Abstract:

En cualquier diseño de un automóvil, es indispensable conocer a priori las características o forma genérica que va a tener; dependiendo de las aplicaciones, categoría en el caso de la competición, reglamentos y demás restricciones, la forma depende de dichas restricciones y es necesario tenerlas en cuenta.

Proceso de diseño:

Ya vimos anteriormente, cuál debería ser el proceso de diseño óptimo, de tal forma, que el proceso productivo, en su conjunto, fuese fácil, sencillo y perfectamente determinado, analizando todas las variantes y demás. De todas formas, hacer una aclaración: un diseño ha de estar conforme, con su utilidad y aplicación. Es necesario por tanto, tener en cuenta:

• Normativa.

• Restricciones.

No es necesario hacer hincapié en la importancia de la Normativa de carrera (Normativa técnica en su caso), no solamente desde el punto de vista que marca si “algo” se puede realizar o no, sino que en el caso de que sí se pueda, cuáles son las restricciones en cuanto a medidas y demás. Las demás restricciones, básicamente, son debidas a las prestaciones y características de carrera o de la infraestructura a utilizar.

Existen innumerables coches o diseños de coches en general, dependiendo de las aplicaciones y prestaciones que deben alcanzar:

Coches de fórmula 1 que han ido avanzando con el tiempo:

Coches de alta aceleración:

Coches de alta velocidad, o de investigación para reducir la resistencia:

Coches para distintas fórmulas de competición:

Coches, para distintas aplicaciones y trabajos:

En definitiva, y es lo que quería dejar claro, que en función no sólo de la Normativa, que por supuesto es muy importante, pero sobre todo de las aplicaciones y las prestaciones, el diseño cambia radicalmente, y es algo a tener muy en cuenta. Las ruedas de un Fórmula 1, por ejemplo, si estuvieran carenadas, las prestaciones del coche aumentarían........ pero por normativa, ello, no es posible....

Introducción:

En esta serie de artículos, tal y como dijimos ya desde un principio, vamos, en la medida de lo posible, basarnos en ejemplos prácticos, y más que prácticos, reales; en este punto que estamos estudiando y relatando, veamos los distintos casos:

a) Se trata de una Empresa relacionada con el mundo del Tuning; esta misma Empresa, diseña, fabrica y vende toda clase de dispositivos aerodinámicos para automóviles de calle o de serie; la verdad es, particularmente yo y una vez metido en la investigación correspondiente, me resultó altamente extraño, observar que hasta la fecha de inicio de la misma, no se habían tenido en cuenta absolutamente para nada y en ningún sentido, muchos aspectos aerodinámicos, como podréis comprender, extremadamente importantes sobre todo en el sector que dicha empresa trabaja. Sinceramente también, al cabo de poco tiempo, observé que esta particularidad, se repetía por desgracia también en más empresas e incluso en equipos de altísima competición.... El trabajo o investigación que deseaban realizar, versaba sobre la “invención” de un sistema físico, para ahorrar combustible en vehículos de transporte, básicamente camiones de grandes dimensiones. Una vez ya sabía cuál era el objetivo, lógicamente, había que saber cuáles eran las restricciones de diseño o investigación.

Observando la Normativa de construcción de camiones, observé que eran las dimensiones, sobre todo las máximas; en este caso, tenía cierto margen de maniobra; evidentemente, la Normativa no prohibía cualquier instalación de este tipo de dispositivos.

El primer paso, por tanto, ya estaba hecho: ya sabía que “sí” se podía realizar y en qué medida ello era posible. El siguiente paso fue ponerme manos a la obra. Otro de los problemas con los que todo diseñador debe contar y es parte muy importante del producto final, es la utilidad o interferencia que puede ocasionar o tener el sistema o estudio que está realizando. En este caso, en la parte de popa de los camiones, se encuentran las puertas; dichas puertas son abiertas y cerradas innumerables veces a lo largo de un día; un sistema que no sólo impida el correcto funcionamiento o apertura de dichas puertas, sino que impida la apertura de las mismas incluso, será un mal sistema. Lo miso ocurre, pro ejemplo , en competición: un sistema que repercuta sobre las prestaciones d otro elemento aerodinámico o no, haciendo disminuir la eficiencia del mismo, será un mal sistema y no será útil, en modo alguno. Por tanto y en resumen, ya sabía el objetivo, conocía el estado de la técnica y conocía las restricciones; en este momento, ya podía empezar la investigación, propiamente dicha.

b) Se trata, en este caso, de una Empresa dedicada al diseño, construcción y venta de autobuses urbanos y autocares de largo recorrido; estaba interesada en crear un nuevo modelo, que incorporarse mejoras aerodinámicas.

En este punto, conocíamos por tanto, el objetivo marcado. La verdad es que este tipo de trabajo proporciona gran satisfacción, al menos en un principio, puesto que aparentemente las restricciones son pocas o casi nulas. Evidentemente, lo primero que se hizo, es observar con atención la Normativa de construcción; con ello sabía las restricciones debidas básicamente, como ocurre en la mayoría de los casos, en cuanto a medidas, tamaños y localizaciones varias.

Imaginemos el siguiente caso:

Si nos colocan frente a 3 coches, un BMW, un JAGUAR y un MERCEDES, aunque nos hayan tapado las marcas escritas sobre ellos, seríamos de manera fácil, capaces de distinguir y de diferencias los 3.... ello es debido a que cada marca, posee su sello de diseño identificativo; en el caso que nos atañe, el objetivo de la Empresa era el mismo: quería, cosa lógica claro está, dotar a este nuevo autocar de su sello de diseño empresarial; esta fue la segunda restricción o grupo de restricciones, que añadimos a los distintos bocetos y a los pre-diseños.

Otro factor que todo diseñador aerodinámico ha de tener en cuenta, es que el trabajo entre un ingeniero aerodinamicista y un diseñador gráfico, no siempre s fácil; en multitud de ocasiones, el ingeniero marca una serie de pautas de eficiencia, que el diseñador o no hace caso o intenta no hacer caso, por cuanto “no le parece estético o bonito”; todo, como en la vida en general, es cuestión de hablarlo y comentarlo.

c) Por último, el otro tipo de trabajo que un ingeniero puede realizar, es aquel que está inmerso plenamente en la competición; en este caso:

• El objetivo está claro: máximas prestaciones en todos los sentidos.

• Las restricciones: la Normativa técnica de carrera.

Con estos 3 ejemplos, he querido dar una visión general de los distintos casos en que un ingeniero aerodinámico se puede encontrar, sabiendo que pueden existir muchos otros, que pueden ser combinación entre los ya descritos.

Factores importantes:

En cuanto a las prestaciones que cierto vehículo ha de alcanzar, cabe hacer unas consideraciones; es necesario básicamente, tener en cuanta 2 factores (hay muchos más....): la resistencia aerodinámica y la sustentación.

Como ya vimos, el equilibrio en cuanto a prestaciones, teniendo en cuenta estos 2 valores o fuerzas, es difícil y complicado; ya vimos y recordemos, que si se aumenta la sustentación, la resistencia, por ejemplo, también aumenta; pero sin tener en cuenta estos factores, si aumentamos la resistencia, estamos aumentando de forma muy directa, el desgaste de los neumáticos; por tanto, saber dicho balance de efectos o conocer las causas que puede provocar cierta acción, es algo muy importante en todo proceso de diseño.

Algo también muy importante, es conocer en qué grado afectan nuestras modificaciones a las prestaciones del vehículo en su conjunto; por tanto, es muy útil conocer, qué partes, zonas o estructuras, provocan resistencia y sustentación, y en qué porcentaje respecto del total; veamos esto, a partir de las siguientes tablas:

En este caso, y también a título orientativo, el flujo interno de aire, es el menos importante, en cuanto a generación de resistencia, seguida, muy de cerca, por la resistencia de fricción y la refrigeración.

Es importante hacer notar, que en sí mismo, el cuerpo básico del automóvil, es la que menos sustentación (down force) provoca, pero sí lo es, en combinación con las alas en general.
Las marcas, tienen esto muy en cuenta, y dependiendo las prestaciones que quieren alcanzar, pero sobre todo las aplicaciones o gente a la que va el producto, los valores son diferentes: un coche de velocidad, poseerá distintas características, que un coche utilitario de ciudad de baja velocidad y poco consumo, por ejemplo:

Conclusiones:

El diseño de todo coche de competición o vehículo en general, está estrechamente unido y es parte fundamental, de las aplicaciones y prestaciones que dicho vehículo va a tener; es necesario tener este factor de diseño en cuenta, e incorporarlo a las restricciones que el diseño pueda tener. La Normativa, desde todos los puntos de vista, es también algo a incorporar a nuestro proceso de diseño.

En el próximo artículo, veremos los problemas que una simulación CFD puede tener.

Reseña sobre el autor: Timoteo Briet Blanes, Licenciado en Matemáticas y Doctor Ingeniero Industrial; Profesor Universitario de Mecánica de Fluidos y Aerodinámica; Especialidad en Simulación CFD y Aerodinámica; Gerente de "Turbulencia Engineering"; ha trabajado con diversos Equipos de Competición: Campeonato del Mundo de Motos de 125 y 250 cc, Fórmula 3, Fórmula GT, Renault Mégane Trophy, Diseño de Camiones y Autocares, Diseño de Cascos de Veleros para la Copa América de vela, Elementos Aerodinámicos de Automóviles, Cascos de Competición, Diseño de Aeronaves, Energías Eólica, Térmica y Mareomotriz, Aerodinámica Industrial, Diseño, Fabricación, Instalación y Puesta en Marcha de Túneles de Viento, etc. Posee diversas Patentes relativas al mundo de la Aerodinámica, así como numerosas Investigaciones al respecto.

 Timoteo Briet Blanes
Turbulencia Engineering