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Instituto Tecnológico “Puerto de Mejillones” Transmisiones

Chasis , Carrocería y Aerodinamismo

1.1 Introducción

Se puede concebir la carrocería como una caja especial destinada para transportarpersonas o mercancías, durante la circulación del automóvil.

La función principal de la carrocería es alojar y proteger a los pasajeros delvehículo. A través de los años ha sufrido importantes transformaciones; a finalesdel siglo pasado y principios del actual, los automóviles se construyeron sobrecarrozas de caballos de la época; después se ideó un chasis rígido sobre el que semontaban los elementos mecánicos y una carrocería diseñada para este fin. Todoello formaba un conjunto más o menos armonioso y seguro.

Con el paso del tiempo se han ido introduciendo transformaciones constantementecon objeto de:

Obtener más confort y velocidad con menos potencia y consumo; por esta razónse ha desarrollado la aerodinámica de los vehículos en busca de mejorescoeficientes de penetración.

Conseguir un habitáculo más seguro para los pasajeros, lo que llevó aldiseño y construcción de carrocerías autoportantes, estas carroceríasabsorben mejor el impacto de una colisión mediante la deformación progresivay controlada de las partes delantera y trasera del vehículo, sin que afecteal compartimento destinado a los pasajeros.

Cuando un fabricante de automóviles se plantea el lanzamiento de un nuevo vehículoal mercado, bien sea como sustituto de un modelo ya existente dentro de un procesode lógica evolución, o bien como un producto completamente novedoso en lo

referente a su línea de actuación, parte de una serie de premisas básicas.

Lo primero que se tendrá en cuenta es en qué gama va a estar encuadrado el nuevomodelo, pues ello influirá directamente en la definición de las dimensionesexteriores, ergonomía y habitabilidad interna, niveles de fiabilidad y calidadfinales; teniendo presente a sus competidores más directos dentro de dicha gama.

Asimismo, se analizarán los gustos del público al que va destinado y de losmercados en los que se tiene prevista su comercialización, compatibilizando todoello con la reglamentación internacional existente.

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1.2 Construcción del Chasis

Esta generalmente construido por miembros rectangulares, tubulares y acanalados,cuidadosamente configurados, soldados o remachados entre sí. Varios travesañosrefuerzan al bastidor y sirven también para algunos sistemas que están dentro deesta finalidad. El chasis es extremadamente rígido y fuerte, para resistir lasirregularidades de la calzada, torsiones, vibraciones y otros esfuerzos a las quese halla sometidos en carretera.

En los últimos años los fabricantes de automóviles se han esforzado en aumentar laseguridad del conductor. Por ejemplo se han introducido en casi todos los modelosun nuevo diseño de bastidor que amortigua los impactos de las colisionesfrontales.

En caso de choque, parte de las fuerzas resultantes de la colisión son absorbidaspor un hundimiento de la parte frontal del bastidor, impidiendo que se transfieranal conductor y sus ocupantes. Este nuevo diseño incorpora aparte de los yaexistentes agujeros, unas escotaduras en ambos largueros que conforman el chasis,

mismos que también favorecen el plegamiento del bastidor.

Este efecto amortiguador es comparable a la diferencia que existe entre golpearuna pared de ladrillo con el puño sin protección o golpearla llevando puesto unguante de boxeo: el material del guante absorbe parte del golpe, reduciendoconsiderablemente el impacto que repercute en la mano. Otro sistema de seguridades el que existe en la columna de la dirección y se lo considera en este tema,porque al deformarse el bastidor por una colisión frontal extremadamente fuerte,este sistema se activa, y deben tomarse las observaciones adecuadas para dar unaposterior solución, después de rectificar el chasis.

1.3 Clases de Chasis

Por su construcción entre los más conocidos son:

1.

Bastidor independiente2. Bastidor plataforma3.

Carrocería autoportante

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1.3.1 Bastidor independiente

Como toda la estructura del vehículo, al comienzo de su historia, el diseño delbastidor se copió de los que se empleaban en los carruajes de la época, basado endos largueros longitudinales, enlazados entre sí mediante travesaños.

El bastidor es por tanto una estructura constituida por un armazón de vigas olargueros usualmente de acero a lo largo del vehículo, unidas mediante travesaños

soldados, atornillados o remachados, dispuestos transversal o diagonalmente.

El elemento así formado posee una elevada resistencia y rigidez, constituyendo labase o bastidor sobre el que se montan los órganos mecánicos y la carrocería, porlo que recibe y absorbe todos los esfuerzos de flexión y torsión derivados delnormal funcionamiento del motor y la marcha del vehículo.

Habitualmente, cuando sobre el bastidor se han montado todos los elementosmecánicos hablamos entonces de chasis.

Fig. Conjunto de carrocería y chasis independientes

La carrocería constituye la envoltura externa del vehículo y carece de funcionesde resistencia. La carrocería se atornilla al bastidor a través de unas juntas decaucho quedando perfectamente fijada.

El sistema de carrocería y chasis independientes presenta una serie de ventajas:

• Gran resistencia, permitiendo transportar cargas elevadas.•

Elevada rigidez para poder soportar grandes cargas estáticas y dinámicas.

Sin embargo, en el automóvil este sistema ya no se utiliza debido a:

• Gran aumento del peso del vehículo• Centro de gravedad más alto, lo que disminuye la estabilidad y aumenta el

coeficiente aerodinámico.• Mayor coste de fabricación.

Esta técnica de construcción era la única utilizada hasta 1923, año en el que selanzó el primer automóvil con estructura monocasco. Las carrocerías autoportantes,a lo largo del siglo XX, fueron sustituyendo al chasis independiente.

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Actualmente sólo se construyen con bastidor independiente vehículos industriales(Camiones, autocares, etc.), y en vehículos todoterreno.

Fig. Bastidor de una pala retroexcavadora

1.3.2 Bastidor plataforma

La plataforma portante está constituida por un chasis aligerado formado por launión, mediante soldadura por puntos, de varias chapas que forman una base fuertey sirve a la vez de soporte de las partes mecánicas y posteriormente de lacarrocería.

La carrocería puede unirse a la plataforma mediante dos técnicas:

• Atornillada a la plataforma.• Mediante soldadura por puntos o remaches.

Debido a la elevada rigidez que proporciona la plataforma, la estructura de lacarrocería puede ser más ligera y además llevar numerosos elementos desmontables.

Fig. Moderno ejemplo de un bastidor de plataforma

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1.3.3 Carrocería autoportante

Esta configuración es la más utilizada por los fabricantes de automóviles. Toda laestructura del vehículo forma parte esencial del bastidor. Se parte del conceptode hacer una estructura metálica envolvente constituida por la unión de elementosde chapa de diferentes formas y espesores, es decir, se construye una cajaresistente que se soporta así misma y a los elementos mecánicos que se fijen sobreella.

Fig. Carrocería autoportante

Este sistema constructivo tiene una serie de ventajas frente a lo demás:

• Dota al vehículo de una gran ligereza, estabilidad y rigidez.• Facilita la fabricación en serie, por lo que son más económicas.• Tienen un centro de gravedad más bajo por lo que mejora la estabilidad de

marcha del vehículo.•

Disminución de vibraciones y ruidos, proporcionando confort a los ocupantes

del vehículo.

1.4 Tipos de bastidores

Los bastidores suelen diseñarse con diferentes formas y geometría, en función dediversas solicitaciones como resistencia, distribución especial de carga,flexiones y torsiones elevadas, etc.

1.4.1 En escalera (o en H)

Consiste en dos largueros laterales de chapa laminada con perfil cajeado o en C,paralelos o no, unidos mediante una serie de travesaños. En su día fue uno de losmás utilizados, aunque en la actualidad solo se usa en camiones y furgonesligeros, debido a su gran solidez.

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1.4.2 En columna (o en X)

Este bastidor se estrecha por el centro, proporcionando al vehículo una estructurarígida, diseñada para contrarrestar los puntos de torsión elevada. El travesañodelantero es muy robusto para servir de fijación a los anclajes de lassuspensiones delanteras.

1.4.3 Perimétrico

En este tipo de bastidor, los largueros soportan la carrocería en la parte másancha, ofreciendo mayor protección en caso de impacto lateral. Presentan unaconfiguración escalonada detrás y delante de las ruedas delanteras y traseras,respectivamente, para formar una estructura de caja de torsión, que en caso deimpacto frontal, absorbe gran parte de la energía generada.

1.4.4 Tubular

Este tipo de bastidor nace de la necesidad de obtener estructuras más ligeras yesbeltas. Son estructuras tipo celosía, dando lugar a un conjunto muy rígido yligero. Este diseño se emplea sobre todo en vehículos de competición, en los que

la carrocería exterior tiene una misión estética y aerodinámica. Tienen un elevadocoste de fabricación.

Fig. Bastidor tubular

1.5 Carrocería

Es la cubierta metálica exterior. Esta se construye con formas aerodinámicas paraevitar en lo posible el rozamiento con el aire cuando el automóvil está enmovimiento.

Además que es el habitáculo del pasajero

1.6 Elementos que componen una carrocería

• Chasis o bastidor:Es un conjunto de perfiles unidos muy rígidamente en forma de cuadro, de maneraque el conjunto es indeformable. El chasis de un vehículo automóvil se destinaal montaje de una carrocería con elementos desmontables. Se compone de doslargueros, travesaños y diagonales.

• Cuadro de piso (o plataforma soldada):

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Parte inferior de la caja de una carrocería autoportante. Se compone de unchasis aligerado (en perfiles de menor espesor que si se trata de un chasis), yde la chapa inferior de la caja .

Sus principales partes constitutivas son:

• Los largueros:Piezas longitudinales en forma de viga tubular, de sección generalmente

rectangular, situadas a un lado y otro de la chapa que forma el piso. Se puedenprolongar, con forma apropiada, hasta los soportes de los parachoques.

•

Las varas:Son pequeños largueros que no están colocados en la prolongación de un largueroprincipal. Los largueros principales son entonces más cortos. Las varas vansoldadas a los travesaños que unen las extremidades de los larguerosprincipales y están menos separadas que estos últimos.

• Los travesaños:Piezas transversales, en forma de viguetas huecas, situadas a intervalosdeterminados. Cada una de sus extremidades está unida mediante soldadura a uno

de los largueros, perpendicularmente al lado interior de aquéllos.

• El piso:Conjunto de chapas, generalmente con nervios, que están unidas mediantesoldadura a los largueros y travesaños, formando una o más superficies queconstituyen el fondo de la caja.

• La plataforma de bajos:Se designa así el cuadro de piso completo con todos los elementos fijos, apartede los que componen el habitáculo, siendo los principales: el tablero, latraviesa superior del tablero, los laterales del capó, sus armaduras y forros.

•

El tablero delantero:Tabique inferior transversal, situado delante del habitáculo, y que lo superadel comportamiento que le precede.

• El travesaño superior del tablero:Chapa casi horizontal que une la parte superior del tablero a la inferior delparabrisas.

•

Los laterales del capó:Chapas casi verticales, que pueden tener partes horizontales, y que forman lostabiques laterales del compartimento que preceden al habitáculo, ya sea el delmotor o el del portaequipajes.

• El paso de ruedas (o forro de las aletas):Es una chapa que forma un tabique lateral del compartimento que sigue alhabitáculo, formando guardabarros, y que cubre parcialmente y con mucho huelgo,las ruedas traseras (pasos traseros de ruedas).

O chapa que forma un guardabarros, a cierta distancia de la periferia de lamitad superior de las ruedas delanteras (pasos delanteros de rueda), situadatras las aletas delanteras en algunos modelos de vehículos.

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• El panel trasero:Elemento exterior vertical fijo que forma un tabique detrás del compartimentoque sigue al habitáculo, ya sea el compartimento motor o el del porta-equipajes.

• La calandria:Elemento exterior vertical fijo que forma un tabique delante del compartimentoque precede al habitáculo, ya sea el compartimento motor o el del porta-

equipajes; el tabique puede estar perforado o no.

• La parrilla de la calandria:Elementos exteriores desmontables perforados, generalmente de metal inoxidableo plástico, que se montan en el tabique exterior transversal del compartimentode motor.

• El pilar central:Montante del lateral de la caja situado entre las puertas delantera y trasera,que soporta las bisagras de la puerta trasera.

• Jamba o pilar delantero:

Montante situado en la parte delantera del lateral de la caja, que soporta lasbisagras de la puerta delantera y que se prolonga por el montante lateral delparabrisas.

• Estribo:Elemento inferior del lateral de la caja sobre el que se sueldan los trespilares.

•

Lateral de la caja:Conjunto de los elementos laterales fijos, que forman un cuadro y constituyenlos marcos de las puertas.

•

Panel lateral posterior:Elemento exterior situado tras el acristalamiento de las puertas. Si el cochees del tipo «limusina» el panel lleva un cristal.

• Techo o capota:Elemento exterior que forma parte de la carrocería, que apoya sobre la partesuperior de los laterales de la caja y que se extiende desde la parte superiordel parabrisas a la parte superior de la luna trasera.

• Marco del parabrisas:Cuadro que forma la unión entre la traviesa superior del tablero delantero y eltecho y que recibe el parabrisas.

• Parabrisas:Cristal transversal delantero del habitáculo. Su finalidad es proteger alconductor y a los pasajeros del viento y la intemperie, al tiempo que lepermite ver la carretera.

• Luna trasera:Cristal transversal trasero del habitáculo que permite ver a su través lo queestá detrás del vehículo.

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• Aletas:Elementos exteriores que forman un carenado alrededor de las ruedas. Toman elnombre de la rueda que carenan, por ejemplo: aleta delantera izquierda para larueda correspondiente.

• Puerta:Elemento exterior. Tiene el mismo sentido que en edificación. Permite abrir ocerrar el hueco correspondiente del lateral de la caja para dar acceso o salida

al habitáculo. Es necesario precisar su posición en el vehículo: puertadelantera izquierda, trasera izquierda, delantera derecha, trasera derecha(para una berlina).

• Capó:Elemento exterior. Compuerta con bisagras en uno de sus lados, que permiteabrir y cerrar el compartimento del motor o de equipajes. Si está colocadodelante se le llama «capó delantero» y si detrás, «capó trasero».

El capó del compartimento de equipajes, sobre todo si es trasero, se puededenominar también «tapa del maletero».

•

Puerta trasera (o «quinta puerta»):Elemento exterior. Puerta situada en la parte trasera de las carrocerías tipo«break», con bisagras en uno de los lados horizontales, lo que permite abrirlaarriba (elevable) o hacia abajo (abatible).

• Parachoques:Elemento exterior. Travesaños colocados delante o detrás del vehículo ydestinados, en principio, a amortiguar los choques.

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Figura. Terminología de los elementos de la carrocería de «Renault 16»: 1. Aleta delantera derecha. - 2.Puerta delantera derecha. - 3. Puerta trasera derecha. - 4. Techo. - 5. Luna trasera. - 6. Compuerta trasera. - 7.Cristal lateral trasero. - 8. Aleta trasera izquierda. - 9. Puerta trasera izquierda. - 10. Puerta delantera izquierda. - 11.Pisos. - 12. Travesaños. - 13. Largueros. - 14. Vara. - 15. Plata forma de chasis, formada por unión de elementos. -16. Travesaño delantero. - 17. Aleta delantera derecha. - 18. Estribo. - 19. Pilar delantero. - 20. Pilar central. - 21.Tabique trasero. - 22. Forro. - 23. Paso de rueda. - 24. Rejilla de capó. - 25. Capó delantero. - 26. Tablero. - 27.Lateral de capó. - 28. Calandria.

Figura. Conjunto estructural de protección del habitáculo de la carrocería de un RENAULT. 1, refuerzo del túnel enla plataforma. 2, extremo del travesaño delantero. 3, pieza de refuerzo. 4, refuerzo de la puerta delantera. 5,base del montante delantero. 6, travesaño para sustentación de los asientos delanteros. 7, estribo. 8, travesañopara sustentación del asiento trasero. 9, travesaño de sustentación de la suspensión trasera. 10, montante central.

11, montante trasero. 12, varas traseras. 13, parte alta del montante central. 14, montante delantero. 15, traviesadelantera del techo. 16, traviesa de la parte superior del salpicadero.

1.7 Materiales de construcción de la carroceria

Acero: es el material por excelencia para la construcción de las carrocerías delos automóviles, pero bajo la misma denominación hay diferentes calidades concaracterísticas muy particulares, que propician su utilización según laaplicación.

Se emplea en diversas aleaciones y con distintos grados de resistencia, siendo losaceros de alto y ultraalto límite elástico los más novedosos y los que están

ganando protagonismo cada día dentro de la carrocería. El acero presentaexcelentes características mecánicas: rigidez, resistencia, aptitud para elmecanizado y conformación.

Su obtención y transformación son relativamente baratas.

Aluminio: gracias a su relación resistencia/peso, es uno de los materiales másidóneos en la fabricación total o completa de carrocerías. Se consigue así unareducción de hasta el 40% del peso respecto a una carrocería de acero, sin rebajarsu resistencia.

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Otra de sus numerosas ventajas es que, durante el proceso de oxidación que sufreel aluminio, casi de forma instantánea, se genera una fina capa impermeable, queno sólo hace que la oxidación no sea un problema, sino todo lo contrario, ya queofrece autoprotección para el propio material.

Por el contrario, esta opción supone un gran esfuerzo de diseño, puesto que lossistemas de unión tradicionales para el acero no siempre son los más apropiadospara el aluminio y exigen una nueva perspectiva tanto en la fabricación como

en la reparación.

Plástico: entre las cualidades que lo hacen especialmente adecuados para laconstrucción de la carrocería están su gran facilidad para el moldeado, ligereza,gran flexibilidad y que no se oxidan.

Dentro de este grupo, existen muchas tendencias y una de ellas es el termoplásticoABS.

Nomenclatura: ABS

Nombre del plástico: ACRILONITRILO BUTADIENO ESTIRENO.

Tipo: Termoplástico.

Información: Al calentar en la zona agrietada, se libera la tensión y suelenaparecer otras grietas que con anterioridad no se apreciaban.

Estructura rígida.

Éste plástico a temperatura de fusión, produce hervidos en la superficie y es muydeformable.

Con temperaturas inferiores a 10° se agrietan los contornos de la soldadura, porlo que es preciso calentar previamente la pieza.

Permite se recubrimiento con una capa metálica. Pero también existe la soldaduraquímica, cuyo proceso es bastante más sencillo y fiable.

Ejemplo: Con una pieza de ABS se rascan virutas, y se unen en un recipiente adecuado conacetona.

El resultado es una pasta de plástico ABS que se puede aplicar en cualquier tipode zona con una paleta o incluso un destornillador.

Lo que se consigue una vez evaporada la acetona es de una solidez mayor a la de lapieza del plástico original.

Temperatura de soldadura: 300º 350º.

Arde: Bien.

Humo: Muy negro. ; Color de la llama: Amarillo anaranjado.

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1.8 aerodinamismo en el automóvil

1.8.1 PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA AERODINÁMICA

Aerodinámica: Es una rama de la mecánica de fluidos que estudia el comportamientode los cuerpos sólidos cuando se mueven por un fluido que los rodea.

1.8.2 Aerodinámica.

Cualquier cuerpo que se mueve ha de hacerlo de alguna forma en contra de la

resistencia del aire. Su movimiento ha de desplazar el aire de su posición y éste

se desplaza preferentemente hacia el espacio que ha quedado libre.

Además de condicionar las prestaciones y el consumo, el aire causa otros problemas

como:

Puede desestabilizar el vehículo en caso de viento cruzado.Es una fuente de ruido (interior y exterior)Condiciona la habitabilidad.

Limita la eficacia de los limpiaparabrisas.Provoca el ensuciamiento de la carrocería.

Para conseguir la forma aerodinámica óptima lo ideal sería que se asemejase a una

gota de agua ya que ésta en su caída se moldea para ofrecer la mínima resistencia

posible. En contra esta forma tendría una escasa habitabilidad interior por lo que

en la búsqueda del diseño ideal se conjuga la forma y la habitabilidad. Por otra

parte no solo es importante la forma sino también las proporciones del vehículo

para conseguir una resistencia mínima. Se pretende conseguir una forma estilizada

que limite las turbulencias que se forman en la parte posterior.

1.8.3 Flujos de aire.

En el contacto entre el vehículo y el aire puede apreciarse dos flujos de aire

diferentes:

Flujo interior. Agrupa el aire de ventilación del habitáculo y el utilizadoen la admisión y refrigeración y refrigeración del motor. Suponeaproximadamente el 20% del total de la resistencia aerodinámica y condicionatanto el confort climático de los pasajeros como el rendimiento térmico delmotor. La aerodinámica interior de una carrocería debe ser capaz de:

Mantener la temperatura interior constante independientemente de latemperatura exterior y de la velocidad del vehículo.

Renovar el aire de forma que el ambiente no se empobrezca (sin producircorrientes importantes de aire).

No variar la humedad interior. Permitir varios niveles de temperatura para compensar la temperatura

exterior y la radiación solar.

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Flujo exterior. Comprende el aire que circula sobre la carrocería como elque discurre entre la misma entre la misma y el suelo. El flujo aerodinámicotambién afecta al confort de los pasajeros a través de la sonoridad.

Los factores que determinan la resistencia aerodinámica total al avance del

vehículo son: tamaño y forma de la carrocería, velocidad relativa del vehículo

respecto del aire, y densidad de aire.

Otro factor importante o constituye el tipo de superficie de la carrocería, que

determina el rozamiento con la capa de aire que esta en contacto con ella, el aire

puede fluir de dos formas:

Uniformemente. Cada partícula de aire se desplaza en la misma dirección yvelocidad que las que le rodean, cuanto mayor sea el flujo menor será laresistencia aerodinámica.Con turbulencias. Después de la capa laminar el flujo de aire se transformaen turbulento debido que hay partículas de aire que pierden velocidad conrespecto a las demás, e incluso cambian de dirección.

1.8.4 Aerodinámica de los vehículos

En el diseño de cualquier vehículo la aerodinámica juega un papel cada vez másimportante.Según la mayoría de los estudios realizados, el aspecto más decisivo a la hora decomprar un coche es la línea, el diseño exterior. Aunque la aerodinámica es uno delos factores que contribuye de manera fundamental a dar un aspecto más o menosatractivo al vehículo, no es ésta su única misión y hay importantescaracterísticas técnicas y de seguridad de los automóviles que dependen de uneficiente diseño aerodinámico.

Es importante por tanto para empezar tener en cuenta que esta área del desarrollode un automóvil no tiene únicamente un papel decorativo sino una gran influenciaen el comportamiento global del mismo.

1.8.5 Coeficientes aerodinámicos.

El comportamiento dinámico de una carrocería se ve influenciado principalmente por

la resistencia y las fuerzas aerodinámicas que se originan en el desplazamiento

del vehículo. Se han definido una serie de parámetros como los coeficientes

aerodinámicos, que analizan las cualidades y comportamientos de cada vehículo

utilizando unos valores de referencia predeterminados. Estos coeficientes son:

Cx (coeficiente de penetración aerodinámica en el eje longitudinal). Uncuerpo que se desplaza ha de invertir una cierta cantidad de potencia enatravesar la masa de aire que lo rodea. En la obtención de un buen valor Cxintervienen diversos factores como la forma de los bajos, características dela circulación del aire entresuelo y carrocería, turbulencias posteriores,etc. Es muy importante que el flujo de aire que roza el contorno delvehículo sea homogéneo y con poco grado de rozamiento. El ruido producidopor el vehículo al circular, las prestaciones y el consumo de combustible

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dependen directamente de la resistencia aerodinámica. Actualmente cuentancomo buenos valores los que se encuentran en torno a 0,30.

CxA. Para expresar la resistencia aerodinámica total del vehículo no essuficiente con conocer Cx ya que solo hace referencia a la forma del cuerpoy no el tamaño del cuerpo. La potencia que ha de emplear el vehículo parasuperar la resistencia al aire además de depender del coeficiente depenetración aerodinámica, está directamente relacionada con la superficie de

ataque del vehículo (A) medida en m2, de tal manera que sólo mediante elproducto Cx * A podemos tener una referencia clara de la resistencia al aireque ofrece un vehículo. La superficie de ataque A puede definirse como lasuperficie de proyección de la sombra del contorno que se origina cuando elvehículo es iluminado en sentido longitudinal por una luz paralela.

Cy (coeficiente de resistencia aerodinámica transversal). Se hace referenciaal coeficiente de deriva que mide el efecto del aire aplicado de formalateral al vehículo, afectando de esta forma a su estabilidad.

Cz (coeficiente de elevación). Este valor hace referencia a las fuerzasaerodinámicas que inciden verticalmente sobre la carrocería. Mide el apoyode las cuatro ruedas con el suelo y su posible “aligeración” por efecto del

viento o por traslado de masas suspendidas. Si la fuerza actúa arriba sehabla de empuje ascensional y en sentido contrario se trata de asentamiento.

La resistencia al avance dependerá del Coeficiente de Resistencia (Cx) productodel diseño del vehículo, el área frontal (Vista de frente del vehículo) y lavelocidad que afecta esta resistencia de forma exponencial… Es decir, a mayor

velocidad mucho mayor será la fuerza que se opone al avance. Gracias a esto,reducir la resistencia al avance nos permite aprovechar con mejor eficiencia cadacaballo de fuerza producido por el motor, logrando mejores velocidades y menorconsumo de combustible.

En las carreras, se sacrifica mucho la resistencia al avance por lograr fuerzasdescendentes que presionen al vehículo contra el pavimento, esto se logra a travésdel diseño de la carrocería por medio de su respectivo coeficiente (Cz), sinembargo, se puede alterar o modificar más “fácilmente” gracias a alerones(spoilers).

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El Downforce (altas fuerzas),también es exponencial a la velocidad, lo cual esmuy conveniente en carreras ya que aumenta la adhesión al pavimento a altasvelocidades, sin embargo, la incorporación de alerones influye negativamente sobrela resistencia al avance (los vehículos de carrera compensan esta pérdida concaballos de fuerza adicionales).

El estudio de todos estos efectos se realiza en Túneles de Viento, denominados asípor semejar las condiciones a las que el vehículo es sometido pero en forma

estática. Alterar las especificaciones originales del vehículo (aerodinámicamentehablando) puede causar:

Alto consumo de combustible. Disminución de la velocidad ya que los alerones aumentan el área frontal del

vehículo. Esfuerzo innecesario del motor. Disminuye la eficiencia del sistema de enfriamiento: del motor; transmisión

automática, dirección hidráulica y alternador. Disminuye la capacidad de disipación de calor de discos y/o tambores de

frenos. Produce esfuerzos innecesarios de la suspensión sobre los resortes.

Desgaste de neumáticos ya que simula un efecto de sobrecarga a altavelocidad.

Ruido de Viento.

1.8.6 Soluciones Aerodinámicas

1.8.6.1 Condiciones de diseño.

La superficie ideal de la carrocería será aquella que sea capaz de conservar un

flujo de aire en toda su superficie, evitando la aparición de turbulencias. Las

primeras condiciones para conseguir un buen valor de Cx ya se fijan a la hora de

dar forma a la parte delantera, porque es allí donde se decide el reparto de lacorriente del aire en lo que se denomina el punto dinámico. Si dando una forma

determinada a la parte delantera se consigue que no pase mucho aire por los

flancos del vehículo se mejora con la estabilidad lateral del viento. Los

elementos o zonas del vehículo a los que se dedica una mayor atención en la fase

de diseño son:

Parte delantera. Se debe evitar en esta zona las formas angulosas para quela corriente de aire pueda rozar el coche sin provocar turbulencias.La inclinación del parabrisas. Un ángulo de inclinación elevado, a riesgo deprovocar un cierto efecto invernadero, consigue una mejora notable en el Cx.

La inclinación de la luneta trasera. Este factor es aun mas importante queel anterior ya que si se interrumpe el flujo en el borde trasero superior deun modelo berlina no sólo se conseguirá un mayor ensuciamiento de la luneta,sino también peores valores de resistencia al aire y de empuje ascensional.Parte trasera. La existencia en esta de un borde de interrupción consigue unefecto positivo sobre las propiedades aerodinámicas del vehículo, se suavizael cambio de presión a lo largo de la luneta trasera y se obtienen mejorescoeficientes de penetración y asentamiento.La inclinación y los radios de paso de los montantes delantero y trasero. Laforma y disposición de estos elementos tienen un claro efecto sobre laresistencia al aire y sobre la sensibilidad al viento lateral.

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Línea genérica de la carrocería. Las carrocerías más innovadoras secaracterizan por una forma básica redondeada lateralmente, que dispone deentrantes en la parte delantera y trasera. Con ello se intenta conseguir laoptimización de la línea aerodinámica sin penalizar el aprovechamiento delespacio interior.Otros elementos como los limpiaparabrisas o los espejos retrovisoresexteriores deben de diseñarse e integrarse en el conjunto de la carroceríapara obstaculizar lo menos posible el flujo de aire.

1.8.7 Aerodinámica activa.

El centro de presión aerodinámica de un vehículo es el punto donde se manifiesta

toda la fuerza que ejerce el viento sobre la carrocería en función del avance del

mismo y la dirección y velocidad del aire. Una de las variables más importantes es

la relación entre el centro de presión y el centro de gravedad. Lo ideal sería que

ambos coincidieran pero dado lo raro de esto se procura que el centro de presión

se encuentre detrás del centro de gravedad para que la influencia del viento sobre

las ruedas delanteras sea menor. Teniendo en cuenta que este centro de presión

cambia de sitio según el ángulo de incidencia del aire y cuando el vehículo altera

sus condiciones dinámicas algunos vehículos incorporan elementos como spoilers o

alerones de geometría variable en función de la velocidad

1.8.8 Aditamentos aerodinámicos.

Una carrocería moderna debe ofrecer escasa resistencia al aire, sin provocar

fuerzas ascensionales sobre os ejes que repercuten en la estabilidad en marcha

rectilínea y en la sensibilidad frente al viento lateral.

Los experimentos realizados en túneles de viento demuestran que por medio de unos

faldones o deflectores adicionales colocados delante y detrás del vehículo,

combinados con unos revestimientos laterales, aletas traseras y alerones traseros,se puede reducir la resistencia al aire y el empuje ascensional en los ejes

delantero y trasero a altas velocidades.

Deflectores o spoilers. En función de su ubicación se distinguen lassiguientes variedades:

Deflectores traseros. Suelen situarse sobre el borde del maletero, deltecho, o de la parte superior de la luna trasera para canalizar el aire yasí reducir el Cx. Su efecto consiste en impedir que el flujo de airecircule con libertad sobre la carrocería creando un sistema desustentación de positiva que levante la parte trasera del vehículomejorando la adherencia en conjunto.

Deflectores de bajos. Situados junto a las ruedas delanteras reducen lasturbulencias de aire producidas por las ruedas. En ciertas ocasiones suefecto se complementa con unos deflectores montados sobre la parteinferior del paragolpes delantero. Limitan la entrada de aire debajo delvehículo mejorando el coeficiente de penetración.

Faldones delanteros o cantoneras. Su misión es la de canalizar lascorrientes de aire para evitar que incidan directamente sobre las ruedas

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traseras, reduciendo las turbulencias y la resistencia al paso de aire.Trabajan en conjunción con el faldón delantero sellando los bajos delvehículo.Faldón delantero. Reduce la cantidad de aire que circula por debajo delvehículo. Se consigue mejorar ligeramente la aerodinámica del vehículo ycrear una zona de baja presión bajo el mismo que incrementa la adherencia.

Alerones traseros. Se sitúan en un plano superior al de la carroceríadejando espacio libre entre ambos elementos. Encauza la salida del aire detal forma que la corriente de aire no origine turbulencias que puedan frenarel avance del vehículo. Genera una zona de baja presión que empuja la zonatrasera hacia abajo aumentando su adherencia.

Asimismo los sistemas de suspensión activa más innovadores permiten una regulación

automática de nivel de la carrocería que rebaja la altura de la misma en función

de la velocidad disminuyendo de esta forma la resistencia aerodinámica a la

penetración y las fuerzas ascensionales.

1.8.9 Diseño del vehículo

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 delaire es nula

Suavizar las líneas desde este punto hasta el capot

Parabrisas: Deben serabombados y redondeados.Los limpiaparabrisas, mejorescondidos en el capó.

Entrada de Aire:Colocada cerca de laplaca de matrícula

Parachoques: Situado lo más bajo posible

para evitar que el aire pase por debajo.

Forma trasera:La forma de los costadosdebe estrecharse y la unióncon el cristal trasero debeser lo más favorable

Retrovisores: Forma redondeaday pare trasera más pequeña que ladelantera. Carenados con el restode la carrocería

Aletas: Con forma lisa yabombada, con lasmínimas asperezasposible, evitando lostorbellinos.

Tapacubos: Con los mínimos

agujeros posibles, pero lossuficientes para refrigerar losfrenos

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Aumentar la inclinación del capot hasta lograr la adherencia del flujo deaire sobre él.

Aumentar la inclinación del parabrisas respecto de la vertical, hasta unvalor próximo a los 60% (a partir de ese punto empiezan a existir problemasde visibilidad, calentamiento excesivo del habitáculo etc.)

Dada la gran importancia de la resistencia debida al efecto de losdesprendimientos, la forma del vehículo en la parte delantera afecta mucho menos a

la resistencia aerodinámica que el diseño de la parte posterior.

Diseño de la Parte Posterior

Los diseños de la parte trasera de un automóvil se pueden agrupar en 3 grandescategorías:

Trasera cuadrada Trasera inclinada Trasera en escalón

La forma que más influencia tiene sobre la resistencia al avance en laconfiguración en escalón. Si se sube la altura del maletero y se consigue que elflujo desprendido en la zona superior se vuelva a adherir en la parte final delmaletero, se obtiene una reducción importante del Cx (puede ser cercana al 8%)

Para minimizar las turbulencias producidas por la estela posterior se tiende a: Estrechar la forma de los costados en la parte posterior Suavizar la unión entre el pabellón y el cristal trasero Evitar que la ventanilla trasera tenga una pendiente entre 20º y 40º, ya que

es la zona que produce mayores torbellinos.

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Laterales

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

Los bajos del coche contribuyen a aumentar el Cx, por lo que se puede poner unatapa 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 lassiguientes ventajas: reducir la resistencia aerodinámica que produce la rugosidadde los bajos del vehículo, reducir la fuerza sustentadora positiva en el ejedelantero. Como efecto negativo, el spoiler aumenta la resistencia de presión ycon ello Cx. Por ello hay que buscar el compromiso entre las ventajas y lasdesventajas 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 sobreel final del maletero) afecta al Cx y a la fuerza sustentadora traseraprincipalmente. De nuevo ha de buscarse el compromiso óptimo para lograr reducirCx lo máximo posible. Además de todos estos factores, existen otros, como la cargadel vehículo (a más carga, en general, mayor Cx en vehículos con maleterotrasero), etc., que afectan a Cx pero cuya influencia depende del tipo de vehículoy no es sencillo establecer reglas generales.

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