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Reportaje:Motor

Túneles de viento para gastar menos

La aerodinámica es uno de los factores que más influyen en el consumo de un automóvil, junto con el peso y el motor - Rebajar un 20% la resistencia al aire otorga un ahorro de medio litro

Los nadadores se depilan todo el cuerpo y los esquiadores aplican ceras especiales en sus esquís. El objetivo: reducir el rozamiento para deslizarse más rápido, ya sea dentro del agua o sobre la nieve. El mismo principio se aplica a los coches, aunque en este caso el rozamiento es doble: el que produce la fricción de las ruedas sobre el asfalto y el que genera el aire en su interacción con la carrocería. Unos neumáticos de bajo rozamiento reducen el consumo en unos 0,2 litros cada 100 kilómetros. Con una carrocería muy aerodinámica, el ahorro puede ser superior a un litro.

El motor, el peso y la aerodinámica son los tres factores que más influyen en el consumo de un automóvil. En ciudad y carreteras viradas, el motor y el peso son los aspectos más importantes, pero cuando se viaja por una autopista, la aerodinámica se erige en protagonista. Y es que una vez que el coche está lanzado, el peso importa poco y, como se suele circular en la marcha más larga y a punta de gas, tampoco se demanda mucha potencia al motor. En estas situaciones, la resistencia al avance que provoca el aire es el mayor enemigo del consumo: si el vehículo tiene buena aerodinámica, el aire lo frenará poco y se podrá mantener el ritmo deseado acelerando lo mínimo, con el consiguiente ahorro.

La forma más eficiente que se conoce es una gota de agua en caída

Los túneles de viento, popularizados por la Fórmula 1, son laboratorios científicos que estudian cómo mejorar la aerodinámica de los automóviles. A grandes rasgos, se trata de instalaciones diáfanas equipadas con un ventilador gigante. Con apenas un año de vida, el que utiliza BMW es uno de los más avanzados: reproduce corrientes de hasta 300 km/h y emplea a 500 personas. Está en Múnich, Alemania.

El coeficiente aerodinámico o Cx indica la fluidez con la que el coche penetra en el aire, mientras que la resistencia al avance que provoca el aire sobre un vehículo se consigue multiplicando su Cx por su superficie frontal.

Cuanto más bajo sea el Cx, mejor penetración y menor consumo. Las berlinas más aerodinámicas consiguen un Cx inferior a 0,28, mientras que los todoterrenos y monovolúmenes más eficientes se sitúan en torno a 0,33. Toyota y Mercedes ofrecen los modelos de serie más aerodinámicos de la oferta actual: el híbrido Prius (0,25) y el deportivo Clase E Coupé (0,24). Un cubo de un metro de lado tendría un Cx de 1.

Reducir el coeficiente aerodinámico en una centésima implica un ahorro de 0,25 litros al rodar a 140 km/h, la velocidad a la que se evalúan todos los automóviles para determinar su Cx. Por ello, muchas marcas dedican grandes inversiones a este campo. El túnel de BMW, por ejemplo, ha costado 170 millones de euros. Pero gracias a él, la marca espera reducir una o dos centésimas el coeficiente de sus próximos modelos (equivale a ahorrar de 0,25 a 0,5 litros a 140 km/h).

Según los ingenieros del fabricante, las formas y proporciones de la carrocería determinan el 40% del Cx; las entradas de aire, el 10%; los bajos o zona inferior, el 20%, y las ruedas y los pasos de ruedas, el 30% restante. Como la aerodinámica de la carrocería y de los bajos está ya muy afinada, el mayor potencial de mejora se encuentra en las ruedas y pasos de ruedas. De hecho, BMW ensaya un nuevo parachoques frontal que mejora la canalización del aire hacia el neumático y reduce las turbulencias que suelen formarse en esta área. El resultado: permitiría bajar el Cx de un Serie 5 actual de 0,28 a 0,27.

Esta solución se aplicará en nuevos modelos y se sumará a otras ya en producción: en los Serie 1 y Serie 3, las rejillas de la parrilla frontal se cierran si el motor no precisa refrigeración para mejorar el Cx, y los bajos de la carrocería van carenados con una plancha para que el aire no se cuele entre la mecánica y frene el avance del vehículo.

La forma más aerodinámica que se conoce es una gota de agua en caída, con el extremo ancho delante. Trasladado a los automóviles, lo ideal sería contar con un modelo largo y estrecho, con un frontal bajo, un lateral ascendente y una parte trasera alta y maciza. Las berlinas y cupés son los coches que más se acercan a esta arquitectura óptima.

Aunque el estudio de la aerodinámica es casi tan antiguo como el automóvil, fue a partir de 1930 cuando obtuvo una importancia capital, como ayuda para que los modelos de carreras alcanzaran velocidades más altas, y fueran también más estables al rodar a altas velocidades. En los coches de calle, la revolución llegó en los años noventa, cuando entraron en juego los ordenadores y las simulaciones informáticas: permitieron mejorar la precisión de los diseños y, a la vez, ahorrar tiempo y dinero, porque se podían probar cientos de soluciones diferentes sin tener que construir un modelo real y ensayarlo en un túnel de viento. Hoy en día, sólo se fabrica un vehículo cuando el ordenador ha confirmado que su diseño base resulta eficiente.

Al establecer comparaciones se aprecia la evolución conseguida. Un Serie 3 Cabrio de 1987 tenía un Cx de 0,39; el modelo moderno, de 2009, baja hasta 0,27. Esto significa que, sólo por la mejora aerodinámica, el coche actual gasta tres litros menos que el antiguo al rodar a 140 km/h.

Al sumar las mejoras aerodinámicas, los neumáticos de bajo rozamiento, los avances en motores y cambios y otras soluciones como los materiales ligeros, que reducen el peso, la disminución del consumo puede ser notoria. El nuevo BMW 730d, con un propulsor 3.0 turbodiésel de 245 CV, reúne muchas de estas innovaciones y gasta 7,2 litros de media, todo un logro para una berlina de cinco metros y dos toneladas. Sin embargo, a finales de este año se lanzará el nuevo 740d, que aporta resultados aún más llamativos: equipa un motor 3.0 diésel biturbo de 306 CV y logra un consumo de 6,9 litros. No hay ninguna berlina de este tamaño, ya sea diésel o híbrida, que gaste menos.

Pruebas con maquetas

Hoy en día, el diseño de los automóviles está supeditado a la aerodinámica. Cuando se desarrolla un coche, la aerodinámica tiene una importancia del 60% y el diseño del 40%. Los ingenieros y diseñadores deben trabajar juntos y encontrar formas que satisfagan a unos y otros: las piezas que forman la carrocería tienen que ser tan estéticas como eficientes. Todo comienza en el ordenador, con las simulaciones informáticas. Una vez que se ha definido un diseño base adecuado, se construye una maqueta a escala 1:2, a mitad de tamaño real, y se prueba en el túnel de viento. BMW tiene dos túneles de viento, uno pequeño y otro grande, pero los dos con capacidad para generar corrientes de aire de hasta 300 km/h. En el pequeño se ensayan las maquetas, y en el grande, los modelos reales, ya con faros, manetas de puertas, antenas de techo y todos los detalles finales. El proceso completo, del ordenador al túnel grande, lleva tres meses de trabajo.

Para que los resultados sean válidos, las maquetas deben tener una exactitud milimétrica y hay que guardar las proporciones entre el tamaño del coche y la velocidad del aire. Así, si se prueba una maqueta a escala 1:2, el viento debe circular al doble de lo que se haría con un modelo de tamaño natural. De esta forma, la maqueta 1:2 se ensaya a 280 km/h, que equivale a los 140 km/h estandarizados de un vehículo normal. El enorme tamaño de los ventiladores -el del túnel grande alcanza los ocho metros de diámetro- hace inviable que el rotor gire a la velocidad de la prueba, por lo que se introducen varios embudos en el recorrido que realiza el aire para acelerarlo. En concreto, los dos túneles de BMW multiplican por seis la velocidad del ventilador: si éste gira a 50 km/h, el aire llega finalmente al vehículo a 300 km/h.

Los ingenieros aerodinámicos no sólo tienen que coordinarse con los diseñadores para crear una línea atractiva y eficiente en consumo. Deben también tener en cuenta otros factores, como que llegue un buen caudal de aire al motor y los frenos para refrigerarlos, que la circulación del aire sobre la carrocería favorezca la estabilidad a alta velocidad, que el viento no genere ruidos molestos al pasar por el coche e, incluso, tratar de evitar la acumulación de polvo y suciedad en la superficie del vehículo.

* Este artículo apareció en la edición impresa del Sábado, 22 de agosto de 2009

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