¿Qué es la energía cinética en un coche?

Es la energía que resulta de la masa y la velocidad del vehículo. Al reducir la velocidad o detenerse, esta energía se transforma en otra forma de energía, y a mayor capacidad de deformación, mayor absorción de energía.

¿Por qué la carrocería debe deformarse en un choque?

Debe deformarse de modo predefinido para transformar la máxima energía del choque en trabajo de deformación. Así se protege el habitáculo, que se mantiene rígido e indeformable.

Fundamentos de carrocería automotriz: estructura, esfuerzos y aerodinámica

Resumen

El documento explica cómo se diseña la carrocería de un automóvil para soportar esfuerzos como tracción, flexión, torsión y cizalladura. Recoge conceptos de energía cinética, la estructura por módulos, las solicitaciones constructivas (rigidez, vibraciones, durabilidad, reparación y choque) y los principios básicos de la aerodinámica automotriz y los flujos de aire.

Puntos clave

Los esfuerzos principales sobre la carrocería son tracción, flexión, torsión y cizalladura.
La energía cinética depende de la masa y, de forma cuadrática, de la velocidad: al doble de velocidad, cuatro veces más energía.
La carrocería se divide en módulo delantero, habitáculo central (rígido e indeformable) y módulo trasero.
En un choque, los largueros se deforman de forma programada para absorber energía y proteger el habitáculo.
La forma ideal para la aerodinámica es la de gota de agua, y la parte trasera influye más que la delantera.
El flujo exterior de aire, por su tamaño, forma y velocidad, es el factor que más influye en la resistencia al avance.

Ponte a prueba

1. Características de la Carrocería y Esfuerzos

Las fuerzas principales que actúan sobre la carrocería son:

Tracción: Marcha.
Flexión: Peso.
Torsión: Desplazamiento vertical.
Cizalladura: Impactos.

2. Concepto de Energía Cinética

Es la consecuencia de la masa y la velocidad. Un coche que se desplace a la misma velocidad que otro con el doble de peso, tendrá el doble de energía cinética. Un coche igual a otro, pero que se desplace al doble de velocidad, tendrá una energía cinética cuatro veces mayor.

La energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma. Cuando el coche reduce la velocidad o se detiene, esta energía cinética se transforma en otra energía. A mayor capacidad de deformación, mayor capacidad de absorción de energía.

3. Concepto Estructural de la Carrocería

Módulo delantero o frontal: Protege la zona central, transformando la energía de colisión en energía de deformación programada y progresiva.
Módulo central: Habitáculo, zona más rígida e indeformable.
Módulo trasero: Cumple la misma función que el delantero.

4. Solicitaciones Constructivas

Rigidez: El chasis no debe retorcerse ni flexionarse durante la marcha. Da ventajas como menos vibraciones, menor cantidad de ruidos, mantenimiento de la posición y tolerancias, conducción más fácil, resistencia a roturas y sensación de solidez.
Vibraciones: Los componentes susceptibles de vibración deben tener una estructura y geometría adecuada mediante acanaladuras, variaciones del espesor, uso de insonorizantes, tacos de goma y silentblocks.
Durabilidad: Se usa una construcción sólida y estable que presta atención a los puntos de apoyo del tren de rodaje, dirección y tracción, uso de materiales que no envejecen y una adecuada protección anticorrosiva.
Facilidad de reparación: Los elementos exteriores disponen de buena accesibilidad interior.
Aerodinámica: Permite obtener una adecuada economía de consumo, buen comportamiento dinámico y una buena evacuación del agua que salpica.
Comportamiento en choque: Debe deformarse de modo predefinido, transformando la máxima energía de choque en trabajo de deformación. Los largueros se deforman en la colisión. Para que sea adecuado, se incorporan taladros o muescas que dirigen la deformación. Las carrocerías evitan la intrusión de elementos mecánicos en el habitáculo; para ello, los pilares forman con el techo una jaula protectora. También tienen panel de fuego y panel trasero, protecciones laterales, travesaños de habitáculo, pilares y puertas reforzadas.

5. Aerodinámica Automotriz

Es la ciencia que se ocupa del movimiento del aire y fluidos gaseosos, y de las acciones ejercidas por el aire en cuerpos sólidos. Cualquier cuerpo que se mueve ha de hacerlo contra la resistencia del aire, teniendo que desplazarlo hacia el espacio que ha quedado libre.

Problemas aerodinámicos:

Desestabilizar el coche con viento cruzado.
Es una fuente de ruido.
Condiciona la habitabilidad.
Limita la eficacia del limpiaparabrisas.
Provoca el ensuciamiento de la carrocería.

Los diseñadores deben conseguir la menor resistencia aerodinámica; lo ideal sería una forma de gota de agua. Para una resistencia mínima, la anchura y longitud deben ser de 1/3, y la parte trasera es más importante que la delantera en cuanto a aerodinámica.

6. Flujos de Aire

Flujo interior: Aire de ventilación del habitáculo utilizado en admisión y refrigeración del motor (es el 20% de la resistencia aerodinámica). La aerodinámica interior debe mantener la temperatura interior constante, renovar el aire, no variar la humedad y permitir varios niveles de temperatura.
Flujo exterior: El aire que va sobre la carrocería y el que va entre la misma y el suelo. Los factores que más influyen en la resistencia al avance son el tamaño y forma de la carrocería, la velocidad del coche respecto al aire y la densidad del aire. También influye la uniformidad: a mayor flujo laminar, menor resistencia aerodinámica. Con turbulencias, después de la capa laminar el aire se transforma en turbulento, pierde velocidad y cambia de dirección.