Aerodinámica Del Automóvil, El Estudio De La Perfección

La Aerodinámica del Automóvil en el diseño de cualquier vehículo, juega un papel cada vez más importante. Según la mayoría de los estudios realizados, el aspecto más decisivo a la hora de comprar un coche es la línea, es decir, el diseño exterior.

Aunque la aerodinámica es uno de los factores que contribuye de manera fundamental a dar un aspecto más o menos atractivo al vehículo, no es ésta su única misión y hay importantes características técnicas y de seguridad que dependen de un eficiente diseño aerodinámico. Por tanto, es importante para empezar, tener en cuenta que esta área del desarrollo de un automóvil no tiene únicamente un papel decorativo sino una gran influencia en el comportamiento global del mismo.

Al circular, el vehículo interacciona con el aire y esto provoca la aparición de dos tipos de flujo que condicionan los efectos aerodinámicos: flujo externo debido al paso del aire por la superficie exterior del automóvil y flujo interno debido al aire que pasa, por ejemplo, por el motor o por el habitáculo de los ocupante del coche.

Si te interesa saber todo lo referente a la aerodinámica que envuelve el mundo del automovilismo entonces sigue leyendo y sorprenderás lo interesante  del contenido del artículo.

¿Qué es la aerodinámica y por qué es tan importante?

La aerodinámica es una parte de la mecánica que se ocupa, entre otras cosas, del movimiento del aire alrededor de los objetos. Los coches son objetos y, como tales, presentan una cierta resistencia al aire al avanzar. La intensidad de ese choque determinará que el vehículo tenga que realizar un mayor o menor esfuerzo mecánico para desplazarlo y, por tanto, consumir más o menos combustible. También incidirá en otras cuestiones como su nivel de emisiones, nuestra comodidad al conducir, la seguridad o incluso el comportamiento del automóvil.

Para reducir esa resistencia al aire, que se conoce como resistencia aerodinámica, es necesario disminuir la superficie frontal del vehículo. Reducirla lo máximo posible. Esa es la razón principal por la que los coches han dejado de tener apariencia de caja para asemejarse más a una bala.

Sin embargo, la aerodinámica de un vehículo no se limita a la resistencia que ejerce su parte frontal frente al aire. Hay otros flujos que la condicionan. El aire también ejerce rozamiento sobre los laterales y el techo de los automóviles. Incluso ejerce fuerzas sobre sus bajos que tienden a elevar el vehículo y otras de succión sobre la parte trasera. Hasta el aire que entra al motor determina el comportamiento del automóvil.

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¿Qué es la resistencia aerodinámica?

La resistencia aerodinámica, es la fuerza opositora que sufre un cuerpo al moverse a través del aire, se genera inmediatamente que conduces tu auto en carretera. En otras palabras, es considerada la fuerza que se opone al avance de tu vehículo a través del aire.

¿Qué provoca la resistencia Aerodinámica?

Volvemos al ejemplo de tu coche en el camino, la resistencia aerodinámica se provoca por la necesidad de quitar de enfrente el volumen de aire que estamos atravesando y volverlo a colocar en la parte de atrás del vehículo de manera ordenada. Cuando un coche avanza, se produce una importante diferencia entre presión de la parte frontal y la parte posterior del auto creando un efecto de «succión», sobre todo cuando vamos más rápido.

Historia de la aerodinámica

En los inicios de la invención del automóvil principalmente se pensaba en este como un medio de transporte y las velocidades conseguidas dependían, en mayor medida, de la cilindrada y la potencia de su motor. Sin embargo, a finales del siglo XIX y principios del siglo XX, la preocupación de los fabricantes de automóviles pasó a centrarse en el desarrollo y optimización de los componentes mecánicos de un automóvil: el motor y la transmisión.

Por descontado, la estética jugaba un papel fundamental en el diseño pero básicamente los coches consistían en un chasis precario sobre el cual se montaba el motor, la transmisión y las tres o cuatro ruedas con su respectivo sistema de dirección. Todo esto se completaba con una carrocería a la moda, generalmente diseñada por carroceros italianos o ingleses, con un fin más estético que ingenieril.

A lo largo de los siglos XIX y XX, el diseño de los automóviles respondía a la imaginación de especialistas o ingenieros que concebían las carrocerías. Durante los años 30, el coeficiente de resistencia aerodinámica era de 1’50, lo cual afectaba de forma negativa a los vehículos puesto que los hacía consumir elevadas cantidades de combustible, lo que explicaba la baja autonomía de los mismos, como consecuencia de la carga aerodinámica, que todavía no era tan notoria ya que los vehículos no eran especialmente rápidos.

Décadas después, extensivos análisis en el túnel de viento realizados por los ingenieros de Chrysler demostraron que los automóviles estaban diseñados "literalmente a la inversa". Las altas parrillas, largos capots y parachoques, extremadamente largos, luchaban contra el viento malgastando combustible y reduciendo las velocidades máximas, lo cual se demostró en pruebas realizadas al aire libre con el modelo de Chrysler denominado DeSoto, en su modelo sedán de 1933, que se había preparado para conducirse a la inversa, es decir, apuntando su parte posterior al viento. El DeSoto, aportó más kilómetros por litro y velocidades máximas más elevadas.

Investigaciones posteriores demostraron que la forma de gota, era la más aerodinámica y fue aplicada a las carrocerías de los DeSoto y al Imperial Airflow de 1934, Como resultado, se obtuvieron unos diseños que mejoraron la oposición al viento pero que iban en contra de la estética imperante en esa época, a pesar de que ofrecía abundantes innovaciones en su diseño, tales como la nueva distribución del peso para reducir el balanceo, un fuerte chasis construido en una sola pieza y la cabina del pasajero ubicada por delante de las ruedas posteriores para aumentar el confort interior.

Pero pese a todas las virtudes del imperial Airflow, de Cx = 0’5, sólo se compraron unas pocas unidades, lo que provocó su salida de producción en 1937. Otros dos modelos destacables de aquellos días son el Lincoln Zaphyr, y el TuckerTorpede 51, que con Cx = 0’45 y Cx = 0’39 respectivamente, fueron otros de los modelos con mejor diseño aerodinámico de la época.

Décadas después comenzaron a potenciarse las formas más suaves y redondeadas, evitando los ángulos vivos de los modelos previos para conseguir, principalmente, un mayor atractivo estético. Algunos de dichos diseños se corresponden con los modelos que se muestran en las siguientes figuras, destacando la evolución del Chevrolet Corvette, en el que se aprecia claramente la abundancia de líneas redondeadas y estilizadas, que efectivamente contribuyen a una mejora estética muy notable a la vez que favorecen al ahorro de combustible.

Con la llegada de la crisis petrolera de los años 70, se impusieron una serie de limitaciones que impulsaron de forma notable los estudios aerodinámicos sobre los automóviles, por lo que se hizo imprescindible un estudio en este campo que permitiera un menor consumo de combustible como objetivo principal.

También a principios de los setenta, se aprecia un interés creciente por la componente vertical de la fuerza aerodinámica, con el objetivo de buscar por primera vez downforce en los vehículos, lo que desembocaría en los diseños de efecto suelo.

Esta tendencia, años más tarde, irá pasando poco a poco al resto de automóviles, lo que se hace palpable en distintos elementos cotidianos en los vehículos de hoy en día como por ejemplo el spoiler trasero o los alerones que favorecen el comportamiento aerodinámico, proporcionando consumos mucho menores y rendimientos muy elevados. Para garantizar el éxito de estos avances, en la actualidad resultan necesarios extensos estudios aerodinámicos que garanticen resultados óptimos del comportamiento de los vehículos en el seno de los fluidos.

La fórmula de la resistencia Aerodinámica: entendiendo bien cómo funciona

Sin asustarte, pero entrando un poco a la memoria de nuestras clases de física. La fórmula de la resistencia aerodinámica se compone por 4 variables que solamente se multiplican entre sí. Esto con el fin de que puedas entender cuáles son los factores que la componen, puedas entrar sin problema a una plática de petrolheads y/o lo que la marca de autos te está vendiendo realmente del automóvil que vas a comprar.

Resistencia aerodinámica R = ½ d*S*Cx*V2

* d = Densidad del aire

* S = Superficie frontal

* Cx = Coeficiente de resistencia aerodinámica

* v2 = Velocidad elevada al cuadrado (medida con respecto al aire, no al suelo)

 Siendo la d = Densidad del aire, S = la Superficie frontal, Cx = el Coeficiente de resistencia aerodinámica y la V2 = Velocidad elevada al cuadrado. Teniendo en cuenta que la densidad del aire es más o menos constante y no la podemos controlar, sólo tenemos que entender bien los últimos tres términos de la ecuación y seremos unos auténticos cracks en resistencia aerodinámica.

La superficie frontal (S) es el área que ocupa el coche de frente (como su nombre lo indica) y se mide en metros cuadrados. Entonces, un coche alto y ancho, con grandes retrovisores y neumáticos va a ofrecer más resistencia que un coche bajo, estrecho, con retrovisores pequeños y neumáticos finos. Esto aplica mucho para el consumo de combustible.

Por eso un SUV gasta más y corre menos que un compacto aunque lleven el mismo motor, tengan una forma parecida y aunque pesen lo mismo. Ya que una camioneta tiene que mover más aire para pasar a través del aire.

Si quieres tunear tu vehículo para hacerlo “más aerodinámico” ó que tenga menor resistencia, tendrías que modificar cada factor de la fórmula. Por ejemplo, en la superficie frontal deberías eliminar los retrovisores y remplazarlos por pequeñas cámaras. También puedes bajar la suspensión o hacer el automóvil más estrecho.

El Coeficiente de resistencia aerodinámica representado por la Cx, es un factor que refleja el arrastre del vehículo sobre o la potencia absorbida del mismo para vencer la resistencia del aire. Cuanto más elevado es este coeficiente, mayor es la resistencia aerodinámica. Se puede determinar mediante pruebas efectuadas por la misma marca, en un túnel aerodinámico con prototipos y modelos reducidos a escala.

Este valor va de 0 a 1, siendo éste último el valor dado a un vehículo con total resistencia aerodinámica. Los coches “normales” tienen un Cx que van desde poco más de 0.20 hasta algo menos de 0.40 y todo lo que se sale de ahí sería bastante extremo. Es importante aclarar que este coeficiente lleva la “x” porque también existen el Cy y Cz, que serían los coeficientes de resistencia aerodinámica lateral y vertical. Pero van más enfocados a autos de carrera y nos complicaría más.

La aerodinámica en el diseño de los automóviles convencionales

En el diseño de cualquier vehículo la aerodinámica juega un papel cada vez más importante. Según la mayoría de los estudios realizados, el aspecto más decisivo a la hora de comprar un coche es la línea, el diseño exterior.

Aunque la aerodinámica es uno de los factores que contribuye de manera fundamental a dar un aspecto más o menos atractivo al vehículo, no es ésta su única misión y hay importantes características técnicas y de seguridad de los automóviles que dependen de un eficiente diseño aerodinámico.

Es importante por tanto para empezar tener en cuenta que esta área del desarrollo de un automóvil no tiene únicamente un papel decorativo sino una gran influencia en el comportamiento global del mismo. Al circular, el vehículo interacciona con el aire y esto provoca la aparición de dos tipos de flujo que condicionan los efectos aerodinámicos analizados en este artículo:

flujo externo debido al paso del aire por la superficie exterior del automóvil y flujo interno debido al aire que pasa, por ejemplo, por el motor o por el habitáculo de los ocupantes del coche. El flujo externo origina tres tipos de fuerzas sobre el automóvil: fuerza de resistencia al avance, en sentido longitudinal, dificulta el movimiento del vehículo en el seno del fluido; fuerza vertical, que puede actuar como fuerza de sustentación en coches convencionales, en cuyo caso es una fuerza vertical y hacia arriba, o bien puede ser downforce o hacia abajo, en coches deportivos, apretando al vehículo contra el suelo; y fuerza lateral, debida por ejemplo a viento lateral.

El flujo externo tiene un importante impacto asimismo en la estabilidad del vehículo, principalmente a alta velocidad. El diseño aerodinámico debe perseguir también conseguir un flujo externo adecuado para evitar la excesiva acumulación de la suciedad existente en el aire sobre las superficies del vehículo, lo que afecta considerablemente a la visibilidad. Por último, fenómenos como el desprendimiento de la capa límite pueden producirse a frecuencias audibles y ser por tanto una fuente de ruido, que se debe tratar de evitar con un diseño apropiado de las superficies del vehículo.

Por otro lado, el flujo interno también contribuye a los esfuerzos aerodinámicos que aparecen sobre el vehículo. Un vehículo necesita tener un flujo interno para refrigerar el motor y para renovar el aire del interior del habitáculo. Con el desarrollo de los motores y el aumento de su potencia han aumentado también las necesidades de refrigeración.

Por otro lado, por criterios de seguridad, se ha hecho necesario reforzar la parte delantera de los automóviles, reduciendo de esta manera la superficie de entrada del aire de refrigeración. En cuanto al aire que se dirige a la zona de los ocupantes, es importante resaltar que cada vez los requisitos que se exigen al sistema de climatización son más exigentes, lo que plantea dificultades sustanciales para el diseño del flujo interno hacia el habitáculo.

Históricamente la aerodinámica de los automóviles se ha ido desarrollando con el objetivo de reducir la resistencia aerodinámica al avance del vehículo. En automóviles de competición, sólo desde finales de los sesenta, principios de los setenta, se aprecia un interés creciente por la componente vertical de la fuerza aerodinámica, para buscar por primera vez downforce en los vehículos (este hecho llevaría a los diseños de efecto suelo, por ejemplo).

Esta tendencia, años más tarde, irá pasando poco a poco al resto de automóviles, lo que se hace palpable en distintos elementos cotidianos en los vehículos de hoy en día como por ejemplo el spoiler trasero. Por otro lado, las dos crisis del petróleo en la década de los setenta forzaron a los fabricantes a fijarse todavía más en la aerodinámica y tratar de optimizar sus vehículos para reducir la resistencia aerodinámica al avance y por tanto el consumo de combustible.

Hay que señalar también que los requisitos aerodinámicos dependen en gran medida de tipo de vehículo que estemos considerando. En turismos sí es cierto que la consideración principal es la reducción de la resistencia al avance, por motivos de consumo y emisiones, pero en furgonetas y vehículos similares los ingenieros se concentran más en el comportamiento ante el viento lateral, mientras que en vehículos de competición conseguir sustentación negativa es la máxima prioridad.

Por tanto, ninguna de las tres componentes de la fuerza aerodinámica total que actúa sobre un vehículo es secundaria. Antes de comenzar el estudio detallado de los distintos elementos que entran en juego en el diseño aerodinámico de un automóvil, no hay que dejar de mencionar la relación que existe entre la automoción y el campo de la aeronáutica.

Si bien es cierto que hay una cierta transferencia de conocimiento entre ambos campos, hay que tener en cuenta que el problema aerodinámico es distinto en el caso de un coche y de un avión, por multitud de factores, como son la distancia al suelo, velocidad, proximidad de otros objetos en el campo fluido, etc.

La aerodinámica es un factor clave en el diseño de los aviones y pierde algo de relevancia en el caso de los automóviles frente a otros elementos, como son las exigencias estéticas, el diseño de habitáculos amplios y confortables, etc.

También el enfoque técnico es diferente, puesto que en la aeronáutica el papel del cálculo por ordenador en el diseño aerodinámico del avión es más importante que en el automóvil, campo en el que habitualmente se recurre en gran medida a los ensayos empíricos. En el diseño de vehículos no se cuenta con modelos teóricos precisos que predigan las fuerzas aerodinámicas, por lo que la mayoría de los resultados y conclusiones se obtienen mediante pruebas con el propio automóvil o un modelo.

Coeficiente de resistencia aerodinámica Cx

Cx, Cy y Cz: las tres coordenadas de la aerodinámica en los coches, Las fuerzas que actúan sobre ese objeto a grandes rasgos se dividen en tres coordenadas: Cx, que es el más conocido en el sector del automóvil y que sería la resistencia al avance en sentido longitudinal –de frente-, Cy, que es la resistencia lateral (útil para camiones y remolques), y Cz, que se refiere a la sustentación y que en los coches, al contrario que en las aeronaves, se busca que sea negativa para mantenerlos pegados al suelo.

El coeficiente Cx es adimensional, no tiene unidades, y representa el arrastre del vehículo frente al viento en comparación con el arrastre de un objeto teórico capaz de detener el aire en su frente (algo así como una pared) cuyo coeficiente sería = 1. Un valor teórico Cx = 0 representaría la ausencia total de resistencia y entre esos dos extremos están todos los coches (que no lleven un paracaídas abierto detrás).

Los coches "normales" tienen coeficientes Cx que van desde poco más de 0,20 hasta algo menos de 0,40 y todo lo que se sale de ahí sería bastante extremo.

El coeficiente de resistencia aerodinámica Cx lleva la "x" porque también existen Cy y Cz, que serían los coeficientes de resistencia aerodinámica lateral y vertical, pero en este caso nos va a interesar el coeficiente en la dirección del eje X, que es la dirección del movimiento del coche, su eje longitudinal.

Doble coeficiente de resistencia aerodinámica (Cx) implica doble resistencia. La relación es lineal. Aplicando la idea de coeficiente aerodinámico a los coches reales, la forma de "caja", que es lo más eficiente en términos de espacio interior, sería lo más ineficiente en resistencia aerodinámica.

Acciones Aerodinámicas sobre los automóviles

La interacción entre el automóvil y el aire se puede representar mediante una fuerza y un momento resultantes aplicados en el cdg del vehículo. Utilizando el sistema de referencia presentado en la Figura 1, estos dos tipos de acciones se descomponen en sus tres componentes respectivas. Las seis componentes se denominan: Fuerzas:

• Resistencia aerodinámica al avance: fuerza en dirección longitudinal, eje x del vehículo.
• Empuje lateral aerodinámico: fuerza en dirección lateral.
• Sustentación aerodinámica: fuerza en dirección vertical, se denomina sustentación positiva si es hacia arriba y sustentación negativa o downforce si es hacia abajo (así se denominan en la literatura habitualmente, a pesar de que el eje vertical se define en el sistema de referencia con el sentido positivo hacia abajo).

Momentos:

• Momento aerodinámico de vuelco: momento en el eje x, que puede hacer volcar al vehículo.
• Momento aerodinámico de cabeceo: momento en el eje y.
• Momento aerodinámico de guiñada: momento en el eje z, tiene un papel fundamental y puede producir lo que comúnmente se conoce como trompo. Si se hace uso de la denominada presión dinámica (1/2 . p . V2 ), que procede del término de energía cinética de la ecuación de Bernouilli, se relacionan las seis componentes con seis coeficientes adimensionales muy útiles para el estudio.

Estos coeficientes se mantienen prácticamente constantes para el rango de números de Reynolds habituales en un vehículo. La relación se muestra como ejemplo para el caso de la resistencia al avance.

Cx =______Fx____

1/2 . p . V2 . Af

Donde Cx es el coeficiente adimensional de resistencia al avance (coeficiente de drag en inglés), Fx es la resistencia al avance, p y V son la densidad y velocidad de referencia del aire, respectivamente y Af es el área de referencia, que para todas las acciones, tanto fuerzas como momentos, suele ser el área frontal del vehículo3. En el caso de los momentos, se añade una longitud característica, para que los coeficientes sean también a dimensionales, que suele ser la batalla o distancia entre ejes del vehículo.

A continuación se presenta un análisis detallado de la influencia del diseño aerodinámico en cada una de estas seis componentes. Debe tenerse en cuenta que se describe la influencia individual de una serie de partes de la aerodinámica de los vehículos (spoiler, altura de la parte trasera, inclinación de distintas zonas, etc.).

La mayoría de estos elementos son interdependientes entre sí, por lo que el diseño óptimo debe tener en cuenta no sólo el efecto individual de cada factor sino el efecto conjunto de todos ellos. Por ello este artículo pretende exclusivamente ofrecer una visión general de la influencia de cada aspecto por separado, para que el lector se pueda hacer una idea del tipo de compromisos que alcanzan los ingenieros de aerodinámica y comprenda la evolución en el diseño de los distintos modelos de automóvil que existen.

Resistencia al avance

En el valor del coeficiente Cx influyen factores tan diversos como: forma de la parte delantera del vehículo, inclinación del parabrisas, techo, laterales, bajos, el spoiler delantero y el trasero, salientes, flujo interior, equipajes en el techo, remolques, etc. En la resistencia al avance de un determinado vehículo podemos distinguir distintas contribuciones:

• Resistencia de presión (o de forma), es la debida a la distribución longitudinal de presiones a lo largo del vehículo que, al no ser simétrica, genera un empuje que dificulta el avance del cuerpo en el seno del fluido.
• Resistencia de rozamiento, debida al rozamiento del fluido sobre las superficies del vehículo.
• Resistencia de densidad, originada por salientes como los retrovisores.
• Resistencia interna, debida al flujo interno. Como mera orientación, pues depende del vehículo, se puede decir que la contribución de cada tipo de resistencia a la resistencia al avance total es:
• Resistencia de presión, > 70%
• Resistencia de rozamiento, < 10%
• Resistencia de densidad, > 10%
• Resistencia interna, = 10%

Las resistencias de rozamiento y densidad se reducen con superficies más lisas y rediseñando los componentes que sobresalgan demasiado (retrovisores, etc.). La resistencia interna disminuye si optimizamos la disposición de las zonas de entrada y salida del flujo interno, mediante la adecuada disposición de elementos como el radiador, por ejemplo. Por ser la más importante, la componente que más atención recibe es la resistencia de presión. Veamos cuáles son los factores que influyen en ella.

Diseño de la parte delantera

Para disminuir el valor de Cx, en general es beneficioso: reducir la altura del punto de estancamiento o punto en el que la velocidad del aire es nula, en la zona delantera del vehículo; suavizar las líneas desde este punto hasta el capot; aumentar la inclinación del capot hasta lograr la adhesión del flujo de aire sobre él; aumentar la inclinación del parabrisas respecto a la vertical, hasta un valor próximo a 60º, a partir del que comienzan a aparecer problemas de visibilidad, calentamiento excesivo del habitáculo, etc.

Como ejemplo, se muestran en la Figura 2 dos diseños diametralmente opuestos. El B sería el óptimo de cara a reducir la resistencia al avance. Dada la gran importancia de la resistencia de presión, la forma del automóvil en la parte delantera afecta mucho menos a la resistencia aerodinámica que el diseño de la parte trasera, que se trata a continuación, lo cual puede resultar paradójico.

Diseño de la parte trasera

Los diseños de la parte trasera de un automóvil se pueden agrupar en tres grandes categorías: trasera cuadrada, inclinada y en escalón. La forma que más influencia tiene sobre la resistencia al avance es la configuración en escalón.

Especialmente si se sube la altura del maletero y se consigue que el flujo que se desprende al final del techo se vuelva a adherir al final del maletero, se obtiene una reducción del Cx (el objetivo es lograr un flujo que siga la línea de trazos).

Laterales

Un ligero diseño curvado en los laterales del vehículo reduce normalmente Cx, pero suele incrementar el área frontal, por lo que habrá que buscar el punto en el que el producto de Cx y el área frontal (que determina la resistencia al avance) sea el mínimo.

Bajos del vehículo

Los bajos del coche contribuyen a aumentar el Cx, por lo que se puede poner una tapa lisa cubriendo toda esta zona o bien emplear un spoiler delantero.

Spoiler delantero

Al instalar un spoiler en la parte inferior delantera del vehículo conseguimos las siguientes ventajas: reducir la resistencia aerodinámica que produce la rugosidad de los bajos del vehículo, reducir la fuerza sustentadora positiva en el eje delantero. Como efecto negativo, el spoiler aumenta la resistencia de presión y con ello Cx. Por ello hay que buscar el compromiso entre las ventajas y las desventajas del spoiler, diseñando este elemento con las características óptimas, lo que es función de la altura del mismo y la rugosidad media.

Spoiler trasero

De forma similar al spoiler delantero, el spoiler trasero (elemento adosado sobre el final del maletero) afecta al Cx y a la fuerza sustentadora trasera principalmente. De nuevo ha de buscarse el compromiso óptimo para lograr reducir Cx lo máximo posible. Además de todos estos factores, existen otros, como la carga del vehículo (a más carga, en general, mayor Cx en vehículos con maletero trasero), etc., que afectan a Cx pero cuya influencia depende del tipo de vehículo y no es sencillo establecer reglas generales.

Sustentación aerodinámica y momento de cabeceo

Respecto a la sustentación aerodinámica, cabe señalar que en vehículos convencionales, al circular, aparece una fuerza de sustentación que reduce la carga que deben soportar los ejes del automóvil, puesto que trata de despegarlo del suelo.

Esto tiene efectos negativos en el comportamiento dinámico y por tanto en la seguridad del coche. El objetivo debe ser reducir la fuerza sustentadora o lograr una fuerza de sustentación negativa o downforce (esto último sólo se consigue en vehículo deportivos o de competición).

Para que el vehículo tenga estabilidad a alta velocidad el centro de presiones debe coincidir idealmente con el cdg, es decir, el reparto de las fuerzas de sustentación del eje delantero y trasero debe ser el mismo que el reparto del peso. La sustentación aerodinámica puede modificarse por tres caminos:

• Variando la configuración básica del vehículo (i.e. el diseño de la parte delantera y trasera, por ejemplo).
• Instalando elementos con efecto de ala invertida.
• Mediante dispositivos de efecto suelo (efecto que busca generar una presión especialmente baja en la zona inferior del vehículo para conseguir elevados niveles de downforce.

Se empleó en la fórmula 1 hace unas décadas pero fue prohibido por su peligrosidad). En cuanto al momento de cabeceo, comentar que se debe a que las fuerzas de resistencia al avance y de sustentación no actúan exactamente en el cdg del vehículo. Por regla general tiende a transferir carga del eje trasero al delantero, porque la fuerza de sustentación es mayor habitualmente en el eje trasero.

La importancia en un coche Aerodinámico es la parte de atrás

Pues el aire que se va “quitando” de  adelante debe ordenarse de nuevo en la parte atrás de la forma más rápida y fluida posible. Al pasar a través del aire, éste se puede dividir en diferentes capas, si el aire resbala ordenadamente cuando para el vehículo, éste puede ofrecer poca resistencia. Obteniendo mayor eficiencia de combustible y mejor estabilidad.

Por eso, la velocidad al cuadrado que encontramos en la fórmula es la verdadera clave de todo. Dada la forma y tamaño de tu coche la resistencia aerodinámica se va incrementando con los pequeños aumentos de velocidad.

Por ejemplo, si vas a una velocidad, el aire golpea con fuerza la parte frontal del vehículo y en la parte posterior lo hace con el doble de masa por unidad de tiempo. Ambos efectos se acumulan, por eso se lleva a la segunda potencia y no se multiplica x2. Este incremento exponencial explica por qué tu coche consume mucho más circulando a 120 km/h que circulando a 100 km/h.

¿Cómo afecta también el aire que pasa por debajo?

Ahora bien, el efecto que el aire tiene sobre un coche no es únicamente parte de la resistencia aerodinámica, también aplica el aire que pasa por debajo de éste, que lo hace en línea recta a través del fondo del auto mientras que el aire que pasa por encima se mueve libremente y recorre un camino mucho más largo. Esta asimetría arriba-abajo produce una diferencia de presiones, generando una fuerza de sustentación como la que utilizan los aviones para volar.

Esto significa que los vehículos tienden a levantarse del suelo, a mayor velocidad. Para neutralizar este efecto conocido como «lift», podemos modificar nuestro auto con diferentes elementos que lo «empujen» hacia abajo para compensar su tendencia a elevarse. El mas habitual y usado es un alerón trasero, que su función no es hacer ver a tu auto como más deportivo, sino que esta ala invertida empuja hacia abajo tu vehículo al contacto con el aire en movimiento.

También puedes pegar tu auto al suelo lo máximo posible, para que la capa de aire que circule por debajo sea mínima. Esto es muy visible en coches que compiten en circuito, el tema es que para conducir un auto así en la ciudad es lo peor posible entre los topes y los baches.

La velocidad, el ingrediente que faltaba

Para complicar un poco más la cosa, la velocidad también influye sobre la resistencia aerodinámica del coche. Y lo hace de manera exponencial. Resulta que esa resistencia es proporcional al cuadrado de la velocidad del vehículo. A efectos prácticos, esto explica por qué un coche tiende a consumir mucho más a velocidades elevadas que cuando circula despacio. Así, a medida que los coches fueron alcanzando mayor velocidad punta, su aerodinámica se volvió más importante.

Lo ideal sería que el coche tuviera forma de aguja o algún objeto similar. El problema con las agujas es que no cabe nada dentro de ellas. Tampoco están preparadas para equipar todo lo que lleva un coche: neumáticos, suspensiones, motor, climatización… Por eso los ingenieros encargados del diseño de un vehículo trabajan a conciencia para conseguir un equilibrio entre espacio interior, prestaciones, capacidad, estética y eficiencia aerodinámica, entre otros factores.

Ese equilibrio se refleja en el coeficiente de arrastre o de resistencia aerodinámica del coche (Cx). Este concepto sirve, a grandes rasgos, para reflejar la resistencia que opone un vehículo al viento. Lo hace entre el número 1 (resistencia total) y el número cero (ninguna resistencia). En el caso del Nuevo Volvo S60, ese coeficiente es de tan solo 0,27.

Conclusión

La resistencia aerodinámica juega un papel fundamental en la eficiencia de cualquier vehículo. El consumo de potencia derivado de este factor pasa a ser muy relevante a medida que aumentamos la velocidad, pues implica mayor gasto de gasolina.

Para que un automóvil tenga una forma más aerodinámica, debe ser con un frente más redondo y una parte trasera que se vaya haciendo más estrecho. Lo que implica que el espacio interior se reduce, pues implica que no sea demasiado alto.

Esto no quiere decir que de ahora en adelante, tus próximos vehículos los tengas que modificar a estas especificaciones o compres un coche de dos plazas cuando tienes una familia de cuatro personas.

Las camionetas, los SUVs, las Pick-Up y los todo-terrenos tienen una razón de ser muy clara y una utilidad concreta a cambio de la cual se ven penalizados en la resistencia aerodinámica. Debido a su gran superficie frontal y una forma más difícil de estilizar. Pero está bien saber qué es lo que estamos conduciendo y comprando o entender cada que una marca presume de fabricar autos aerodinámicos.

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