Ingeniería de Productos: Diseño, Simulación y Aerodinámica Automotriz Avanzada

Principios Fundamentales del Diseño y Fabricación de Productos

Criterios Esenciales de Diseño

• Condiciones de Visibilidad: Asegurar una óptima percepción visual del producto y su entorno.
• Funciones Mecánicas: Garantizar el correcto desempeño y fiabilidad de los componentes mecánicos.
• Posibilidad de Fabricación y Facilidad de Reparación: Diseñar pensando en procesos de producción eficientes y en la sencillez para futuras reparaciones.
• Condiciones de Seguridad: Priorizar la seguridad del usuario y del entorno durante el uso y mantenimiento del producto.
• Atractivo Estético: Crear un diseño visualmente agradable y funcional.

Optimización para la Producción y Vida Útil

• Facilitar al máximo la transición a la fase de fabricación.
• Garantizar una alta funcionalidad y una larga vida útil del producto.
• Minimizar el número de piezas constituyentes y asegurar un desmontaje sencillo.
• Maximizar el número de piezas aprovechables para otros modelos, fomentando la estandarización.
• Diseñar con piezas reciclables para promover la sostenibilidad.
• Buscar una excelente relación calidad/precio para el consumidor.

Simulación y Prototipado en el Desarrollo de Productos

Prototipado Virtual y Modelado

El prototipado virtual es una fase crucial que permite:

• Ensayar diferentes soluciones técnicas de manera eficiente.
• Simular el funcionamiento de cada pieza individualmente.
• Introducir modificaciones de diseño de forma ágil.
• Ensamblar piezas virtualmente e integrarlas en el conjunto al que van a pertenecer, analizando su compatibilidad y rendimiento.

Análisis por Elementos Finitos (FEA)

El Análisis por Elementos Finitos (FEA) es una técnica de simulación avanzada que implica:

1. Se realiza una discretización finita de la pieza, dividiéndola en trozos muy pequeños (elementos).
2. A estos pequeños elementos se les aplican las ecuaciones clásicas de comportamiento elástico resistente en función de la geometría, las cargas aplicadas y las propiedades del material.
3. Una vez realizado este mallado, se aplican cargas exteriores en algunos de esos pequeños elementos.
4. Se estudia cómo se deforman y cómo transmiten las cargas a sus elementos adyacentes, y estos a los siguientes, permitiendo predecir el comportamiento estructural de la pieza.

Prototipado Físico

Para la búsqueda de proporciones y el estudio de detalles volumétricos, se pueden construir prototipos físicos utilizando materiales como:

• Escayola
• Arcilla
• Plastilina
• Materiales sintéticos

Procesos de Fabricación y Pruebas de Calidad

Instalaciones de Fabricación

Los procesos de fabricación suelen llevarse a cabo en instalaciones específicas, que incluyen:

• Talleres de fresado.
• Salas para el ensamblaje de carrocerías.
• Áreas para el montaje completo del vehículo.

Tipos de Pruebas de Producto

Para garantizar la calidad y el rendimiento, se realizan diversas pruebas, entre las que destacan:

• Pruebas de Motores: Incluyen pruebas de ruido y vibraciones.
• Pruebas de Seguridad: Evalúan la resistencia a impactos y la protección de los ocupantes.
• Pruebas Climáticas: Simulan condiciones ambientales extremas (temperatura, humedad).
• Pruebas de Medio Ambiente: Verifican el impacto ambiental y las emisiones.
• Pruebas de Durabilidad: Evalúan la vida útil y la resistencia al desgaste.

Aerodinámica Vehicular: Diseño y Rendimiento

Impacto de la Aerodinámica en el Vehículo

Una aerodinámica deficiente puede tener varios efectos negativos en un vehículo:

• Puede desestabilizar el vehículo en caso de viento cruzado.
• Es una fuente significativa de ruido aerodinámico.
• Condiciona la habitabilidad y el confort interior.
• Limita la eficacia de los limpiaparabrisas.
• Provoca el ensuciamiento de la carrocería.

Forma Aerodinámica Óptima

Para conseguir la forma aerodinámica óptima, el diseño ideal se asemejaría a una gota de agua. Esta forma, en su caída, se moldea con el aire para obtener la menor resistencia posible, sirviendo como modelo para la ingeniería automotriz.

Tipos de Flujo de Aire

En el estudio aerodinámico, se distinguen principalmente dos tipos de flujo:

• Flujo Interior: Referente al aire que circula dentro de cavidades o sistemas del vehículo.
• Flujo Exterior: Referente al aire que rodea y se desplaza sobre la superficie externa de la carrocería.

Factores de Resistencia Aerodinámica

Los factores que determinan la resistencia aerodinámica total al avance del vehículo son:

• Tamaño y Forma de la Carrocería: La superficie frontal y el coeficiente de arrastre son cruciales.
• Velocidad Relativa del Vehículo Respecto al Aire: La resistencia aumenta con el cuadrado de la velocidad.
• Densidad del Aire: A mayor densidad, mayor resistencia.

Tipos de Flujo de Aire en la Carrocería

El comportamiento del aire alrededor de la carrocería puede ser de dos tipos principales:

• Flujo Laminar:

  Cada partícula de aire se desplaza, con respecto a la carrocería, en la misma dirección y velocidad que las que le rodean. Este desplazamiento tan fluido se conoce como flujo laminar. Cuanto mayor sea la extensión de flujo laminar, menor será la resistencia aerodinámica.

• Flujo con Turbulencias:

  Después de la capa laminar, el flujo de aire se transforma en turbulento. Esto ocurre debido a que algunas partículas de aire pierden velocidad con respecto a las demás, e incluso cambian de dirección de forma errática, generando remolinos y aumentando la resistencia.