Optimización de la Aerodinámica y Rigidez en el Diseño Automotriz

Requisitos Constructivos y Aerodinámicos en Vehículos

1. Solicitaciones Constructivas

1.1. Rigidez

Una estructura demasiado blanda es peligrosa para los ocupantes. Una estructura excesivamente rígida también lo es, porque los ocupantes se ven sometidos, en caso de colisión, a fuerzas de inercia muy elevadas. Toda la energía que no absorba la carrocería se transmitirá a los ocupantes. Los vehículos de mayor tamaño suelen tener más espacio delantero y trasero para deformarse.

Ventajas de una rigidez adecuada:

• Menos vibraciones.
• Menos ruidos.
• Más facilidad de construcción.

1.2. Vibraciones

Las vibraciones disminuyen el grado de confort. Soluciones:

• Emplear materiales insonorizantes.
• Utilizar tacos de goma o silentblocks.

1.3. Durabilidad

La estructura debe mantener sus características constructivas durante el mayor tiempo posible mediante:

• Construcción sólida y estable.
• Utilización de materiales que no envejezcan fácilmente.
• Adecuada protección anticorrosiva.

1.4. Facilidad de Reparación

Los elementos exteriores de la carrocería deben poder arreglarse o sustituirse fácilmente y disponer de una buena accesibilidad.

1.5. Aerodinámica

La aerodinámica condiciona en gran medida el proyecto de un vehículo. La correcta circulación del aire resulta decisiva a la hora de:

• Obtener una adecuada economía de consumo.
• Conseguir un buen comportamiento dinámico, limitando el empuje ascensional a altas velocidades.
• Conseguir una adecuada evacuación del agua que salpica para evitar que ensucie las ventanillas.

2. Coeficientes Aerodinámicos

2.1. Coeficiente de Penetración Aerodinámica (Cx)

Un cuerpo que se desplaza ha de invertir una cierta cantidad de energía en atravesar la masa de aire. La energía invertida está en relación directa con el volumen del cuerpo. Cuanto más aerodinámica sea su forma:

• Mejor será su capacidad de penetración aerodinámica.
• Menor será la energía invertida en vencer la resistencia del aire.

Factores que permiten obtener un buen valor Cx:

• Forma más o menos afilada del frontal.
• Forma de los bajos.

2.2. Coeficiente de Resistencia Aerodinámica Transversal (Cy)

También llamado coeficiente de deriva, mide el efecto del aire aplicado de forma lateral al vehículo. Afecta a la estabilidad. El viento lateral influye en el comportamiento del vehículo en función de:

• Forma y superficie de la carrocería.
• Peso total.
• Distribución de masa.
• Adherencia de las ruedas.
• Distancia entre ejes y entre ruedas (batalla y vía).
• Centro de presión.

2.3. Coeficiente de Elevación o Sustentación (Cz)

Mide las fuerzas aerodinámicas que inciden verticalmente sobre la carrocería y el apoyo de las cuatro ruedas con el suelo. Si la fuerza actúa hacia arriba, se habla de empuje ascensional; en sentido contrario, se trata de asentamiento. Influye de forma decisiva en una conducción estable.

3. Aerodinámica Activa

3.1. Centro de Presión Aerodinámica de un Vehículo

Es el punto de aplicación donde se manifiesta toda la fuerza que ejerce el viento sobre la carrocería del vehículo en función del avance del mismo y la dirección y velocidad del aire.

La relación entre el centro de presión y el centro de gravedad es una de las variables más importantes dentro del campo de la aerodinámica activa. Como el punto de aplicación de ambos no coinciden, se intenta que el centro de presión se encuentre detrás del centro de gravedad para que la influencia del viento sobre las ruedas delanteras sea menor. El centro de presión cambia de sitio según el ángulo de incidencia del aire.

3.2. Aditamentos Aerodinámicos

Son elementos exteriores de la carrocería que mejoran:

• La estética del vehículo.
• La adherencia.
• La ventilación de los frenos.