En los tres capítulos anteriores se han explicado los demás temas relacionados con la carrocería.
Aerodinámica de la carrocería
Cuando se mueve el automóvil ha de hacerse sitio desplazando el aire en su entorno.
De la calidad con se desarrolle este desplazamiento derivan aspectos dinámicos determinantes, el consumo/contaminación, ruido, prestaciones de velocidad y estabilidad entre otras.
La aerodinámica es la disciplina que estudia el comportamiento de los cuerpos al desplazarse y su relación con el aire.
La carrocería es la parte del automóvil con más influencia en su calidad aerodinámica.
Los tres ejes de desplazamiento
Al desplazarse el automóvil lo puede hacer en tres ejes o combinación de estos y son, según se representa en esta animación:
Z movimiento verticales:
- El coche sube y baja por efecto de los baches, orografía de la carretera y sustentación aerodinámica (se explica después)
Y movimientos transversales:
- Teóricamente el automóvil ha de seguir la trayectoria indicada con el volante pero hay situaciones en que se puede salir, viento lateral, curvas, …..
- En caso de viento racheado estos desplazamientos pueden ser rápidos y bruscos, por lo que la forma de lateral de la carrocería, su tamaño, presión de neumáticos y estado de los amortiguadores son aspectos trascendentales
X movimientos longitudinales:
- Es el desplazamiento habitual de avance
- Ha de abrirse paso el automóvil desplazando el aire a su alrededor, la forma en que lo hace es determinante para su calidad aerodinámica, seguridad activa y prestaciones relacionadas con la velocidad
He elegido para esta animación dos carrocerías muy diferentes, intuitivamente la de la imagen superior con formas cuadradas da sensación de peor aerodinámica que la inferior con formas muy redondeadas y continuas.
Aerodinámica de avance X
El avance es el movimiento principal del automóvil y, como se ha comentado, ha de abrirse espacio en el aire desplazándolo por encima, por debajo y hacia los lados.
La capacidad del automóvil de desplazar el aire al avanzar se mide por dos parámetros, su forma aerodinámica y el tamaño.
En la siguiente animación lo vamos a ver con un Jaguar XK (coche 1) y un Fiat 500 (coche 2):
Calidad de forma CX:
- Este dato, que es un número abstracto (sin unidades de medida), valora la calidad de la forma para avanzar
- Se mide en el túnel de viento que proyecta hacia el frente del automóvil chorros de aire a diferentes velocidades, al pasar por el automóvil se dividen para rodearle
- Mediante un control electrónico (actualmente) se conoce la “obstrucción” al paso del aire que ha supuesto el automóvil ensayado y se le da un número, cuanto más bajo mejor coeficiente de penetración aerodinámica CX
- En los dos coches de la prueba el 1 tiene un CX de 0,30 y el 2 de 0,33, es decir en principio es más aerodinámico el 1
Área maestra o superficie frontal S:
- Cuanto más grande sea un automóvil visto de frente, más aire ha de desplazar para avanzar
- Es el área maestra o superficie frontal S y se mide en m2
- De los coches de la prueba el 1 tiene una S de 2,3 m2 y el 2 de 2,0 m2, en este caso es mejor, más pequeño, este último
Resistencia aerodinámica al avance:
La fuerza que ha de vencer el automóvil para avanzar FX viene dada por la fórmula que se ve en la animación;
- FX; es la fuerza longitudinal que se ha de vencer
- K; es una constante que depende de diversos factores durante el ensayo, temperatura y presión del aire entre otros
- S y CX; área maestra o superficie frontal y coeficiente de penetración aerodinámica
- V; velocidad del automóvil o la simulada por los chorros de aire
- Según la fórmula las dos únicas variables de diseño son S y CX, siendo su multiplicación el factor que determina la calidad aerodinámica del automóvil; aplicando la fórmula a los dos coches del ensayo se ve que el producto S.CX es de 0,69 en el coche 1 y de 0,66 en el 2, lo que quiere decir que desde el punto de vista aerodinámico es más eficiente el 2 aunque su CX sea peor
Como la fórmula indica, la fuerza aerodinámica FX que se ha de vencer para avanzar se incrementa con el cuadrado de la velocidad (V2), lo que supone un aumento progresivo considerable de la potencia del motor necesaria para ganar velocidad, con repercusiones en consumo y contaminación
Sustentación aerodinámica
Al avanzar el automóvil sus formas determinan el CX, pero también tienen otro efecto, la sustentación.
Es en lo que se basa la aviación, el avión puede volar por la forma de sus alas.
Como en este artículo hablamos de coches centramos el tema didácticamente de esta forma, utilizando la animación siguiente:
- Las formas convexas (en rojo) tienden a generar sustentación positiva (+), es el efecto que levanta el avión (que se multiplica pues el aire también pasa balo el ala potenciando esta sustentación)
- En el automóvil tienden a aligerarle con la tendencia de levantarlo del suelo
- Las formas cóncavas (en azul) generan sustentación negativa (–) incrementando el peso del automóvil pegándolo más al suelo
- El equilibrio entre estas formas determina la tendencia de la sustentación dinámica del automóvil
- Para mejorar la sustentación se pueden incorporar spoiler:
- Spoiler delantero; aumenta la sustentación negativa en esta zona, se pega el coche más al suelo delante
- Si es un montaje añadido se ha de evitar alterar la refrigeración del motor, del aceite y de los frenos
- Spoiler trasero; se incrementa la sustentación negativa detrás, se pega más al suelo el coche en su parte trasera
- Es importante que los spoiler estén diseñados en el túnel de viento para cada coche específicamente
- Se pueden hacer dinámicos para que actúen según la velocidad de desplazamiento
- Faldones laterales:
- Al girar las ruedas el aire que despiden hacia atrás sale con muchas turbulencias que alteran la aerodinámica y generan ruidos
- Se reducen estos efectos añadiendo los faldones laterales, que guían las corrientes de aire hacia atrás con continuidad reduciendo las turbulencias
- Carenado de bajos:
- La parte inferior del automóvil es bastante discontinua por los elementos mecánicos, lo que genera alteraciones en los flujos de aire
- Se evita carenando los bajos, es decir tapando esta parte del automóvil con una/s placa/s de forma/s uniforme/s que permiten el paso continuo del aire
- Carenado de pasos de ruedas:
- El giro de las ruedas tiende a meter en el interior de sus cavidades en la carrocería, pasos de rueda, el aire en forma de torbellinos que generan resistencias y ruido
- Mediante el carenado de los paso de rueda se soslaya este efecto
Líneas de carrocería
La carrocería del automóvil, puede presentar diferentes líneas según sea su utilización o función, en la siguiente imagen se ven las más habituales describiéndolas por su denominación más genérica, pues hay otras complementarias de descripción y comerciales:
- Tres volúmenes; se diferencia la parte delantera, central y trasera. Puede tener dos o cuatro puertas
- Dos volúmenes; se diferencia la zona delantera y el resto. Puede tener dos o cuatro puertas, aunque se suelen denominar de tres o cinco puertas, pues lo más habitual es que el acceso por detrás sea mediante un portón
- Familiar; es como un dos volúmenes con más espacio detrás. Suelen tener cuatro puertas más el portón
- Monovolumen; es como su denominación indica un solo volumen en continuidad. El número de puertas suele ser de 4 más portón
- Cupé; es un automóvil de línea estilizada y baja con dos puertas e imagen más o menos deportiva. Puede tener 5 plazas, 4, 2 + 2 (las de atrás son pequeñas) o solamente 2
- Cabrio; es más o menos el mismo concepto que el cupé pero con posibilidad de circular si capota. Lo mismo en lo referente al número de plazas, si son dos se suele denominar roadster. Existe un combinado de cupé y cabrio con techo metálico que se esconde en ocupando parte del maletero
- Todoterreno; es un vehículo para circular fuera de carretera y cuenta con reductora
- Todocamino (SUV); suelen derivar de un turismo y emulan más o menos la línea del todoterreno pero no lo son (sin reductora), de hecho hay más versiones 4×2 que 4×4. Las siglas significan Sport Utility Vehicle, más o menos automóvil para el ocio y deporte en traducción libre
- Pickup; dispone de una caja de carga detrás y la cabina puede ser sencilla o doble
- Limousine; es un automóvil alargado para disponer de al menos tres filas de asientos y con todo lujo de detalles
- Fórmula; es un automóvil de competición con las ruedas en el exterior de la carrocería, sin guardabarros
- Furgoneta; cuentan con una zona de carga cerrada y más alta que la cabina. También pueden tener formato monovolumen
Hay líneas de carrocería que combinan varias de las explicadas; monovolumen – cupé, todocamino – cupé, monovolumen – todocamino, tres volúmenes – cupé, entre otras posibilidades.
