Historia del coeficiente de arrastre en la industria

automotrizActualmente la aerodinámica de un automóvil no se limita al rendimiento de un auto de carreras exclusivo, ó, a las formas atractivas y sensuales de autos exóticos. Hoy en día el estudio de la aerodinámica automotriz se enfoca principalmente a aumentar la eficiencia del consumo de combustible en vehículos terrestres, abarcando así desde un auto compacto para dos personas, hasta autobuses, camiones de carga y trenes.

Pero, ¿Cómo es que la aerodinámica logra esto sin tener una relación directa con la mecánica del auto? Todo se debe al descubrimiento del arrastre ó mayormente conocido por su nombre en ingles Drag. El arrastre es una fuerza que se opone a que un cuerpo se mueva a través de un fluido, enfocado al ámbito automotriz, es la fuerza que el viento ejerce sobre el automóvil en dirección contraria al movimiento de éste. El arrastre depende principalmente de la superficie de referencia del vehículo, comúnmente la frontal, el coeficiente de arrastre adimensional, la velocidad del viento y su densidad. De ahí que se puede describir con el siguiente modelo matemático.

D=12ρV 2CDS

Este efecto no fue considerado por los pioneros en la industria automotriz, debido a que los primeros automóviles no alcanzaban la suficiente velocidad para que el efecto del arrastre cobrara una real importancia en su desempeño, era entonces más importante aumentar la eficiencia de los sistemas propulsivos que la aerodinámica del vehículo.

Como casi todos los avances tecnológicos, la aerodinámica fue estudiada y desarrollada gracias a la guerra, con la necesidad de tener una superioridad de armamento y posición sobre el enemigo, fue impulsado el desarrollo de vehículos aeronáuticos, que desafiaban a las fuerzas de gravedad y de arrastre gracias al dominio aerodinámico de las formas que los componían. Fue durante la primera guerra mundial que se descubrió que la forma de una gota de agua cayendo era aerodinámicamente perfecta. Al término de la primera gran guerra, muchos de los ingenieros aeronáuticos como Edmundo Rumpler y Paul Jaray, se dedicaron a diseñar autos con más

Siendo:

- Ρ la densidad del aire- V la velocidad del aire- CD El coeficiente de arrastre- S LA superficie de referencia

conciencia sobre la aerodinámica. Rumpler era una empresa que manufacturaba aeroplanos antes y durante la primera guerra mundial, pero a su término Rumpler tuvo que tomar una nueva dirección, presentando así, en el auto-show de Berlín de 1921 el Tropfenwagen, el único automóvil desarrollado por el ingeniero austriaco, marcando el inicio de la aerodinámica automotriz. La eficiencia del diseño de Rumpler no fue dimensionada hasta 1979, cuando fue probado en el túnel de viento de Volkswagen, impresionando a los ingenieros de la marca, que no pudieron mejorar el coeficiente de arrastre de tan solo 0.28 del Tropfenwagen, hasta 1988 con el Passat. En contraste,

el Fiat Balilla de la década de los 30´s tenía un coeficiente de arrastre de 0.60

Rumpler Tropfenwagen 1921CD = 0.28

Jaray junto con Kemplerer, otro ingeniero de la época, llevaron a cabo una serie de pruebas en el túnel de viento, probando cuerpos con la forma de la mitad de una gota de agua cayendo, pegados al suelo y con ruedas, llegando al resultado que el coeficiente de arrastre mínimo de un cuerpo con esa forma y con ruedas era de 0.15. Desde entonces los ingenieros buscan crear autos que tengan un coeficiente de arrastre de 0.15 o menos.

A pesar del avance logrado en el tema, los autos currentilineos de la época no eran tan populares comercialmente, debido a que no eran muy prácticos ni confortables, y que en realidad no lograban esas eficiencias debido a que tenían ventanas, luces frontales, espejos laterales, tomas de aire, carenados en las ruedas, y diversos elementos que aumentaban el área de la superficie frontal y por lo tanto el coeficiente de arrastre. Únicamente las carreras eran lo que impulsaban a seguir la búsqueda por esas formas más eficientes.

Sin embargo hubo sus excepciones, el Posche 911 es uno de esos autos con formas mas estilizadas que hoy en día siguen en producción. Otras compañías como Lotus, Alfa Romeo y Citroën desarrollaron vehículos con alto desempeño aerodinámico, pero de un rango comercial más exclusivo.

Paralelamente en América la Corporación Chrysler produjo su modelo Airflow entre 1934 y 1937, el cual fue el primer modelo en ser conceptualizado a partir de formas currentilineas, y con una distribución de pesos de 50-50. Sin embargo el modelo no fue bien aceptado, convirtiéndolo en un fracaso comercial.

Pero en la época de la post guerra la aerodinámica en los automóviles perdió importancia, En América se buscaban los

diseños más grandes, espaciosos y confortables. En Europa se mantuvieron los diseños chicos, debido a las ciudades pequeñas y poco espacio de estacionamiento, pero la eficiencia aerodinámica no era un factor determinante, lo que llevó a formas mas cuadradas.

Fue hasta la década de los 70’s que la crisis petrolera convirtió la eficiencia del combustible en uno de los principales factores a optimizar para la industria automotriz. En esta época surge uno de los diseños más asertivos en la industria automotriz, con la comercialización del Audi 100, hoy evolucionado al Audi A6, que con un coeficiente de arrastre de 0.30, se convertía en un auto coupé de bajo costo y alto rendimiento. Este modelo de Audi fue el primero en integrar ventilas de nivelación o “flush Windows” que ayudan a minimizar el coeficiente de arrastre, las cuales fueron estándar en casi todos los modelos posteriores a él. Marcando así otro gran paso en el avance de la aerodinámica, estableciendo que las mejoras en la eficiencia aerodinámica se encuentran en los detalles, basándose en el principio de que un gran número de modificaciones pequeñas que repercuten significantemente en la reducción del arrastre. Detalles como la inclinación de páneles, la redondez de los bordes, estilización de los espejos, el carenado de superficies y colocación de spoilers entre otros.

Modelos exitosos posteriores al Audi 100 fueron el Scirocco de Volkswagen y el Opel GT con coeficientes de arrastre de 0.41 y 0.42 respectivamente.

En 1984 Ford dio a conocer su modelo Probe V, que sorprendentemente alcanzo un coeficiente de arrastre de 0.15, esta serie del Probe no tuvo gran éxito comercial debido a su aspecto extraño y poco práctico.

La mayoría de los automóviles actuales tienen coeficientes de arrastre que oscilan en un rango de 0.25-0.30, considerando autos deportivos, compactos y sedanes. En el caso de los vehículos utilitarios deportivos o SUV’s, hoy tan de moda, el valor del coeficiente está entre 0.30 a 0.40 al igual que las Pickups.

Por lo tanto el objetivo actual del estudio de la aerodinámica del automóvil consiste en crear autos que traten de reducir a menos de 0.25 el valor adimensional del coeficiente de arrastre, sin dejar a un lado los aspectos de confort, funcionalidad, seguridad y belleza, que siguen siendo los aspectos que determinan la completa satisfacción del usuario, que es el motor de esta industria.

Hoy en día algunos entusiastas de la aerodinámica y consumidores en general, llegan a considerarla no solo una ciencia, si no que también pueden percibir cierto aspecto artístico en el desarrollo de formas más orgánicas y currentilineas.

Coeficientes de arrastre en carros europeos

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍAMECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN

INGENIERÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES

AERODINÁMICA DEL AUTOMOVIL

Historia del coeficiente de arrastre en la industria automotriz

Profesor: Fausto Rodriguez Ibarra

Alumno: Trillanes Ruiz Alfonso

Grupo: 7SM1

Fecha: 27 de agosto de 2012