CURSO DE DISEÑO DE COCHES

Curso gratuito de aerodinámica del automóvil

Automotive Design & Marketing Management

​Factores que evitan el desprendimiento de la capa límite:

​En la entrega anterior vimos qué es la capa límite, aquí veremos algunas de las soluciones que se aplican para evitar el desprendimiento de la capa límite. Como siempre, su aplicación aislada no conlleva necesariamente a una solución o una mejora aerodinámica, debe de ser estudiada y analizada. Además, daremos explicaciones sencillas, sin embargo para entender las explicaciones matemáticas o al detalle es necesario un conocimiento más profundo y estudiar esta área a conciencia. Debido a que este curso está orientado a personas con intereses en diversos campos, no podemos adentrarnos en todos con tanta profundidad como nos gustaría hacerlo. Así que daremos soluciones que suelen funcionar, aunque después sea necesario un estudio sobre el mismo. 

Alerones de dos planos: Por norma general, los elementos aerodinámicos que se incorporan en un vehículo deben trabajar en mantener lo máximo posible el régimen laminar del vehículo. En Formula Uno por ejemplo, debido a la extensión del alerón se trabaja en dos piezas por lo que se disminuye la curvatura total del mismo, de este modo se evita que el alerón entre en pérdida, es decir, se desprenda la capa límite. Si esto ocurre, no habría ningún flujo de aire ejerciendo presión sobre el alerón, por lo que no haría el efecto de sustentación negativa que buscamos. Esto también se puede aplicar en otros vehículos que apliquen alerones con un mayor recorrido.
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​Generadores de vórtices: Casi siempre va a interesar un flujo laminar en los elementos aerodinámicos, pero como siempre, existen excepciones. En situaciones muy concretas puede llegar a interesarnos generar un flujo turbulento, cuando precisamente es lo que intentamos evitar por norma general. Es decir, a veces intentaremos hacer justo lo contrario a lo que llevamos todo el tiempo intentando evitar. Esto es debido a que el flujo turbulento aumenta la resistencia al avance (el Cx lo aumenta), pero, también incrementa la sustentación del vehículo (Cz negativo). 

Pero además de esto, es más factible que ocurra un desprendimiento de la capa límite cuando estamos en régimen laminar que cuando estamos en el régimen turbulento. Entonces, como ya hemos visto, es esencial evitar esa separación de la capa. 

Una solución habitual es modificar la geometría del vehículo haciendo que el cristal trasero baje con mayor suavidad, pero, sino se desea modificar esa la geometría del vehículo, se puede optar por los generadores de vórtices. Esto hace que, en zonas concretas, entre el régimen turbulento al crear pequeños vórtices que  generan mayor sustentación y evitan el desprendimiento de la capa límite. Algo que normalmente produce en un efecto negativo, con un buen estudio de aerodinámica se puede obtener un beneficio. También se aplica para modificar el comportamiento del aire, consiguiendo reconducir el aire hacia una zona deseada. 

Observemos los generadores de vórtices que lleva el Mitsubishi Lancer EVO 8 en la transición entre el techo y el parabrisas trasero. 

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Esperamos que estéis aprendiendo en este curso de diseño de transporte. 
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EL SUELO DEL COCHE Y LA AERODINÁMICA

El suelo del coche y la aerodinámica

Hemos comentado previamente que la parte baja de cualquier coche nos interesa que sea plana para que al aire no encuentre obstáculos y vaya “tocando” con los distintos componentes del coche. Si el suelo es totalmente plano, el aire pasará sin encontrar obstáculos, y no generará turbulencias. Pero esto se puede mejorar aún más y aprovecharse.

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Fuente: Siemens

Efecto Suelo: Se consigue empleando la forma de ala invertida en el fondo del vehículo, a causa de una zona de baja presión entre la parte inferior del coche y el suelo. Con la consecuente diferencia de presiones se crea el efecto de succión (más adelante veremos el por qué). De este modo se genera una sustentación negativa mucho mayor sin que se vea afectada la resistencia aerodinámica (al avance). Está prohibido o fuertemente regulado en la mayoría de competiciones.

Con el siguiente vídeo entenderemos porque su prohibición.

​En el diseño del Mercedes CLR se trató de crear un coche lo más largo posible pero con una batalla corta. Con esto se conseguían unos voladizos de mayor tamaño para aprovechar el efecto suelo y tener un difusor lo más grande posible. 

Por lo tanto, toda la sustentación negativa (downforce) se generaba prácticamente con los bajos del coche, y no tanto con los alerones, de este modo apenas se veía afectada la resistencia aerodinámica del vehículo. Además, la mayoría de los coches en competición tienen una cierta inclinación hacia delante para que la misma carrocería pueda generar algo de sustentación negativa, pero en el Mercedes CLR se desestimó esta opción para disminuir al máximo la resistencia aerodinámica. En el vídeo podemos ver qué ocurre al pasar en un cambio de rasante y que el aire entre por debajo del coche, lo cual nos deja bien claro los peligros de excederse con el efecto suelo.

​Aquí tenemos una situación similar con el Porsche 911GT1:
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Canal Venturi: El efecto Venturi se basa en el Principio de Bernoulli. El efecto Venturi dice que si una corriente de un fluido circula por un conducto cerrado y su sección se reduce, la velocidad de este fluido aumentará y entonces disminuirá la presión en ese punto. 

Lo importante de esta parte es, sin entrar en una explicación académica: Al aumentar la velocidad del fluido entonces disminuye la presión. 

Vayamos por partes: Es lógico que si una sección se reduce, entonces el fluido va más rápido. Esto lo podemos ver con una manguera. Si aprieto en el borde de la manguera el agua saldrá mucho más rápido de lo habitual. 

Entonces, aplicando ahora el efecto Venturi, dentro de un conducto cerrado, obtendríamos lo siguiente:
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• Superficie/Sección mayor: Menor es la velocidad del fluido y la presión aumenta
• Superficie/Sección menor: Mayor es la velocidad del fluido y la presión disminuye

Simplifiquemos esto entonces: Dónde hay una mayor velocidad de aire se produce una depresión, si la diferencia es considerable, esto conlleva un efecto de succión. 

En resumen y aplicándolo al canal venturi: 
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• Al incrementar notablemente la velocidad del aire crearemos una depresión y por lo tanto podremos generar una succión. Por lo tanto, si tengo dos fluidos cercanos, el que tenga mayor velocidad o menor presión atraerá al otro por succión. Siempre y cuando la diferencia sea notable. 

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La definición no es académica, pero nos vale para entender el funcionamiento del canal de Venturi. 

Entonces, si tengo dos flujos de aire, uno que va por debajo y otro que va por arriba del vehículo, me interesará que el de abajo tenga menor presión que el de arriba, así se crea el efecto de succión en el vehículo, el coche se quedaría “aplastado” en el suelo.  La mayor parte del rendimiento del efecto suelo proviene realmente de aprovechar la viscosidad, pero esto ya entra en materia de aerodinámica avanzada. 
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Por lo tanto ¿Cómo disminuimos la presión la presión del aire que circular por abajo? Muy fácil, aumentando la velocidad. 

Vamos al siguiente paso entonces: ¿Cómo conseguimos aumentar la velocidad del aire debajo del vehículo para crear succión? Esta parte es aún más fácil: Canalizando el aire y disminuyendo la sección, al igual que hacemos con una manguera y el chorro de agua. Esto es, en esencia, el funcionamiento del canal venturi.

Por lo tanto, buscaremos aumentar la velocidad del aire para crear esa depresión y el buscado efecto de succión. Hay una explicación técnica y limitaciones, pero esto se puede profundizar con un libro de aerodinámica específico. 

Debido a que la depresión resultante crea un efecto de succión se aprovecha en los bajos del coche para aumentar la adherencia del vehículo. 

Se canaliza el aire por la parte inferior del vehículo gracias a algunos de los añadidos aerodinámicos que hemos visto anteriormente, como el splitter. Ese flujo de aire se canalizará en la parte inferior del coche y saldrá expulsada por el difusor.
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​Difusor: Por normal general están ubicados en la parte trasera del vehículo, aunque también existen difusores frontales. Aumenta considerablemente la velocidad del flujo que va por debajo del coche creando un mayor efecto de succión al crear una depresión en la parte inferior del vehículo. 

Fuente: 1016 Industries

Con esto concluimos la última parte sobre aerodinámica de este curso de diseño de transporte. Es una parte un poco más densa que otras entregas ya que la aerodinámica es compleja. Al igual que ocurrirá en las siguientes entregas, siempre habrá materia que no podamos ver por limitaciones lógicas de tiempo y número de entregas.

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Os recomendamos algunos libros sobre aerodinámica, en ellos se podrá profundizar en muchos más conceptos, como en la compleja aerodinámica de un Formula Uno. En esta entrega nos hemos limitado a unas nociones de aerodinámica orientada siempre a vehículos de calle, ya sean utilitarios o deportivos. Aunque sea inevitable poner de ejemplo un Formula Uno, estos monoplazas tienen multitud de elementos aerodinámicos que no podemos ver en una sola entrega, como el mass dumper, f-duct, barge boards, la aleta de tiburón, los pontones o sidepods … Cabe aclarar que estas soluciones tan ingeniosas se deben a adaptaciones a los reglamentos de la FIA. Cuando cambia el reglamento queda en desuso, y muchas veces no llega a ser probado por los fabricantes para su posible aplicación en vehículos utilitarios. 

​La ​historia de la Formula Uno ha ido dejando cientos de soluciones aerodinámicas que después han caído en el olvido tras el cambio de reglamento. Sería un ejercicio interesante aplicar parte de esas soluciones aerodinámicas a vehículos deportivos de calle. 


Os dejamos aquí las redes sociales, agradecemos mucho los comentarios, aunque no podamos responder a todo siempre los leemos. También se agradece que podáis compartirlo a quién pueda resultarle de interés para hacer llegar esta información al mayor número de personas. ​
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​Si vuestro interés es la aerodinámica, con estas dos entregas tendréis una buena base para continuar con los libros. Estos, además de la aerodinámica en la Formula Uno, explican más a fondo la capa límite, el efecto Coanda, el aprovechamiento del flujo turbulento y el flujo interior del vehículo, ya que tan sólo hemos tratado el flujo exterior. 

- Race Car Aerodynamics: Designing for Speed (En español no hay ninguno similar). No entra en profundidad a nivel de cálculo pero explica  claramente todo lo que tienes que saber sobre aerodinámica en un coche. Es esencial para cualquier ingeniero que quiera dedicarse a esta rama, aunque esté en inglés. 

- Competition Car Aerodynamics: Es el otro libro clave en aerodinámica, para entender el Cfd y los distintos acoples y soluciones aerodinámicas de un coche de competición. 
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