Sustentación aerodinámica del automóvil

En el automóvil la aerodinámica se ha desarrollado en dos aspectos; reducir el esfuerzo para avanzar superando la resistencia del aire y mantener la suficiente fuerza sobre las ruedas para mejorar la adherencia.

En los coches de calle se trabaja sobre todo la aerodinámica para reducir los esfuerzos de avance y así disminuir consumo, ruido y contaminación. En los automóviles muy deportivos se busca disponer de adherencia a elevada velocidad, lo que implica empeorar la calidad aerodinámica relacionada con el consumo y contaminación.

Actualmente hay sistemas móviles para adaptar la aerodinámica del automóvil a la mejora del consumo o adherencia, un ejemplo de cada; las entradas de aire variables en la parte delantera hacia el radiador de refrigeración del motor afectan a la reducción de consumo; y el spoiler o alerones móviles, tanto delante como detrás, están enfocados a la estabilidad circulando rápido.

Para que la aerodinámica influya apreciablemente en el consumo se ha de circular a velocidades próximas a 90 km/h y superiores, y para que afecte a la estabilidad a velocidades mucho más elevadas, de hecho es en competición donde tiene mayor relevancia.

Concepto de sustentación aerodinámica

La sustentación determina si el objeto que se desplaza a elevada velocidad tiene tendencia a subir o bajar por los efectos de los flujos de aire, respectivamente sustentación positiva y negativa.

Para entrar en materia el mejor ejemplo es un avión, y concretamente sus alas; por la forma que tienen se generan fuerzas diferentes por encima y por debajo, induciendo efectos de sustentación positiva es decir el avión asciende.

Para descender se reduce la velocidad, menos efectos del aire sobre las dos superficies del ala, y se hacen pivotar unos alerones en la parte posterior de las alas que alteran los flujos de aire, estos alerones también sirven para despegar actuando en sentido contrario, pues la velocidad es reducida con relación a la de crucero.

No se han representado en el avión los alerones pues no trata este artículo de aeronáutica. En los detalles bajo el avión se resalta a la izquierda el efecto de sustentación positiva, hacia arriba, y en el de la derecha con el ala invertida se obtienen efectos de sustentación negativa, es decir hacia abajo.

Sustentación aerodinámica en el automóvil

Aplicando las anteriores explicaciones sobre los efectos de la sustentación según la forma, vamos a hacer similitudes didácticas con un automóvil.

En la imagen 2.1 se ve en la parte delantera donde comienza el capó que la forma induce sustentación positiva (tiende a levantar el automóvil a alta velocidad), en el comienzo del parabrisas la forma es opuesta generándose sustentación negativa (hacia abajo). La zona del techo con ligera curva tiene a generar sustentación positiva (hacia arriba). Al final de la luna trasera y comienzo del capó de este extremo (este coche es un tres volúmenes) la forma de esta curva genera sustentación negativa (hacia abajo), y al final del capó trasero la forma induce sustentación positiva (hacia arriba).

Tras estas explicaciones didácticas y teóricas vemos las demás imágenes.

Imagen 2.2; se incorpora un spoiler en la parte inferior delantera que genera fuerzas de empuje hacia abajo disminuyendo los efectos de sustentación positiva en el comienzo del capó.

En la imagen 2.3 se ha montado un spoiler al final del capó trasero que induce sustentación negativa que compensa la de la forma de la carrocería en esta zona.

La imagen 2.4 es del automóvil con los dos spoiler explicados, delante y detrás, al tener fuerzas de sustentación negativas (hacia a bajo), delante y detrás aumenta la adherencia y estabilidad si la velocidad es elevada y se generan los flujos de aire necesarios, se representa con la carrocería más baja con respecto al suelo por electo de las fuerzas aerodinámicas.

La ventaja de estabilidad implica merma de calidad aerodinámica relacionada con la resistencia al avance, es decir empeora el consumo y la contaminación.

Efecto suelo en el automóvil

En la imagen superior se ve que el suelo del automóvil es plano, suele ser además carenado para que la superficie lisa reduzca la generación de turbulencias y así mejorar la calidad aerodinámica relacionada con necesitar menos esfuerzo para el avance, consumos menores. Al ser el suelo plano y paralelo al suelo el aire pasa sin inducir efectos de sustentación sobre el automóvil.

En la imagen inferior el suelo de este coche tiene forma de ala invertida, provocando sustentación negativa al pasar muy rápidamente los flujos de aire por la elevada velocidad de marcha.

Para que sea efectivo en la adherencia y estabilidad este efecto suelo de sustentación negativa, más fuerza dinámica en el contacto ruedas – suelo en las huellas de los neumáticos, los flujos de aire han de pasar a muy alta velocidad y no escapar al exterior entre las ruedas de cada lado, por esta razón, aún circulando a muy alta velocidad el efecto suelo real en este automóvil no sería muy significativo.

Efecto suelo en Fórmula 1

En competición si es eficiente el efecto suelo para mejorar la estabilidad, ya que no existen los compromisos de utilización de un automóvil de calle.

Hace años los Fórmula 1 incorporaban los sistemas para lograr el efecto suelo más completo, como se ve en estas dos imágenes. La forma de los bajos entre los dos pontones laterales y la zona central tiene forma de ala invertida.

Para que no se escapen los flujos de aire entre las ruedas de cada lado, en los laterales exteriores de los pontones se colocan unas faldillas flexibles que están en contacto con el suelo, haciendo lo más estanco posible el recorrido de los flujos de aire.

Como la velocidad de circulación es muy alta se logra mucha sustentación negativa por el efecto suelo, lo que permite aumentar bastante la velocidad de paso por curvas sin incrementar el peso del Fórmula 1.

Hubo incluso al menos una escudería (Brabham) que incorporaba un ventilador de succión en la parte trasera que potenciaba el paso del aire bajo el coche logrando aumentar sensiblemente el efecto suelo, se representa en las imágenes.

Esta tecnología duró poco tiempo, primero se prohibió el ventilador y después las faldillas, pues en caso de que se dañasen estas la merma de estabilidad era considerable y el piloto no lo detectaba hasta que se producía con los riesgos inherentes.

Se sigue disponiendo actualmente del efecto suelo pero sin las faldillas ni ventiladores de succión. Este sistema aerodinámico se utiliza en automóviles súper deportivos al poder alcanzar velocidades lo suficientemente altas para que su actuación sea efectiva.

Enlaces relacionados en el blog

Sección “Tecnologías limpias”

    • “La carrocería, consumo y contaminación” (18.06.2014).

Sección “Nuevas tecnologías”

    • “Consumo del motor térmico” (26.06.2013).

Sección “Actualidad”

    • Relación entre prestaciones y características técnicas” (imagen y texto 4, 17.05.17).

Sección “Tecnología del automóvil”

    • “Carrocería IV” (11.09.2013).

Sección “Curso de tecnología básico”

    • “1.5.4. Aerodinámica” (2.05.2014).

 

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2 comentarios

  1. Aprendemos muchísimas cosas con vuestros posts, que son geniales. ¡Seguid así!. Desde Taser 24 Horas, un taller abierto las 24 horas todos los días del año, os queremos dar la enhorabuena.
    Un enorme saludo, 
    http://www.taser24h.es/

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