La aerodinámica y el viento

La aerodinámica es la ciencia que estudia el movimiento de un objeto en el aire. Otra manera de decirlo es que la aerodinámica es la parte de la ciencia –mecánica de los fluídos– que se ocupa del movimiento del aire y de otros fluídos gaseosos, y de las acciones que ejerce el aire sobre los cuerpos sólidos. Se sabe que los primeros especialistas aerodinámicos que, a posteriori, se dedicaron al automóvil o al vehículo, venían de la parte aeronáutica, y sus diseños se apoyaban en modelos inspirados en la aviación. 

Pero en la década de los ’70, debido a la crisis del petróleo, las terminales automotrices se dedicaron de lleno al estudio y la investigación aerodinámica, como uno de los factores muy importantes y condicionantes, en el momento de proyectar un modelo nuevo. En la actualidad, de la aerodinámica dependen también aspectos como: las prestaciones, la seguridad de marcha y el confort. Si se consideran los flujos de aire, en el contacto existente entre el vehículo y el aire pueden apreciarse dos flujos distintos: el flujo interior y el exterior. 

El primero nuclea al aire de la ventilación del habitáculo y al usado en la admisión y el enfriamiento del motor. Se calcula que es aproximadamente el 20 por ciento de la resistencia aerodinámica total y, sin duda, condiciona el confort climático interior y el rendimiento general del motor. 

En lo referente a la ventilación, la aerodinámica debería ofrecer lo siguiente: 

- Renovar el aire interior (de manera que el ambiente no se empobrezca). 

- Mantener la temperatura interior constante (aislada de la exterior y de la velocidad). 

- No alterar la humedad ambiente. Posibilitar la existencia de varios grados de temperatura (como compensar la temperatura exterior). 

Si hablamos del flujo exterior, se considera tanto al aire que pasa por sobre el vehículo como el que pasa entre el suelo y la carrocería (principal factor de resistencia aerodinámica).

El flujo de aire influye también en el confort (por la sonoridad). Un buen coeficiente aerodinámico logrado permite que el vehículo sea silencioso. 

Los factores que determinan la resistencia aerodinámica al avance del automóvil son los siguientes: Las dimensiones o el tamaño y la forma de la carrocería, la velocidad relativa del vehículo con respecto al aire, y la densidad del mismo. Actualmente, se habla del conocido Cx, Coeficiente de penetración aerodinámico. La resistencia del aire que se opone al movimiento del automóvil es proporcional al producto entre la superficie frontal y el Cx, es decir el coeficiente de penetración. La aerodinámica toma una gran importancia a medida que aumenta la velocidad, ya que la resistencia del aire depende del cuadrado de la velocidad (la resistencia se cuadruplica si la velocidad se duplica). 

Con respecto al Cx, a igualdad de superficie frontal, cuanto más elevado es el coeficiente de penetración –más bajo el número– es mejor. En proporción directa, es la condición necesaria para mantener una cierta velocidad. El Cx de un cuerpo con forma de cubo –por ejemplo– se acerca a 1, es decir más del triple del de un auto moderno, que está alrededor de 0,3. Normalmente, el Cx medido o relevado en el túnel de viento no corresponde al valor real o verdadero. 

El Cx puede ser tenido en cuenta de dos maneras: 

- El Cx de calle o ruta (real). 

- El Cx de análisis de las prestaciones del auto (simulado). 

Este coeficiente aerodinámico sin dimensiones, de resistencia, de acuerdo a los valores que emiten las terminales automotrices es, en ocasiones, poco exacto. Cabe destacar que la medición de este coeficiente se efectúa de manera solo experimental. Es decir que se realizan simples simulaciones, lo que hace imposible una verdadera reproducción de las reales condiciones del movimiento aerodinámico. 

Sabemos que la “x”, muy usada en matemática para indicar una incógnita, está siempre junto a la “C” de coeficiente. Considerando las características de la forma y de la orientación de un cuerpo, representa por sí misma una incógnita en el movimiento de un cuerpo móvil en la atmósfera. 

Más específicamente, teniendo en cuenta el hecho de que el Cx puede también ser medido en ruta (el método más usado es el “de libre desaceleración”), con ayuda de computadoras de abordo. Si en la investigación se acepta un cuerpo físico, estático, colocado en un túnel de viento, se comete un error, ya que: 

• La estaticidad de las ruedas es una primera limitación. 

• La capa límite que genera el flujo de aire, sin el avance del vehículo, es otra limitación. 

Para aproximarnos a las condiciones verdaderas, en las pruebas de simulación se usa una cinta móvil que simula el piso y que obliga también al movimiento de las ruedas. Volviendo a los túneles de viento, como se mencionara con anterioridad, para lograr un óptimo diseño aerodinámico es necesario, además de los estudios y cálculos, efectuar una prueba de experiencia basada en un modelo o prototipo a escala del vehículo proyecto.

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Autor: Enzo Nuvolari