Friedrichshafen, Alemania – En la orilla del Bodensee hay un museo que destaca excelentes ejemplos de aerodinámica y construcción ligera. Friedrichshafen fue la sede de la fábrica de dirigibles Graf Zeppelin, establecida a finales del siglo XIX. Y el museo está dedicado al trabajo de Luftschiffbau Zeppelin y su fundador Ferdinand Graf von Zeppelin.
Las lecciones aprendidas del trabajo pionero realizado por los aerodinamistas e ingenieros utilizados para la construcción de aviones son más aplicables que nunca. Los avances en las capacidades computacionales y los materiales, que BMW demostró durante el Día de la Innovación 2014, han ayudado a perfeccionar los principios establecidos hace más de un siglo.
El impacto de la gestión de la aerodinámica
El aire fluye más suavemente alrededor de la forma de lágrima, lo que le permite operar en el aire de manera más eficiente.
En una demostración realizada en el museo Zeppelin, se someten cuatro formas a una corriente de aire con sólo pulsar un botón. Tres de las formas se desvían hacia atrás y requieren una energía considerable para superar las turbulencias que crea la corriente de aire que las rodea.
El aire penaliza a las formas por resistirse a su flujo alrededor de esa forma. Y no es sólo el flujo alrededor de la parte delantera del objeto lo que cuenta, como se ve en la ilustración, sino también cómo se permite que el aire se reforme en la parte trasera del objeto. Como se ve en la demostración del museo Zeppelin, la forma de lágrima es la que ofrece menos resistencia al flujo de aire. Las demás formas sufren una penalización, ya que necesitan más potencia para desplazarse por el aire, al no gestionar adecuadamente el flujo de aire. Si se gestiona la dinámica del flujo de aire, se mejora la eficiencia del vehículo.
En el Día de la Innovación, BMW mencionó que la aerodinámica es fundamental en situaciones de velocidad media y alta, y que han descubierto que el 40% de la resistencia al avance está definida por las proporciones (forma) del vehículo, el 20% de la resistencia al avance está generada por las ruedas y los pasos de rueda, el 20% de la resistencia al avance se atribuye a los bajos de la carrocería y el 10% restante puede asignarse a las entradas de aire. BMW gestiona activamente estas áreas y destacó su trabajo en el nuevo X5 durante el Día de la Innovación.
La parte trasera del nuevo X5 ha sido objeto de un gran ajuste aerodinámico. BMW ha aumentado la conicidad del techo y ha añadido láminas aerodinámicas que mejoran posteriormente el coeficiente de resistencia.
BMW también utiliza una cortina de aire para manipular el flujo de aire alrededor de los huecos de las ruedas. Utilizan formas de rueda aerodinámicas y permiten que lo que sería aire de alta presión atrapado en los pozos de las ruedas salga a través de respiradores de aire.
Las mejoras en el flujo de aire alrededor de los pozos de las ruedas del X5 de segunda generación al nuevo X5, que reduce la desviación del aire desde el lateral del vehículo, pueden verse en la ilustración siguiente.
Además, las ruedas optimizadas aerodinámicamente generan menos turbulencias, como se muestra a continuación.
El flujo de aire por debajo de la carrocería utiliza desplazadores en la parte delantera del vehículo que dirigen el flujo de aire lejos de las ruedas, reduciendo la resistencia en el proceso. También aceleran el flujo de aire bajo el coche, lo que reduce la elevación y, por tanto, mejora la dinámica de conducción.
El control activo de las aletas de aire del nuevo X5 no sólo reduce la resistencia aerodinámica en un 5%, sino que también ayuda a gestionar la temperatura del motor. Al permitir que el motor alcance antes la temperatura de funcionamiento, se reduce el consumo de combustible.
Prestando atención a los detalles aerodinámicos, BMW puede mejorar la eficiencia del nuevo X5. Al reducir el trabajo para desplazar el aire, se puede poner más potencia en el grupo mejorando la dinámica del vehículo. El trabajo realizado para gestionar el flujo de aire en el nuevo X5 de tercera generación ha permitido que el X5 tenga el mejor coeficiente de resistencia aerodinámica de su clase.
Añadir ligereza
Cuando se planificaron los Zeppelins, los materiales ligeros eran difíciles de conseguir. La fábrica utilizó el aluminio, un material muy exótico en aquella época, al igual que la fibra de carbono en los últimos tiempos, para reducir el peso de la aeronave y aumentar así su carga útil.
En el museo del Zeppelin se exponía una estructura de soporte de aluminio optimizada y, junto a ella, una pieza equivalente hecha de fibra de carbono. El hecho de recogerlas demostró el espectacular ahorro de peso que pueden suponer las piezas de CFRP. Pero, al igual que con el trabajo realizado en todas las fases de la construcción del Zeppelin, reducir el peso siempre que sea posible -y, sin embargo, mantener o mejorar la integridad estructural- proporciona grandes beneficios.
El enfoque de BMW en cuanto a la reducción de peso no se centra únicamente en los materiales estructurales, como la sustitución del acero por la fibra de carbono, sino también en la multitud de piezas que componen el vehículo. En el X5 mostraron ejemplos de ahorro de peso en todos los ámbitos.
Añadir ligereza es un círculo virtuoso. Si se reduce el peso que hay que suspender, se puede reducir el peso de los componentes de la suspensión y los frenos. Todo suma y, para una potencia determinada, cuando se reduce el peso, aumenta la eficiencia y la dinámica.
Y una de las exhibiciones puso de manifiesto la eficiencia que está aportando BMW con el uso de la fibra de carbono. Un soporte estructural IP estaba sentado en una mesa, normalmente hecho de un metal ligero como el magnesio, este parecía ser un moldeado por inyección de plástico. Pero una pieza normal moldeada por inyección de plástico no tendría necesariamente la integridad estructural necesaria para soportar la miríada de componentes que conforman una pila de IP.
Resulta que el material utilizado para moldear el soporte IP eran recortes de CFRP reciclados, reducidos a las estructuras de cordones necesarias para el moldeo por inyección. Una reutilización muy inteligente de los restos de CFRP de su proceso de producción. Y, sin duda, con menos intensidad energética que la creación de una pieza más pesada de magnesio.
Conclusión
Hace más de un siglo que los ingenieros trabajan para reducir el peso y mejorar la aerodinámica de los vehículos. Fue importante cuando el ciclismo se popularizó a finales del siglo XIX y las técnicas de construcción de las que fueron pioneros se incorporaron al diseño aeronáutico junto con el nuevo campo de la aerodinámica.
Ahora, más de 100 años después, los ingenieros siguen mejorando las estructuras gracias a la disponibilidad de nuevos materiales y procesos de producción. Y gracias al aumento de la potencia de cálculo, la aerodinámica puede modelarse con mayor precisión y aplicarse con garantías de que los cambios mejorarán tanto la eficiencia como la dinámica del producto.
BMW ha mostrado cómo se mantiene a la vanguardia en materia de aerodinámica y construcción ligera, destacando la eficiencia de la dinámica de conducción durante su Día de la Innovación 2014.
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