CONSTRUCCIN DE VEHCULOS IIProf. Ing. Daniel Inciso Melgarejo

SEMANA 14 HTEMAOBSERV.01 T02 PAerodinmicaCapacidad de trnsito de los vehculos. Angulo de ataque frontal Angulo de ataque posterior. Alturas mnimas desde el piso al puente delantero y posterior. Tipos de suspensin ms recomendables para diferentes tipos de vehculos.

AERODINMICA Palabra que proviene del griego: (, (aero), aire.- , fuerza.- , tratado o ciencia),

Es la rama de la Mecnica que estudia las leyes del movimiento de los gases entre ellos el aire, y su interaccin con los cuerpos rgidos, y se considera casi constante su peso especfico, adems pueden aplicarse a los gases las leyes hidrodinmicas de los lquidos (fluidos prcticamente incomprensibles).La rama de la aerodinmica que estudia el movimiento de los gases, que experimentan notables variaciones del peso especfico se llama dinmica de gases. La aerosttica estudia las leyes del equilibrio de las masas gaseosas.La aerodinmica es la ciencia terica que mayor importancia tiene para los proyectos aeroespaciales y terrestres.

Adems como parte de la fsica, la aerodinmica se asocia con la acstica y la termodinmica.Considera el movimiento del aire a velocidades:Subsnicas:Subsnico M < 1;Subsnico incompresible M < 0,3; y Subsnico compresible M < 0,8).A condiciones normales, a nivel del mar, la velocidad del aire es:340 m/s (1200 km/h).La aerodinmica se aplica a los problemas de:Distribucin de la presin en la superficie del cuerpo;Determinacin de: Las fuerzas, los momentos y la distribucin de velocidades alrededor de un cuerpo debido a la accin de un fludo en forma de gas; Clculo de la ventilacin.

LA AERODINMICA EN LOS VEHCULOS

La aerodinmica estudia en el vehculo:La superficie exterior del vehculo en contacto con el aire;El movimiento del flujo de aire en el interior del vehculo, Ejemplo: La calefaccin y el aire acondicionado dentro de la carrocera del vehculo;El flujo de aire en la bveda del motor (MCI); El flujo de aire en la parte inferior del vehculo,Ejemplo: La forma del chasis;El flujo del fluido en el interior del motor,Ejemplo: Los sistemas de refrigeracin y lubricacin del motor;El flujo del fluido en el interior de otros sistemas del vehculo,Ejemplo: Los sistemas de freno y embrague del vehculo, El impacto de los componentes y dispositivos externos en el manejo del vehculo y la estabilidad;A la acumulacin de la suciedad en la superficie del vehculo tanto seca como hmeda y como minimizar su efecto, etc.

FUERZA DE RESISTENCIA AERODINMICA EN UN VEHCULO:

Donde:Ca - Coeficiente de arrastre o resistencia aerodinmica.a - Densidad del aire (1,2254 kg/m3),AF - rea de seccin transversal o frontal del vehculo (m2)v - Velocidad del vehculo (m/s),

La Fuerza de resistencia aerodinmica queda modificada al cambiar los valores del: Coeficiente de resistencia aerodinmica (Ca), orea frontal del vehculo (AF).

COEFICIENTE DE RESISTENCIA AERODINMICA: Ca

Es una magnitud adimensional.Se determina empricamente elvalor de Ca:

Ca: Es aproximadamente el mismo para casi todos los vehculos.

El lmite inferior de Ca es aprox. 0,25.

Ca = 0,04Para una gota de agua alargada,Ca = 0,47 Para otros mbitos de aplicacin,Ca = 1,06 Cara cubo perpendicular al flujo,Ca = 0,8 Si el cubo gira 45.

USO DEL AUTOMVIL AERODINMICO

Se garantiza una mnima resistencia a la fuerza delaire Fx, durante la conduccin, reducindose el consumo de combustible y se aumenta la velocidad;Se garantiza el ptimo flujo de aire hacia el interior y exterior del chasis - carrocera, que adems los refrigera.Reduce:La fuerza de sustentacin aerodinmica Fz que tiende apartar al vehculo de la carretera, reduciendo la adherencia de las ruedas con la carretera, lo que es peligroso;El momento de volteo del vehculo (Vuelco);El momento de inclinacin (Escora) (M);El momento en desarrollo (Mz), y otras manifestaciones de inestabilidad aerodinmica;El rudo producido por el aire en contacto con el vehculo.La contaminacin de las superficies del vehculo: Vasos, manijas de puertas, carrocera y otras superficies.

EL EFECTO DEL VIENTOLa Fuerza de resistencia del aire se calcula con: Fra = 0,5 Ca.AF.a.v2 AF - rea de la proyeccin sobre el plano vertical del vehculo. a - densidad del aire. v - la velocidad del vehculo.

La tasa en la frmula en la caja - es decir, cuando el vehculo acelera de 60 a 120 kph aumenta la resistencia del aire en 4 vecesAudi A8 cuando se mueve a la mxima velocidad de:250 km/h slo para superar la resistencia del aire debe consumir 191 CV, y cuando va a 300 km/h, gasta 331 HP (1 CV = 1,015 HP).

El coeficiente de resistencia aerodinmica Ca (en Ingls: Cd; en alemn: Cw): Describe a la perfeccin aerodinmica del vehculo.En la mayora de vehculos modernos Ca = 0,30 - 0,35, pero los valores de alcance ms perfectos varan de Ca = 0,26 - 0,27.Tambin hay una fuerza de friccin superficial, como resultado de la friccin entre la rugosidad de la superficie y la velocidad del aire.

Resaltan dos mtodos para el estudio de la Aerodinmica de los vehculos, los cuales son:Las pruebas en un tnel de viento;El modelo matemtico, en un programa de simulacin para ser operado en una computadora, que se convertir luego en un ordenador.

Los tneles de viento para prueba de vehculos a veces cuenta con:Una pista mvil que simula a un pavimento en movimiento, o Un mecanismo para hacer girar a las ruedas del vehculo de prueba.

Estas medidas se toman para ver el efecto de la calzada y las corrientes de aire sobre las ruedas giratorias del vehculo.MTODOS PARA EL ESTUDIO DE LA AERODINMICA DE UN VEHCULO

EL REA DE LA SECCIN TRANSVERSAL DEL VEHCULO (AF)

Es el rea de la proyeccin de la mayor seccin transversal del vehculo, calculada en el tnel de viento

Elementos que sirven para realizar el calculo:Un haz de rayos lser, yUna cmara de video; que se mueven al mismo tiempo a lo largo del permetro de la proyeccin frontal, y envan seales a una computadora que registra la "sombra" del vehculo y luego determina su seccin (rea) transversal media.

LA REDUCCIN DE COEFICIENTE DE RESISTENCIA AERODINMICA

Los primeros vehculos con cuerpos aerodinmicos, fueron construidos por Zhenetti, Bergman, Alfa Romeo, y Yaraem Rumplerom, pero, no aparecieron junto con el estudio de las leyes de la aerodinmica, sino como resultado del dibujo o diseo puramente mecnico, ya usado en el diseo de botes, buques, y aeronaves.

Los primeros vehculos con cuerpos de forma aerodinmica, Los primeros vehculos con cuerpos aerodinmicos, corresponde al diseo grfico del italiano Ricotta, construido en 1914, en el cuerpo de un Alfa Romeo 40/60 HP:

Una firma francesa, El Leyat, inmediatamente despus de la Primera Guerra Mundial, mostr el Tropfenwagen que era una mquina que tena la forma de una gota de agua.

Edmund Rumpler - un austraco, en 1910, al comenzar la Primera Guerra Mundial en la fbrica de automviles de la Repblica de Weimar, comenz a producir aviones.El primer vehculo que construy fue llamado Tropfenwagen o "Mquina-Trop".Rumpler garantizaba a sus clientes ahorro significativo de combustible, que en los aos de la postguerra era importante; y un pleno sentido de la sensacin sobre ruedas. .En 1923 se introdujo la versin extendida de "gotas".En 1979, uno de ellos se perdi en el tnel de viento y todos quedaron asombrados, pues el coeficiente aerodinmico Ca = 0,28Tropfenwagen

PRIMEROS VEHCULOS CON CUERPOS DE FORMA AERODINMICALa compaa Mercedes Benz en 1923 demostr su Tropfenwagen en las carreras de automviles de su tiempo.Paul Yaray (Suiza) en 1923 comenz a construir su primer vehculo.En Reino Unido, en 1933, MG Magic Midget, construy un vehculo con la finalidad de participar en una de las carreras aerodinmicas, y acelerar hasta 200 km/h.En 1934 comenz la produccin del primer gran volumen de vehculos con cuerpos aerodinmicos, uno de ellos fue el Chrysler Airflow. Su creador fue Harley Earl y fue instalado por primera vez en el modelo de tnel de viento de tamao natural, y se concluy que el tamao importa - las corrientes de aire se comportan de manera diferente cuando soplan en modelos en miniatura -.

Los primeros vehculos con cuerpos de formas aerodinmicas en Reino unidoPrimeros grandes vehculos con carrocera aerodinmica de Chrysler Airflow

En 1934, en Italia, se cre el vehculo del futuro", basada en la Lancia Aprilia Stronlinienwagen.Aerodinmica del cuerpo Tatra 77

En Checoslovaquia, se comenz a producir el Tatra 77 en el ao 1935.Su diseador fue Hans Ledvinka, que fue asesorado por Pablo Yaraem. El resultado:Un vehculo hermoso, con excelentes caractersticas de conduccin.Con un coeficiente aerodinmico Cx = 0,21.

Mercedes-Benz1935 - DB comenz a producir la parte trasera compacta de Mercedes-Benz 130 H, con carrocera aerodinmica C.El consorcio Daimler-Benz, construy el modelo de competicin de Mercedes Benz W25, con cabina cerrada:

Los vehculos alemanes: Grupo de Auto Union, adquiri la patente de un diseador original y a partir del concepto de los usuarios construy un cuerpo aerodinmico para el Frente Audi con motor de 2 litros. A partir de sta patente se fabricaron los vehculos ms potentes y lujosos de Alemania - Maybach. El modelo SW 35, con cuerpo aerodinmico que se mostr en el Saln del Automvil de Pars.

En 1937, sobre el chasis del deportivo de Mercedes-Benz 540 K fue construido un coup aerodinmico. Los propietarios de Auto Union calcularon obtener modelo de vehculo que se denominara "coche del pueblo, sin embargo, estas mquinas fueron de conduccin rpida, y consuma una mnima cantidad de combustible, por lo que el cuerpo aerodinmico se convirti en obligatoria, y comenzaron la produccin con el modelo F7 DKW.

Volkswagen 1- Litre ConceptVolkswagen de 1- litro concepto Volkswagen 1-Litre Concepto.Fue diseado en el ao 2002. Ahora echa un vistazo a los dibujos del costado derecho, los contornos lo realizado por Pal Yaray en la parte posterior de uno de sus dibujos el ao 1921

EL PRIMER TNEL DE VIENTO PARA LOS VEHCULOS DE PRUEBA

Las pruebas aerodinmicas de los nuevos modelos de vehculos transportados, por lo general se realizaban en tneles de viento de la industria aeronutica.En 1929, la firma Ford construy el primer tnel de viento para probar modelos de automviles 1/4 naturales, pero en el ao 1936 - el vehculo de prueba - era de tamao completo.Luego de este acontecimiento las empresas de las automviles han construido tneles de viento en diferentes pases del mundo, y simultneamente, han desarrollado mtodos y pruebas aerodinmicas en las carretera.

Desde 1946, la aerodinmica fue asociado con el incremento en la velocidad del vehculo aplicado al transporte de pasajeros, con los cuerpos de estilo "pontn" que tenan una transicin en la parte trasera de la carrocera al tronco. Esto llev al establecimiento de instituciones de investigacin, y laboratorios en las fbricas y universidades, en el campo de la aerodinmica de los vehculos de diferentes formas.El primer trabajo relacionado con el estudio de la aerodinmica de camiones, aparece despus de 1946.LA FORMA DEL CUERPO "PONTN

EL MAYOR TNEL DE VIENTO El tnel de viento de la General Motors abri sus puertas en 1980 y trabaja 24 horas al da, 5 das a la semana, y es uno de los ms grandes del mundo, en el que se prueban los vehculos a tamao natural, con una zona de reaccin de 10x21x5,5x0,50 m. Tiene alto nivel de supresin de rudo y eco, generado durante las pruebas. El aire es impulsado por un motor elctrico de 4500 HP (3357 kW) (1 HP = 0,746 kW) de potencia, que mueve a un ventilador a 270 rpm, la cual provee aire a una velocidad de casi 670 km/h (186,11 m/s).

TIPOS DE RESISTENCIA AERODINMICA

Durante su movimiento del vehculo opera la corriente de aire que le genera dos tipos de resistencia aerodinmica: Resistencia a la presin; La resistencia a la friccin de aire.Pero en el vehculo opera principalmente la presin, que influye sobre el coeficiente aerodinmico resultante.No existe un supercomputador en el mundo que puede encontrar el coeficiente excto de la aerodinmica de un vehculo.La zona que nos interesa es la zona de mayor resistencia a la presin donde se separa el plano del flujo entrante, y la pista de vrtice; luego se calcula la presin de arrastre en un flujo turbulento en el momento ms crtico.

VRTICESLa palabra vrtice viene del latn vortex (torbellino, remolino).El flujo de aire envuelve inevitablemente a toda la superficie del vehculo sean stas regulares o irregulares, separndose en la parte posterior del vehculo, formando un vrtice en forma de tnel irregular longitudinal.

Los vrtices pueden surgir en los siguientes lugares en:Los lados de las alas;El rea formada por la interseccin del cap y el parabrisas;En los spoilers delantero y posterior,La zona de fractura en la parte posterior del vehculo, El borde de salida del cuerpo principal. YEn el borde frontal de la carrocera.

MG TF Front Bumper Spoiler Sports (Spoiler de Parachoques Delantero)

AERODINMICA DE LOS DIVERSOS TIPOS DE CUERPOS El elemento principal que determina la aerodinmicadel vehculo es la parte posterior del cuerpo.

El menos eficaz es un tipo de cuerpo vagn - el flujo se descompone con el borde del tejado -, y la mquina presenta una gran rea de baja presin, lo que aumenta la resistencia al movimiento.

Mejorando ligeramente la posicin del deflectoren el techo del vehculo por encima de la quinta puerta, puede apagar parte del flujo - gota de vaco, Hatchbacks (Espalda de la estela), en trminos de aerodinmica, es preferible, por lo que es recomendable que una corriente fluya por una superficie inclinada y salir por la parte inferior de la quinta puerta, dejando un rea pequea de baja presin.

Aerodinmica de los diversos tipos de cuerpos (Cont. ) Sin embargo, esto slo es cierto para una pequea inclinacin de la ventana no ms de 23. Pero la mayora de las ventanas traseras tienen un ngulo de inclinacin mucho mayor, y una racionalizacin que prcticamente no difiere de los vagones. En sedanes y coups el techo es desprendido hacia abajo en la primera corriente de la tapa del maletero, y luego se separa del borde de salida, y como consecuencia del desempeo de una pequea ventana trasera se obtiene el vrtice de estela detrs del vehculo, casi como un pequeo hatchback con una inclinacin hacia atrs.

El aumento de la altura y la longitud del tronco, puede reducir an ms Ca o Cx o CD. Un efecto adicional es pequea y el estrechamiento de la parte de atrs. En la prctica, los sedanes y coups, especialmente los ms grandes, son los que mejor racionalizan la inclinacin de la aerodinmica del vehculo..

Toyota Yaris (Vitz) Ca = 0,379Toyota SequiaCa = 0,35 Toyota Camry 2005Ca = 0,31 Toyota Prius 2004 Ca = 0,26 Nuevo Toyota Prius Ca = 0,25 Ca aumenta si:Funcionan los faros retrctiles de noche en un 10 %,Cuando las ventanas se encuentran abiertas en un 5 %,Si tienen delantales de entrada de las ruedas en un 3 %,Si tienen barras en el techo aumenta en un 10 -12 %,Si funcionan los retrovisores exteriores en un 5,7 %;Tienen neumticos de flotacin en un 2 - 4 %, Tienen antenas en un 2 %, Tienen una escotilla en el techo en un 2 - 5 %. Tienen las tapas de las ruedas lisas se reduce en un 3 %,La calidad de fabricacin de la carrocera del vehculo: Los pequeos huecos en las juntas de dilatacin reduce la resistencia de 2 - 5 %.COEF. DE RESISTENCIA AERODINMICA - Ca

LAS CORRIENTES DE FOUCAULTLos remolinos crean en la puertaposterior o hatchback (agujeros en laparte posterior) del sedn o coup ostation wagon, gran contaminacin derea uniforme, pero las corrientes deFoucault crean una superficie de separacin muy fuerte sobre la superficie posterior de la puerta que levanta a la suciedad de la misma.La magnitud del vrtice afecta a la aerodinmica general del vehculo, aumentando la fuerza y el coeficiente de friccin, debido a que el aire entrante forma una gran capa inferior en la superficie posterior del vehculo, por este motivo el vrtice debe explosionar fuera de la superficie del vehculo, por lo que se instalan una especie de spoiler (portitel) en el borde superior del portn trasero, que desva al aire entrante hacia arriba alejando a la turbulencia que genera al vrtice de la superficie de la puerta posterior lo que evita el vrtice y la mejora la aerodinmica del vehculo.

La CORRIENTE DE FOUCAULT(Corriente parsita o corriente torbellino o eddy currents) Es un fenmeno elctrico descubierto por el fsico francs Lon Foucault en 1851.Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magntico variable, o viceversa, ese movimiento relativo causa una circulacin de electrones o corriente inducida dentro del conductor, denominada corrientes circulares de Foucault, que crean electroimanes con campos magnticos que se oponen al efecto del campo magntico aplicado (ver Ley de Lenz). Cuanto ms fuerte es el campo magntico aplicado, o mayor es la conductividad del conductor, o mayor es la velocidad relativa de movimiento, mayores sern las corrientes de Foucault y los campos opositores generados.Los ncleos de las bobinas y transformadores generan corrientes inducidas debido a la variacin del flujo magntico en los ncleos.

A medida que la placa metlica se mueve en el campo magntico constante entrante a la imagen, se inducen las corrientes de Foucault. La direccin de la corriente se determina por la Ley de LenzLas corrientes parsitas, tambin llamadas corrientes de Foucault, no son buenas para lograr una ptima eficiencia elctrica, pero ayudan a mejora la aerodinmica del vehculo.