Carrocería; consumo y contaminación

La aerodinámica del automóvil es el factor más influyente en el consumo y contaminación circulando en carretera, y la carrocería tiene especial protagonismo además de otros aspectos que se van a comentar en este artículo.

La aerodinámica de la carrocería

Con las siluetas de tres automóviles con diferentes formas de carrocería, Citroën Traction, Renault 4 CV y Saab 92, vemos aspectos relacionados con su aerodinámica:

    • El automóvil ha de hacerse sitio para avanzar, evacuando el aire por arriba, por debajo y a ambos lados de su carrocería
    • Las alteraciones en los flujos continuos de aire exigen más energía del motor para avanzar, consumo y contaminación
    • Además, las turbulencias tienen influencia negativa sobre la aerodinámica. Hay varias zonas de turbulencias en el automóvil, veamos dos de estas para empezar:
      • Las aberturas en el frontal para la refrigeración del motor. En el Renault 4 CV se representan detrás pues es dónde va su motor y el radiador de refrigeración
      • Las entradas de aire exterior bajo el parabrisas para la climatización del habitáculo

 

Si se hacen las líneas externas de la carrocería más continuas, sin resaltes, y se reducen las holguras entre los diferentes componentes móviles se logra mejor resultado aerodinámico, pero la refrigeración del motor y climatización siguen necesitando aire.

Influencia de la aerodinámica en el consumo y contaminación

La influencia de la aerodinámica de la carrocería es proporcional a la velocidad de marcha. En automóviles de uso exclusivamente urbano se reduce su implicación en el consumo y contaminación. La aerodinámica del automóvil se basa en dos factores, su tamaño (superficie frontal), que no vamos a tener en cuenta en este artículo, y la calidad de forma indicada por el coeficiente de penetración aerodinámico, CX, cuanto menor sea su valor mejor aerodinámica. Para tener idea de la importancia de la aerodinámica en el automóvil veamos la siguiente animación con la silueta de un Renault Avantime:

    • Circulando a 90 km/h la influencia de la aerodinámica sobre el consumo es aproximadamente de un 30%. A 120 ya llega a más del 55% para seguir creciendo su influencia de forma exponencial con la velocidad
    • Ya hemos expuesto que si aparecen torbellinos o turbulencias de aire en algunas zonas la aerodinámica se resiente
    • Las que se puedan producir en la superficie externa de la carrocería se han ido reduciendo con formas más suaves y continuas, con los mínimos resaltes
    • Pero hay zonas críticas como son:
      1. En el frontal o zona de entrada de aire para refrigerar el motor; el efecto de los flujos de aire sobre el radiador generan fuertes turbulencias, y las vías de salida del aire de nuevo al exterior son sinuosas
      2. Bajo el parabrisas para la entrada de aire de climatización; la regulación térmica del habitáculo se logra adaptando la temperatura del aire exterior que entra, calentándolo o enfriándolo según las necesidades de confort
      3. En el interior de los pasos de rueda; se suman las turbulencias inherentes a la velocidad de marcha generadas por los elementos de suspensión, dirección y transmisión, y la rotación de las ruedas
      4. Los bajos del automóvil; los elementos mecánicos de formas desiguales y los estructurales de la carrocería alteran los flujos de paso del aire
    • ¿Es posible reducir las turbulencias que se producen en estas cuatro zonas?, vamos a verlo a continuación

 

El CX del Renault Avantime es 0,34.

Aerodinámica activa; control de las turbulencias variable

Desde hace años se cuida mucho la aerodinámica exterior de la carrocería, lo que ha permitido colaborar en la disminución del consumo y contaminación en carretera. Pero hay zonas donde es más difícil reducir las turbulencias, por necesidades técnicas, de confort y coste para su reducción. Veamos algunas soluciones para mejorar los resultados aerodinámicos relacionados con la refrigeración y climatización con la animación siguiente, sobre la silueta de un Mercedes CL:

    • Las aberturas en el frontal, para la entrada de aire hacia el radiador y enfriar el líquido de refrigeración del motor, están diseñadas para las condiciones térmicas más críticas, elevada temperatura ambiental, uso intensivo del automóvil y subidas. Pero en las demás situaciones no es necesaria tanta entrada de aire
    • Trampillas de refrigeración activas; se colocan detrás de la entrada de aire hacia el radiador unas trampillas dinámicas, pueden estar en cualquier posición entre totalmente abiertas o cerradas, e incluso con control independiente para cada una. En función de las necesidades de refrigeración el control electrónico adapta la posición más adecuada de las trampillas, lo que permite reducir las turbulencias generadas a las imprescindibles
    • Trampillas de climatización activas; aplicamos la misma tecnología ahora en las entradas bajo el parabrisas para la climatización. Son complementarias a las que incorpora el sistema para direccionar el aire en el interior del habitáculo y cerrar su paso, para que se reduzcan las turbulencias justo en la zona exterior de la carrocería, por donde entra el aire

 

Cuando la aerodinámica no era un factor muy desarrollado en los automóviles, se producían fuertes turbulencias en la parte baja del parabrisas, lo que permitía mucho flujo de aire para la calefacción y aire acondicionado, incluso a velocidades medias. Al ir mejorando la aerodinámica las turbulencias disminuyeron, de forma que solamente eran suficientes a elevadas velocidades. Se hizo necesaria la utilización permanente de la turbina de climatización para forzar la entrada de aire y lograr buen confort térmico.

El CX del Mercedes CL es 0,26.

Aerodinámica activa; control de las turbulencias variable

Siguiendo en la búsqueda de mejoras aerodinámicas entramos en otras zonas mejorables, los pasos de rueda y los bajos del automóvil, con esta animación basada en la silueta de un Citroën DS21:

    • Pasos de rueda carenados; en los huecos interiores de las ruedas, pasos de rueda, hay elementos mecánicos de suspensión, dirección, transmisión y frenos, que dificultan el paso de las corrientes de aire provocando turbulencias. Se reducen carenando el interior de los pasos de rueda, es decir haciendo superficies lo más continuas posible con las aberturas necesarias para los elementos mecánicos
    • Bajos de carrocería carenados; en aire desplazado bajo el automóvil se encuentra con alteraciones a la continuidad de su paso, el cárter del motor, caja de cambios, transmisiones, sistema de escape, estructura de carrocería, brazos de suspensión entre otros. Se reducen los efectos sobre el paso del aire con el carenado de los bajos, tratando de que la superficie inferior del automóvil sea lo más lisa y continua posible
    • Suspensión de altura variable; si la altura sobre el suelo del automóvil disminuye, el flujo de aire que pasa por debajo es menor, mejorando sensiblemente la eficacia aerodinámica, más cuanto más rápido se circule. Pero un automóvil demasiado bajo en carretera, con asfalto en buenas condiciones y liso, tendrá riesgos de tocar con el suelo en zonas bacheadas y entradas/salidas de garajes con rampa. Se soluciona con suspensiones que pueden modificar en marcha la altura de la carrocería, mediante mando seleccionable por el conductor y, según modelos también automáticamente; al superar cierta velocidad la carrocería baja una determinada altura, que se recupera al caer de nuevo la velocidad

 

Con muy buena aerodinámica puede que el automóvil tienda a levantarse sobre el suelo a elevadas velocidades, sustentación, por lo que los automóviles de competición incorporan ciertos aditamentos que le “pegan” al suelo, son los spoiler. Reducen la eficacia aerodinámica pero mejoran la seguridad activa (estabilidad).

El CX del Citroën DS21 es 0,38.

Coeficiente de penetración aerodinámica CX en diferentes automóviles

La calidad de forma aerodinámica ha ido mejorando con el paso del tiempo con líneas más fluidas y complementos, de los que se han expuestos los más utilizados. Pero ha habido automóviles adelantados a su tiempo desde el punto de vista de la eficacia aerodinámica, que no siempre resulta ser la que parece por la línea exterior. En la imagen siguiente se ven once automóviles de distintas épocas y tipos de carrocería para que se puedan comparar los resultados de sus respectivos CX, que a continuación transcribimos de mejor a peor. Antes una observación; en cada modelo de automóvil hay diferentes versiones, con mecánicas y ruedas distintas entres otras cosas, el CX que se da suele ser el del modelo más sencillo, con menos necesidades de refrigeración y ruedas más pequeñas, por lo que hay variaciones entre sus cualidades aerodinámicas en la gama:

    • 0,26 Mercedes CL; es un coupé “grande” con todos los complementos aerodinámicos
    • 0,27 Nissan GTR; es un coupé deportivo con aerodinámica especialmente cuidada para ser un automóvil muy próximo a la competición
    • 0,28 Hyundai i40; berlina de cinco plazas de tamaño medio que logra excelentes resultados aplicando algunas de las soluciones explicadas
    • 0,30 Saab 92; excepcional valor para este coche que se gestó en 1.947. Se explica porque esta empresa fabricaba aviones y diseñó este automóvil con la forma aerodinámica de la carlinga de un avión. Se valoran más los resultados al no tener carenados los pasos de rueda. Los bajos pueden ser bastante uniformes al tener el motor delante y también la tracción
    • 0,31 Citroën C5; es un buen valor para la primera versión de este modelo de turismo de tamaño medio
    • 0,33 jaguar XK; este coupé no mejora su aerodinámica probablemente por la inclusión de spoilers y complementos para evitar la sustentación a elevada velocidad
    • 0,34 Renault Avantime; es una carrocería en el inédito formato de coupé monovolumen de buen tamaño
    • 0,36 Porsche 356; por la forma de la carrocería parece que el CX debería ser mejor, probablemente no lo es por la reducida inclinación del parabrisas y no contar con carenados en los pasos de rueda ni en los bajos, aunque el motor trasero por detrás del eje permite unos bajos más o menos uniformes
    • 0,36 a 0,38 Citroën DS21; su línea parece muy aerodinámica, sin embargo no lo es tanto. El parabrisas poco inclinado y otros detalles, como los explicados en este artículo, que no se contemplaban en la época son las razones
    • 0,43 Jaguar Type E; estamos en lo mismo, parabrisas poco inclinado, además de que al ser descapotable se generan turbulencias por arriba poco controladas
    • 0,54 Mercedes G; se cumple en este caso lo que se espera, es una carrocería “cuadrada” de todoterreno extremo que opone mucha resistencia al avance, la carretera y las velocidades elevadas no deberían ser su utilización habitual

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En el blog; “Consumo del motor térmico”

http://autastec.com/blog/nuevas-tecnologias/consumo-con-motor-termico/

En el blog; “Suspensión pilotada del Renault Safrane”

http://autastec.com/blog/organos-elementos/suspension-pilotada-renault-safrane/

Otros enlaces

http://blogs.km77.com/arturoandres/files/2011/05/eco-cced-carenado1.jpg

http://www.arpem.com/coches/coches/mercedes/clase_b/fotos/2011/aerodinamica-1.jpg

http://www.arpem.com/coches/coches/corvette/stingray/fotos/2013/2p-aerodinamica.jpg

http://www.km77.com/00/mercedes-benz/clase-a/2012/motores-transmision.asp

Imágenes de los coches de la comparativa de CX

Porsche 356

http://members.rennlist.com/944sandmore/r3561.jpg

Jaguar Type E

http://img.favcars.com/jaguar/e-type/wallpapers_jaguar_e-type_1961_1.jpg

Saab 92

http://globalcarbrands.com/i/saab/saab-96-granturismo-750/saab-96-granturismo-750-03.jpg

Nissan GTR

http://imagenes.km77.com/fotos/bbtcontent/clipping/KM7KPH20131119_0032/5.jpg

Hyundai i40

http://www.demarkarecambios.es/images/modelos/70-99.jpg

Jaguar XK

http://images.dealer.com/autodata/us/640/color/2014/USC40JAC111B0/BRGM.jpg

Mercedes CL

http://www.seriouswheels.com/pics-2014/klm/2014-Mercedes-Benz-S-Class-Coupe-Silver-Static-11-1920×1200.jpg

Renault Avantime

http://www.curbsideclassic.com/wp-content/uploads/2013/06/Renault-avantime-44.jpg

Mercedes G

http://motorgiga.com/cargadatos/fotos2/mercedes/g-class-(suv-todocamino)-2006/800px/Delantero.jpg

Citroën DS21

http://media.caranddriver.com/images/10q1/338131/1966-citroen-ds-21-pallas-photo-338186-s-1280×782.jpg

 

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