Aerodinámica en el vehículo. Resistencia aerodinámica

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Con un especial énfasis en el consumo de combustible y la reducción de emisiones de escape, la optimización de la eficiencia de un vehículo se ha convertido en uno de los puntos más importantes a la hora de su diseño. Para conseguirlo, uno de los factores a tener en cuenta es la aerodinámica.

Para hacernos una idea de la importancia de la aerodinámica, debemos saber que en un vehículo convencional circulando a más de 80 km/h, la potencia necesaria para vencer la resistencia aerodinámica es mayor que la necesaria para vencer la resistencia mecánica.

                                                                potencia-velocidad

La resistencia aerodinámica es producida por: el flujo de aire circulando por el cuerpo exterior del vehículo y el flujo que circula a través del radiador por el interior para ventilación, climatización, etc. El primero de ellos supone el 90% del rozamiento aerodinámico del vehículo.

La resistencia aerodinámica del vehículo viene determinada por:

Roz aero

Donde:

ρ = densidad del aire

CD= coeficiente de resistencia aerodinámica

Af= área frontal del vehículo proyectada en la dirección del movimiento

Vr= velocidad

De dicha ecuación deducimos que la resistencia es proporcional al cuadrado de la velocidad, por lo que la potencia requerida para vencer esta resistencia será el cubo de la velocidad. Esto quiere decir que si aumentamos al doble la velocidad, la potencia necesaria para vencer este rozamiento se incrementa ocho veces.

El área frontal del vehículo se puede determinar a partir del plano, pero también existe una fórmula aproximada basada en bases de datos de vehículos que nos permiten determinar el área frontal como:

area frontal

Donde mv es la masa del vehículo en kg

El coeficiente CD se obtiene en el túnel de viento con prototipos a escala o vehículos a escala real. En Europa son comunes las escalas 1/4 o 1/5 para vehículos convencionales, mientras que para vehículos comerciales se recomienda la escala 1 /2,5.

                                                          tunelviento

rozamientoaerodinámico

La forma del vehículo tiene una gran influencia en el valor del coeficiente de resistencia aerodinámica. En la figura vemos algunos ejemplos de vehículos con diferentes coeficientes para diferentes formas

Estudios demuestran que la reducción del coeficiente de 0,5 a 0,3 permite una reducción en el consumo de combustible de aproximadamente un 23%.

Pero el valor de este coeficiente puede diferir del valor calculado debido a ciertos hábitos de uso del vehículo, como vemos en la siguiente figura:

coef2

Acciones como llevar la ventanilla abierta, abrir el techo… producen un aumento en el coeficiente de resistencia aerodinámica considerable, con el consiguiente aumento en el consumo de combustible.

Bibliografía:

J.Y. Wong, Theory of ground vehicles. Ed. John Miley & Sons Inc. 3ª edición. Carleton University, Ottawa.

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