por lo tanto aumenta la velocidad del aire ( que no deja de ser un fluido) y al aumentar la velocidad disminuye la presión y el coche se despega del suelo. Haciendo referencia a lo de antes del Ferrari, alomejor no era el ejemplo mas correcto ya que si te fijas muchos Ferraris no llevan alerón sin embargo al aumentar la velocidad aumenta la presión contra el suelo. ¿Como consiguen esto? Con el efecto suelo, muy simplificadamente explicado, mediante un fondo plano, un difusor trasero, la altura al suelo y algún elemento mas consiguen que el aire se acelere en la parte de abajo del coche superando la velocidad de la parte de arriba y así disminuyendo la presión el el fondo del coche.

    Un saludo.

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