Ver el código de «Aerodinámica del automóvil»

{{AP|Aerodinámica|Mecánica de fluidos}}
[[Archivo:Aerodynamics of model car.jpg|mini|300px|Líneas de flujo alrededor de un automóvil en un túnel de viento]]
[[Archivo:Aeroakustik-Windkanal-Messhalle.JPG|mini|300px|El gas opaco permite visualizar los flujos de aire alrededor de la carrocería]]
[[Archivo:Arrivée de G. Vinet au Paris-Amsterdam-Paris 1898, sur Amédée Bollet fils "Torpilleur Type B" en aluminium.jpg|mini|Llegada de G. Vinet de la carrera [[París-Ámsterdam-París]] de 1898, sobre el [[Amédée Bollée|«Torpilleur Type B» de Amédée Bollet]] con carrocería de [[aluminio]], primer coche nacido de un estudio aerodinámico]]

La '''aerodinámica automotriz''' es el estudio de los fenómenos de [[aerodinámica]] inducidos por el flujo de [[aire]] alrededor de un [[automóvil]] en movimiento. El conocimiento de estos fenómenos permite, entre otras cosas, optimizar el consumo de los vehículos al reducir su [[resistencia aerodinámica]], mejorar su comportamiento en carretera al influir en su [[sustentación]] (o en su [[carga aerodinámica]]) y reducir los fenómenos [[aeroacústica|aeroacústicos]] y [[turbulencia]]s a alta velocidad.

Tenido en cuenta desde muy temprano en la [[historia del automóvil]], con ejemplos como ''[[La Jamais Contente]]'', un coche eléctrico de 1899 perfilado como un torpedo, la aerodinámica automotriz ganó impulso en la década de 1930. De hecho, fue en 1934 en los Estados Unidos cuando apareció el [[Chrysler Airflow]], el primer automóvil de producción en serie diseñado a partir de un perfil aerodinámico. Posteriormente, los coches siguieron mejorando en este aspecto, sobre todo tras la aparición de la [[Fórmula 1]], cuyo campeonato sigue aportando avances en este campo.

Dado que la aerodinámica está intrínsecamente vinculada a la [[mecánica de fluidos]], las pruebas en [[túnel de viento]] se han convertido ahora en un elemento esencial para los fabricantes de automóviles. Además, debido a los complejos fenómenos involucrados en la aerodinámica, tanto las grandes marcas como especialmente los equipos de carreras, también se valen de la [[mecánica de fluidos computacional]] para analizar este tipo de problemas.

== Variables aerodinámicas ==
[[Archivo:Drag-es.svg|thumb|<math>C_x</math> de distintas formas geométricas, y casos de la posición con respecto a la carretera y su influencia]]

=== Resistencia aerodinámica al avance ===
{{AP|Resistencia (fluidos)|Coeficiente de resistencia}}

En mecánica de fluidos, la [[resistencia (fluidos)|resistencia]] es la fuerza que se opone al movimiento de un cuerpo en un [[fluido]]. En el caso de un automóvil, el fluido que se opone al avance del vehículo es el aire. Por lo tanto, a los fabricantes les interesa reducir esta [[resistencia aerodinámica|resistencia ''aerodinámica'']], la fuerza causante de un aumento del consumo de combustible y de una reducción de la velocidad máxima en consonancia.<ref name="utbm" />

La resistencia <math>F_x</math> se expresa mediante la fórmula:<ref name="dynAuto">[[Wikipedia:Portada|Jean-Pierre Brossard]], ''Dynamique du véhicule : Modélisation des systèmes complexes'', p. 235-239.</ref>

: <math> F_x = \frac12 \cdot \rho \cdot V^2 \cdot S \cdot C_x </math>

donde :
: <math>\rho</math>, [[densidad]] del aire (en {{unidad||kg/m|3}});
: <math>V</math>, velocidad del vehículo en relación con el aire (en {{unidad|m/s}});
: <math>S</math>, sección transversal máxima (en {{unidad||m|2}});
: <math>C_x</math>, [[coeficiente de resistencia]] (sin unidad).

Esta expresión destaca un parámetro esencial para la determinación de la resistencia:<ref group="nota">En la literatura anglosajona, el coeficiente <math>C_x</math> se denomina C<sub>d</sub> por la inicial de la palabra ''"drag"'', que significa ''resistencia''.</ref> el <math>C_x</math> o coeficiente de resistencia, definido como la relación entre la [[resistencia (fluidos)|resistencia]] de un objeto y el de un objeto de la misma sección moviéndose a la misma velocidad en el mismo fluido y que tuviese un coeficiente de resistencia de 1. Esta [[magnitud adimensional]] caracteriza así la calidad del “perfilado aerodinámico” de un objeto con respecto a su resistencia al avance causada por el aire según una dirección dada.

[[Archivo:CFD Cp ecomobile.jpg|mini|La presión en la parte delantera de un [[Shell Eco-marathon|eco-móvil]] (en rojo) es una fuente de resistencia, incluso si esta resistencia se compensa paradójicamente casi en su totalidad por las depresiones en el resto de la carrocería]]

El valor de la [[sección maestra]] S (el área máxima del vehículo frontalmente proyectada) puede obtenerse claculándola a partir de un plano con sus dimensiones o estimarse, por ejemplo, mediante la llamada ''fórmula de Paul Frère'':
: <math>S = k \cdot h \cdot l</math>
donde
* <math>h</math> es la altura total del vehículo sobre la calzada,
* <math>l</math> su anchura (sin espejos),
* <math>k</math> un ''coeficiente de llenado'' (la parte del rectángulo ocupada realmente por la sección maestra del vehículo), aproximadamente igual a {{unidad|0.85}}<ref name="Duysinx2010">{{cita libro |autor=Pierre Duysinx |título=Performances du véhicule |editor2=ac.be |date=2010 |url=http://www.ingveh.ulg.ac.be/fr/cours/Notes_de_cours_Meca_0004/PCVPerf1_2010.pdf |formato=pdf |fechaacceso=25 septembre 2011 }}</ref><ref name=BarreauBoutinp25>{{Harvsp|Barreau|2009|p=25|id=BarreauBoutinEnergétique}}</ref>

Por su parte, el libro ''"Aerodynamics of Road Vehicles"'' publicado por Wolf-Heinrich Hucho, citando a Flegl y Bez, utiliza un ''coeficiente de llenado'' promedio (o [[factor de forma]]) de 0,81, establecido a partir del estudio de 85 modelos de automóviles europeos.<ref name=p36>{{Harvsp|Aerodynamics of Road Vehicle |1990|p=36|id= HuchoAerRoadVeh1990 }}</ref> Este factor de forma se utiliza para calcular de manera aproximada el área frontal <math>S_{front}</math> de un vehículo (europeo) según la siguiente regla empírica de ingeniería:
: <math>S_{frontal} = 0,81 \; h \;b</math>
siendo:
* <math>h</math> la altura total del vehículo sobre la calzada (hasta el techo o la parte superior del parabrisas para los descapotables, sin considerar antenas);
* <math>b</math> su ancho (sin espejos).

Para automóviles de pasajeros, la sección maestra varía entre {{unidad|1,5 y 2,5|m|2}}.<ref name="Leclerc2008">{{harvsp|Leclerc|2008|p=}}.</ref>

La resistencia principal, del orden de {{frac|2|3}} de la resistencia total, es la "resistencia de forma" (o perfil).<ref name="Duysinx2010" /> Se debe a dos fenómenos físicos: por un lado, el conjunto de presiones sobre la parte delantera de la carrocería del vehículo (sobrepresiones y depresiones) que resulta, además, de forma muy contraria a la intuición, en una resistencia relativamente baja; y por otro lado, el efecto de la depresión que queda después del paso del vehículo, que produce la llamada “resistencia de base”, que representa una parte significativa de la resistencia total (véase más adelante).<ref>{{cita web |idioma=en |url=http://www.gmecca.com/byorc/dtipsaerodynamics.html |título=General Aerodynamic Principals |editor2=gmecca.com |fechaacceso=19 juin 2010}}.</ref>

Otros factores que contribuyen a incrementar la resistencia aerodinámica al avance son las [[turbulencia]]s ligadas a la [[separación de la capa límite]], los [[vórtice]]s vinculados a la “resistencia inducida” por la [[sustentación]], la “resistencia interna” necesaria para refrigerar el motor, la circulación de aire en el habitáculo, o la resistencia debida a la fricción en la [[capa límite]] provocado por la viscosidad del aire.<ref group=nota>Véase [[viscosidad|fluidos viscosos]].</ref><ref>{{cita web |url=http://www.volez.net/aerodynamique-technique/elements-aerodynamique/composantes-trainee.html |título=Les composantes de la traînée |editor2=volez.net |fechaacceso=5 juin 2010 |fechaarchivo=2 de enero de 2022 |urlarchivo=https://web.archive.org/web/20220102133555/http://www.volez.net/aerodynamique-technique/elements-aerodynamique/composantes-trainee.html |deadurl=yes }}.</ref>

=== Importancia del C<sub>x</sub> y de la superficie frontal con respecto al consumo de combustible ===
[[Archivo:Energy flows in car ES.svg|mini|400px|Eficiencia energética de los coches térmicos en ciudad y en carretera<ref>{{cita web |idioma=en |título=Where the Energy Goes: Gasoline Vehicles |url=https://www.fueleconomy.gov/feg/atv.shtml |editor2=[[Departamento de Energía de los Estados Unidos]] |date=2017 |fechaacceso=22 février 2019}}, cité et illustré dans : {{cita libro |idioma=en |autor=Transportation Research Board |título=Tires and Passenger Vehicle Fuel Economy (Informing Consumers, Improving Performance) |editor2=[[Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos|National Research Council]] |date=2006 |páginas=178 |capítulo=40 |fechaacceso=22 février 2019 |formato=pdf}}</ref>]]

[[Archivo:Croisement traînées aéro et de roulement es.png|mini|Punto de corte de las curvas de la resistencia aerodinámica y de la resistencia a la rodadura]]

Cuando un automóvil circula por una carretera, una gran parte de la energía consumida se utiliza para superar la resistencia aerodinámica.<ref name="méca" /> A alta velocidad, esta resistencia aerodinámica es preponderante en relación con la resistencia a la rodadura, dado que su valor aumenta con el cuadrado de la velocidad.

Para reducir la resistencia aerodinámica de un automóvil, los fabricantes pueden actuar sobre dos parámetros: el C<sub>x</sub> y la [[sección maestra]] S. Siendo incompatible la evolución ascendente de los estándares en términos de confort y habitabilidad con una reducción de la sección maestra, es esencialmente el C<sub>x</sub> el principal factor sobre el que actuar. Al reducir un C<sub>x</sub> inicial de 0,40 en un 15%, un vehículo que viaja a {{unidad|120 km/h}} puede ahorrar un litro de combustible en cada {{unidad|100|km}}.<ref name="méca">{{cita libro |título=Physique générale 1 : Mécanique et thermodynamique |autor=Douglas C. Giancoli |editor2=[[ De Boeck Supérieur|De Boeck Université]] |año=1993 |capítulo=130, « L'importance du C<sub>x</sub> » |isbn=978-2804117009|página=130|url=https://books.google.es/books?id=h8P428vaOoIC&pg=PA130&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false}}.</ref>

La densidad del aire se toma igual a {{unidad|1,2|kg/m|3}} a {{unidad|20|°C}}.

La siguiente tabla resume la resistencia aerodinámica de un [[Vehículo utilitario deportivo|utilitario deportivo]] con una superficie frontal de {{unidad|2,70|m|2}} en función de su velocidad, para dos <math>C_X</math> de 0,3 y 0,38.

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Resistencia aerodinámica de un [[Vehículo utilitario deportivo|utilitario deportivo]] (en {{unidad|N}})
|-
! scope=col | Superficie frontal  = {{unidad|2,70|m|2}}
! scope=col | {{unidad|50|km/h}}
! scope=col | {{unidad|70|km/h}}
! scope=col | {{unidad|90|km/h}}
! scope=col | {{unidad|110|km/h}}
! scope=col | {{unidad|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,38
| 118,8
| 232,8
| 384,8
| 574,8
| 802,8
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,30
| 93,8
| 183,8
| 303,8
| 453,8
| 633,8
|}

La siguiente tabla resume la resistencia aerodinámica de un [[utilitario]] diésel con una superficie frontal de {{unidad|1,74|m|2}} en función de su velocidad, para dos valores de <math>C_X</math> de 0,3 y 0,38.

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Resistencia aerodinámica de un [[utilitario]] (en N)
|-
! scope=col | Superficie frontal = {{unidad|1,74|m|2}}
! scope=col | {{unidad|50|km/h}}
! scope=col | {{unidad|70|km/h}}
! scope=col | {{unidad|90|km/h}}
! scope=col | {{unidad|110|km/h}}
! scope=col | {{unidad|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,38
| 76,5
| 150,0
| 248,0
| 370,4
| 517,3
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,30
| 60,4
| 118,4
| 195,8
| 292,4
| 408,4
|}

Siendo la unidad (kWh/100 km) el equivalente a una fuerza de [[Newton (unidad)|{{unidad|36|N}}]], las tablas quedan como sigue:

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Pérdida de energía aerodinámica de un utilitario deportivo (en {{nobr|kWh/100 km}})
|-
! scope=col | Superficie frontal = {{unidad|2,70|m|2}}
! scope=col | {{unidad|50|km/h}}
! scope=col | {{unidad|70|km/h}}
! scope=col | {{unidad|90|km/h}}
! scope=col | {{unidad|110|km/h}}
! scope=col | {{unidad|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,38
| 3,3
| 6,5
| 10,7
| 16,0
| 22,3
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,30
| 2,6
| 5,1
| 8,4
| 12,6
| 17,6
|}

así como también :

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Pérdida de energía aerodinámica de un utilitario (en kWh/100 km)
|-
! scope=col | Superficie frontal = {{unidad|1.74|m|2}}
! scope=col | {{unidad|50|km/h}}
! scope=col | {{unidad|70|km/h}}
! scope=col | {{unidad|90|km/h}}
! scope=col | {{unidad|110|km/h}}
! scope=col | {{unidad|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,38
| 2,1
| 4,2
| 6,9
| 10,3
| 14,4
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,30
| 1,7
| 3,3
| 5,4
| 8,1
| 11,3
|}

Como un litro de gasolina representa aproximadamente {{unidad|10|kWh}},<ref group=nota>Véanse las notas sobre el [[Kilovatio hora|consumo de vehículos eléctricos]].</ref> la tabla se convierte en:

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Pérdida de energía aerodinámica de un utilitario deportivo (en l/100 km)
|-
! scope=col | Superficie frontal = {{unidad|2,70|m|2}}
! scope=col | {{unidad|50|km/h}}
! scope=col | {{unidad|70|km/h}}
! scope=col | {{unidad|90|km/h}}
! scope=col | {{unidad|110|km/h}}
! scope=col | {{unidad|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,38
| 0,33
| 0,65
| 1,07
| 1,60
| 2,23
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,30
| 0,26
| 0,51
| 0,84
| 1,26
| 1,76
|}

así como también :

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Pérdida de energía aerodinámica de un utilitario (en l/100 km)
|-
! scope=col | Superficie frontal = {{unidad|1,74|m|2}}
! scope=col | {{unidad|50|km/h}}
! scope=col | {{unidad|70|km/h}}
! scope=col | {{unidad|90|km/h}}
! scope=col | {{unidad|110|km/h}}
! scope=col | {{unidad|130|km/h}}
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,38
| 0,21
| 0,42
| 0,69
| 1,03
| 1,44
|-
! scope=row style="text-align:center" | C<sub>x</sub> = 0,30
| 0,17
| 0,33
| 0,54
| 0,81
| 1,13
|}

Queda por tener en cuenta la eficiencia global del vehículo, ilustrada en el diagrama adjunto. Está entre el 13 y el 20% para los vehículos térmicos y alrededor del 50% para los vehículos eléctricos (teniendo en cuenta la calefacción, el aire acondicionado y las pérdidas de la red eléctrica,<ref name="Jean-Marc_Jancovici">[[ Jean-Marc Jancovici]], [https://jancovici.com/transition-energetique/transports/la-voiture-electrique-est-elle-la-solution-aux-problemes-de-pollution-automobile/ La voiture électrique] sur jancovici.com.</ref> pero omitiendo la eficiencia en la producción de la electricidad (véase [[automóvil eléctrico]]).

{{VT|Resistencia a la rodadura|Freno regenerativo}}

;Nota: Los cálculos se realizan para velocidad constante. En el caso de un cambio de velocidad lineal en función del tiempo, como los presentes en los ciclos estándar del [[New European Driving Cycle|NEDC]] por ejemplo, todavía es posible determinar una resistencia aerodinámica media. Para un cambio de velocidad lineal entre las velocidades <math> v_0</math> y <math> v_1</math>, la resistencia aerodinámica promedio es la siguiente:

:: <math>\frac 1 2 \cdot \rho \cdot S \cdot C_X \frac {v_0^2+v_1^2} 2</math>

=== Estimación de la reducción del consumo por la mejora del <math>C_x</math> ===
[[Archivo:Vitesse d'égalité traînée aérodynamique-roulement es.png|mini|Velocidad a la que la resistencia aerodinámica es igual a la de rodadura (velocidad estable, pendiente 0)]]

Con pendiente cero (y a velocidad comstante), la fuerza de propulsión equivale a:<ref name=BarreauBoutinp11>{{Harvsp|Barreau|2009|p=11|id=BarreauBoutinEnergétique}}</ref>

:<math>F = MgR_0 + (1/2)\rho V^2 S C_x</math>

ecuación donde <math>M</math> es la masa del vehículo, <math>g</math> la aceleración de la gravedad, <math>R_0</math> el coeficiente de [[resistencia a la rodadura]], <math>\rho</math> la densidad del aire, <math>V</math> la velocidad del vehículo en relación con el aire, <math>S</math> la superficie frontal y <math>C_x</math> el coeficiente de resistencia aerodinámica del vehículo.

Si la pendiente de la carretera es cero y la velocidad es constante, cuando la resistencia a la rodadura <math> MgR_0</math> es igual a la resistencia aerodinámica <math>(1/2)\rho V^2 S C_x </math>, se puede escribir:

: <math> MgR_0 = (1/2)\rho V^2 S C_x </math>

Es fácil despejar de esta igualdad el valor de <math>V</math> que iguala la resistencia de rodadura y la resistencia aerodinámica, y trazar el gráfico opuesto, representando la ''velocidad de igualdad'' en función de <math>C_x</math> y para diferentes valores del producto <math>MR_0</math> (<math>M</math> es la masa del vehículo en kg y <math>R_0</math> su coeficiente de [[resistencia a la rodadura]], que desciende a 0,006 para los mejores juegos de neumáticos).

De la primera ecuación <math>F = MgR_0 + (1/2)\rho V^2 S C_x </math> se deduce fácilmente que la variación relativa de <math>F</math>, es decir, <math>\frac{\Delta F}{F}</math>, vale:

: <math> \frac{1}{1+\frac{MgR_0}{(1/2)\rho V^2 SC_x}} \frac{\Delta C_x}{C_x}</math>

Cuando se toma para <math>g</math> su valor de {{unidad|9,81|m/s|2}}, para <math>\rho</math> su valor de {{unidad|1,225|kg/m|3}}, y transformando los km/h en m/s, se tiene que para una velocidad comstante V de {{unidad|130|km/h}}:

: <math>\frac{\Delta F}{F}= \frac{1}{1+0,01228\frac{MR_0}{ SC_x}} \frac{\Delta C_x}{C_x}</math>

Esta variación relativa en la fuerza propulsora <math>\frac{\Delta F}{F}</math> debería estar vinculada a la correspondiente variación relativa en el consumo.

Una variación <math>\Delta F</math> de la fuerza propulsora sí produce una variación (en la misma dirección) del consumo: el consumo en litros por {{unidad|100|km}} está efectivamente ligado (en una primera aproximación, y con un coeficiente k aproximado) a la eficiencia del motor, y es proporcional a la propia fuerza propulsora.<ref>El consumo de combustible por cada {{unidad|100|km}} representa la energía gastada para viajar esa distancia. Sin embargo, la energía gastada en resistencia para cubrir estos {{unidad|100|km}} con pendiente cero y a velocidad constante es {{unidad|F⋅100|km}}.</ref>

Sin embargo, parte de la energía gastada por el vehículo no está ligada a la distancia recorrida ni a la fuerza propulsora, es la parte de la energía gastada para activar los accesorios (como el aire acondicionado, la iluminación, o los servo mecanismos). Sovran y Blasere<ref>Gino Sovran, Dwight Blaser, [https://pdfs.semanticscholar.org/bf2b/96229169fea90150c3897555de24a1a856ee.pdf ''A Contribution to Understanding Automotive Fuel Economy and Its Limits''] {{Wayback|url=https://pdfs.semanticscholar.org/bf2b/96229169fea90150c3897555de24a1a856ee.pdf |date=20200225160852 }}, [[Sociedad de Ingenieros de Automoción]], 2003 {{pdf}}.</ref> estiman que esta energía (o consumo) es el 6% de la energía total gastada por el vehículo en una autopista. Si se adopta esta estimación para los viajes en las autopistas europeas (siempre con pemdiente cero y a velocidad constante), se puede escribir:

: <math>\frac{\Delta F}{F}= \frac{\Delta Consumo_a}{0,94 Consumo} </math>

<math>\Delta Consumo_a</math> es la variación en el consumo tras una mejora en la aerodinámica del vehículo y <math>Consumo</math> es el consumo en litros por cada 100 km del vehículo, ya que la fuerza de resistencia total (resistencia de rodadura + resistencia aerodinámica) solo supone el 94% del consumo total.

Entonces, se tiene que:

: <math>\frac{\Delta Consumo_a}{Consumo} = 0,94 \frac{\Delta F}{F}</math>

Esto permite escribir, tomando el valor de <math>\frac{\Delta F}{F}</math> calculado anteriormente:

: <math>\frac{\Delta Consumo_a}{Consumo} = \frac{0,94}{1+0,01228\frac{MR_0}{ SC_x}} \frac{\Delta C_x}{C_x}</math>

[[Archivo:Vitesse d'égalité des traînées et coefficient d'influence de l'aérodynamique sur la consommation es.png|mini|Velocidad de compensación de la resistencia a la rodadura y de la resistencia aerodinámica  y coeficiente de influencia de la aerodinámica sobre el consumo de combustible]]

Si se simboliza por <math>\xi</math> al coeficiente que precede a <math>\frac{\Delta C_x}{C_x}</math>, y se denomina a este factor '''Coeficiente de influencia de la aerodinámica sobre el consumo''', se puede escribir entonces que:

: <math>\frac{\Delta Consumo_a}{Consumo} = \xi \frac{\Delta C_x}{C_x}</math>

con <math>\xi = \frac{0,94}{1+0,01228\frac{MR_0}{ SC_x}} \frac{\Delta C_x}{C_x}</math>

Las curvas verdes del gráfico adjunto muestran la evolución de este coeficiente de influencia de la aerodinámica sobre el consumo en función de <math>C_x</math> (para 2 m² de área frontal de referencia) y en función del producto de la masa del vehículo (en kg) por su coeficiente de rodadura (normalmente 0,006 para los mejores juegos de neumáticos).

Por ejemplo, para un sedán con masa <math>M = 1 000 kg</math>, coeficiente de rodadura <math>R_0 = 0,006</math>, <math>C_x = 0,3</math> y área frontal <math>S = 2 m^2</math>, con pendiente cero y una velocidad constante de {{unidad|130 km/h}}, una modificación relativa del '''n'''% en el <math>C_x</math> proporciona un cambio relativo del 0,837 '''n'''% en el consumo.

=== Sustentación y carga aerodinámica ===
[[Archivo:Renault R28 nose.jpg|mini|Morro de un [[Renault R28]] de F1, diseñado para aumentar la carga aerodinámica en la parte delantera del [[automóvil monoplaza|monoplaza]]]]
{{AP|Sustentación|Coeficiente de sustentación}}

En mecánica de fluidos, la fuerza que experimenta un cuerpo en movimiento en un [[fluido]] se puede dividir en dos componentes: una componente vertical, perpendicular a la dirección del movimiento <math>F_z</math>, llamada [[sustentación]]; y una componente paralela al movimiento, <math>F_y</math>, conocida como resistencia lateral. Están dadas por las fórmulas:<ref name="dynAuto" />

: <math> F_y = \frac12 \rho V^2 S C_y </math>
: <math> F_z = \frac12 \rho V^2 S C_z </math>
siendo:
: <math>\rho</math>, la [[densidad]] desde el aire (en {{unidad||kg/m|3}});
: <math>V</math>, la velocidad del vehículo con respecto al aire (en {{unidad|m/s}});
: <math>S</math>, la [[sección maestra]] (en {{unidad||m|2}});
: <math>C_y</math> y <math>C_z</math>, los [[coeficiente aerodinámico|coeficientes de sustentación]] (sin unidades).

En [[aeronáutica]], la [[sustentación]] se opone al peso de la [[aeronave]] y hace posible el vuelo. En los automóviles, los fabricantes buscan reducir o cancelar la sustentación aerodinámica, o incluso crear (en vehículos de competición) sustentación negativa, para aumentar la carga aerodinámica del vehículo. El interés es mejorar la [[adherencia]] de los [[Neumático|neumáticos]] al firme, incrementando tanto la fuerza de frenado y como la velocidad de paso en las curvas.<ref name="utbm">{{cita web |autor=Florent Mortel |título=L'aérodynamique dans l'automobile |editor2=[[ Université de technologie de Belfort-Montbéliard]] |fechaacceso=5 juin 2010 |url=http://site.voila.fr/mortelfl/ht02.pdf |formato=pdf |fechaarchivo=17 de febrero de 2005 |urlarchivo=https://web.archive.org/web/20050217214121/http://site.voila.fr/mortelfl/ht02.pdf |deadurl=yes }}.</ref>

La carga aerodinámica se obtiene mediante una aplicación particular del [[efecto suelo]] y/o mediante superficies perfiladas ([[alerón (automóvil)|alerones]]) que presentan con frecuencia hendiduras para aumentar la deflexión aerodinámica y el coeficiente de sustentación C<sub>z</sub>. Sin embargo, la adición de estos elementos viene necesariamente acompañada de un aumento de C<sub>x</sub> y por lo tanto de la fuerza de resistencia (por ejemplo, el C<sub>x</sub> de un Fórmula 1 está cerca de 0,9 debido en gran parte al efecto de los alerones). Por lo tanto, los coches de competición deben encontrar una solución de compromiso entre la carga aerodinámica y la resistencia al aire.<ref name="f1tech" />

=== Momentos aerodinámicos ===
[[Archivo:Momentos de giro de un automóvil.png|mini|'''Momentos de giro de un automóvil:'''<br />* [Mx] >>> Balanceo<br />* [My] >>> Cabeceo<br />* [Mz] >>> Lazo]]
{{AP|Momentos aerodinámicos}}

Las fuerzas que ejerce el aire alrededor de la carrocería también generan [[Momento de fuerza|momentos]] según los tres ejes del vehículo: un momento de balanceo <math>M_x</math> según el eje longitudinal x, un momento de cabeceo <math>M_y</math> según el según el [[eje transversal]], y un momento de lazo <math>M_z</math> según en el eje vertical z; estos momentos vienen dados por las siguientes fórmulas:<ref name="Duysinx2010" />

: <math> M_x = \frac12 \rho V^2 S b C_l </math>
: <math> M_y = \frac12 \rho V^2 S L C_m </math>
: <math> M_z = \frac12 \rho V^2 S L C_n </math>

donde :
:<math>\rho</math>, densidad del aire (en {{unidad||kg/m|3}})
:<math>V</math>, velocidad del vehículo respecto al aire (en {{unidad|m/s}})
:<math>S</math>, sección maestra (en {{unidad||m|2}})
:<math>b</math>, [[Vía (automoción)|vía]] (en {{unidad|m}})
:<math>L</math>, [[Batalla (automoción)|batalla]] (en {{unidad|m}})
:<math>C_l</math>, coeficiente del momento de balanceo (sin unidades)
:<math>C_m</math>, coeficiente del momento de cabeceo (sin unidades)
:<math>C_n</math>, coeficiente del momento de lazo (sin unidades)

Conocer estos momentos es particularmente útil para la [[dinámica de vehículos]].

== Historia ==
=== Primeras realizaciones ===
[[Archivo:Jamais contente parade.jpg|mini|izquierda|''[[La Jamais Contente]]'', coronada con flores tras lograr su récord de velocidad]]

Desde las primeras etapas de la [[historia del automóvil]], los fabricantes se interesaron por la aerodinámica de sus modelos. Uno de los primeros fue el belga [[Camille Jenatzy]], que en 1889 diseñó un [[automóvil eléctrico]] perfilado como un torpedo con el objetivo de batir récords de velocidad. Llamado “[[La Jamais Contente]]”, se convirtió aquel mismo año en el primer automóvil en superar la barrera simbólica de los {{unidad|100|km/h}}.<ref>{{cita web |título=Caractéristiques de ''La Jamais Contente'' |url=http://www.e-mobile.ch/pdf/2005/Fact-Sheet_LaJamaisContente_FW.pdf |formato=pdf |editor2=Energie Ouest Suisse |fechaacceso=5 juin 2010 |fechaarchivo=18 de diciembre de 2010 |urlarchivo=https://web.archive.org/web/20101218064720/http://www.e-mobile.ch/pdf/2005/Fact-Sheet_LaJamaisContente_FW.pdf |deadurl=yes }}.</ref> El texto de la patente n° 281 660 de Jenatzy del 26 de septiembre de 1898, decía:

{{cita|En resumen, afirmo: En un automóvil, con el fin de obtener velocidades excepcionales, la provisión en la parte delantera del automóvil de un escudo o cortavientos terminado en un punto y formado por dos superficies convexas que se elevan para proteger incluso las partes más altas de la máquina...}}

En la fase preparatoria para la producción de una réplica, se construyó un modelo a escala 1/5, probado en un túnel de viento por estudiantes de la UTC (Universidad Tecnológica de Compiègne) bajo la dirección de [[Joël Debout]]. El C<sub>x</sub> obtenido (con el conductor incluido) fue de {{unidad|0,758}}.<ref group=nota>Se puede ver en la [[Cité de l&#039;Automobile]] de [[Mulhouse]].</ref>

En la década de 1910, varios diseñadores también se interesaron en la aerodinámica de los automóviles. Un notable ejemplo es el [[ALFA 40/60 HP]] diseñado por [[Carrozzeria Castagna]], cuyo cuerpo forma un casco aerodinámico en forma de [[carlinga (aviación)|carlinga de avión]].<ref>[[Wikipedia:Portada|Serge Bellu]], ''Histoire mondiale de l'automobile'', chap. «La fascination de la vitesse», p. 49.</ref> Aunque estos automóviles de vanguardia seguían siendo marginales, reflejaban el deseo de los “grandes” fabricantes de automóviles de reducir la [[resistencia aerodinámica]]: los parabrisas eran cada vez más inclinados, y se impuso la tendencia de las ruedas carenadas.<ref name="utbm" />

A diferencia de la aeronáutica, el automóvil pudo desde el principio beneficiarse de “un cuerpo de doctrina, de dispositivos de prueba y de un número considerable de resultados experimentales”,<ref name="dynAuto" /> procedentes en su mayor parte de la aviación. Estos resultados permitieron, entre otras cosas, demostrar que el mejor perfil para optimizar el C<sub>x</sub> es ''a priori'' la forma de una ''gota de agua'' en caída libre.<ref group=nota>Una afirmación inexacta, ya que la forma de las [[Gota de agua| gotas de agua]] es esférica hasta un diámetro de {{unidad |3 o 4|mm}}, cuando comienzan a ensancharse por delante.</ref> El ingeniero austriaco [[Edmund Rumpler]] desarrolló al inicio de los años 1920 un automóvil perfilado con una forma de resistencia reducida. El [[Rumpler Tropfenwagen]] (literalmente "coche gota" en alemán), probado por [[Volkswagen]] en un túnel de viento en 1979, tenía un C<sub>x</sub> de solo 0,28.<ref name="illu">{{cita web |idioma=en |url=http://www.thetruthaboutcars.com/an-illustrated-history-of-automotive-aerodynamics-in-three-parts/|título=An Illustrated History Of Automotive Aerodynamics – In Three Parts |editor2=The Thruth About Cars |autor=Paul Niedermeyer |fecha=14 février 2010 |fechaacceso=20 juin 2010}}.</ref> La propia Volkswagen no superaría este coeficiente hasta 1988, con el [[Volkswagen Passat|Passat]].<ref name="illu" />
{{clr}}

=== Pioneros visionarios ===
[[Archivo:Mathis VL333 Prototype c.1945-6 (16539722535).jpg|mini|left|150px|Mathis 333, con su única rueda trasera. Nótese la delgadez de la parte posterior del vehículo]]
[[Archivo:Rumpler-Tropfenwagen blau - vorne links - Verkehrszentrum.JPG|mini|Construido en 1921, el [[Rumpler Tropfenwagen]] disponía de un C<sub>x</sub> de tan solo 0,28]]

Al mismo tiempo, el ingeniero húngaro [[Paul Jaray]] es el primero en notar que la forma de un “cuerpo de resistencia reducida” es diferente dependiendo de si está ubicado en el aire ([[aerodino]]) o cerca del suelo (como un [[automóvil]]).<ref name=BarreauBoutinp11>{{Harvsp|Barreau|2009|p=11|id=BarreauBoutinEnergétique}}</ref> De hecho, la resistencia de un cuerpo cónico cerca del suelo aumenta drásticamente cuando se desprende la [[capa límite]].

Este descubrimiento, realizado junto con [[Wolfgang Klemperer]] mucho antes que los fabricantes de automóviles, se produjo gracias a las pruebas en el túnel de viento del [[Ferdinand von Zeppelin|conde Zeppelin]] en [[Friedrichshafen]].<ref name=BarreauBoutinp11>{{Harvsp|Barreau|2009|p=11|id=BarreauBoutinEnergétique}}</ref> El resultado de sus ensayos fue un automóvil perfilado a modo de ala de avión, el Ley T2, con una superficie sin rugosidades y en el que todos los accesorios (como faros, parrilla, o manijas) estaban integrados en la carrocería. Su objetivo era, según Serge Bellu, "optimizar el rendimiento, el consumo, la ventilación y el silencio de marcha".<ref>[[Wikipedia:Portada|Serge Bellu]], ''Histoire mondiale de l'automobile'', chap. « L'âge d'or de la carrosserie », p. 92.</ref>

Aunque la mejora del rendimiento aerodinámico era importante, sin embargo, la carrocería diseñada por Jaray y Klemperer generaba sustentación, creando una resistencia inducida por la formación de dos grandes [[vórtice]]s laterales. Para solucionar este problema, Mauboussin propuso "un cuerpo en forma de ala vertical, que [elimina] la resistencia inducida". Más adelante, ante los problemas de estabilidad al circular creados por esta solución, se optó por "la puesta en escena de la sección maestra situada hacia la popa, formando un estabilizador con forma de [[Estabilizador vertical|deriva]]".<ref name=BarreauBoutinp11>{{Harvsp|Barreau|2009|p=11|id=BarreauBoutinEnergétique}}</ref>

Si antes los automóviles tenían la forma de medio torpedo, el diseño general pasó a ser parecido al de un embalaje tetraedrico, como el [[Mathis (empresa)|Mathis 333]], una forma adoptada por muchos fabricantes de automóviles de la época, especialmente alemanes, como [[Mercedes-Benz]], [[Opel]] o [[Maybach]].<ref name="illu" /><ref name=BarreauBoutinp13>{{Harvsp|Barreau|2009|p=13|id=BarreauBoutinEnergétique}}</ref>
{{clr|left}}

=== La crisis como causa de desarrollo ===
[[Archivo:Streamlined Car.png|mini|Artículo de ''Everyday Science and Mechanics'' de 1931 sobre los automóviles «''Streamlined''»]]

Los años 1930 realmente marcan el comienzo de la aerodinámica moderna. Mientras que el "[[Crac del 29]]" hunde la industria automotriz en una profunda crisis, al igual que otros sectores económicos (con el resultando del aumento del precio del petróleo), los fabricantes estadounidenses estaban introduciendo una verdadera revolución estética: es el período del estilo denominado "[[streamline moderne|Streamline Moderne]]".

Además de renovar el estilo de los coches para seducir a los posibles compradores, el interés es mejorar la aerodinámica y así reducir el consumo.<ref name="svt">{{cita publicación|idioma=fr|nombre=Serge|apellido=Bellu|título=Chrysler Airflow, Aérodynamique et fluidité|publicación=[[ Science et Vie]]|número=Hors Série|año=2008|capítulo=37|fechaacceso=23 octobre 2008}}.</ref> El fabricante estadounidense [[FCA US|Chrysler]] fue el primero en interesarse por este movimiento y producir en masa un automóvil inspirado en él. En 1934, el [[Chrysler Airflow]], que literalmente significa "flujo de aire" en inglés, se convirtió rápidamente en el emblema más expresivo del movimiento "Streamline Moderne". A pesar de la crisis, resultó ser demasiado innovador para generar un verdadero éxito comercial.<ref name="svt" /> Sin embargo, marcó el comienzo de la era de los diseñadores aerodinámicos y el fenómeno ''Streamline'' se extendió a Europa.

En Francia, [[Peugeot]] presentó en el [[Salón del Automóvil de París|Salón de París de 1935]], el [[Peugeot 402|402]], un sedán con líneas fluidas denominado el “huso de Sochaux” (por la ubicación de la fábrica de la compañía), marcado por una [[calandra]] redondeada, [[guardabarros]] abombados, una carrocería muy larga con seis ventanas, un parabrisas en dos partes y faros integrados en la rejilla.<ref>{{cita publicación|idioma=fr |nombre=Serge |apellido=Bellu |título=Peugeot 402, l'automobile « streamline » made in France |publicación=[[ Science et Vie]] |número=Hors Série |año=2008 |capítulo=40 |fechaacceso=23 octobre 2008}}.</ref>

La década de 1970 a su vez marcó un punto de inflexión en la historia de la aerodinámica automotriz. Con la [[crisis del petróleo de 1973]], los fabricantes de automóviles afinaron la aerodinámica de sus vehículos todavía más; y el coeficiente de resistencia se convirtió en un criterio importante en las especificaciones de los vehículos. El fabricante francés [[Citroën]] decidió reemplazar el [[Citroën DS|DS]] (que ya había dado un paso adelante gracias al ingeniero aeronáutico [[André Lefèbvre]], al adaptar la arquitectura del automóvil a la aerodinámica, y no al revés)<ref>{{cita web |url=http://www.cite-sciences.fr/cs/Satellite?blobcol=urldata&blobheader=application/pdf&blobkey=id&blobtable=MungoBlobs&blobwhere=1195491517084&ssbinary=true |formato=pdf |título=Cinquantenaire Citroën DS - Saga d'une voiture d'exception |editor2=[[Cité des sciences et de l&#039;industrie]] |fechaacceso=20 juillet 2010 |fechaarchivo=25 de agosto de 2011 |urlarchivo=https://web.archive.org/web/20110825091001/http://www.cite-sciences.fr/cs/Satellite?blobcol=urldata&blobheader=application%2Fpdf&blobkey=id&blobtable=MungoBlobs&blobwhere=1195491517084&ssbinary=true |deadurl=yes }}.</ref> por el [[Citroën CX|CX]], con un nombre evocador de esta tendencia.<ref>[[Wikipedia:Portada|Serge Bellu]], ''Histoire mondiale de l'automobile'', chap. « Les chocs pétroliers », p. 251.</ref>
{{clr}}

=== Fórmula 1, laboratorio de aerodinámica ===
[[Archivo:Bruno Senna 2008 Goodwood.jpg|mini|[[Ferrari 312 B]], uno de los primeros monoplazas en adoptar un [[alerón (automóvil)|allerón trasero]]]]

{{Cita|La aerodinámica es la parte en la que se puede obtener la mayor ganancia en rendimiento, pero tratar de anticiparla para ser competitivo es muy difícil.<ref name="f1tech">{{cita web|url=http://www.f1-technologies.fr/aerodynamique/2006/07/introduction-aerodynamique-formule-1.html|título=Introduction à l'aérodynamique en Formule 1|editor2=F1 Technologies|date=17 juillet 2006|fechaacceso=18 juin 2010|fechaarchivo=19 de abril de 2010|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20100419050724/http://www.f1-technologies.fr/aerodynamique/2006/07/introduction-aerodynamique-formule-1.html|deadurl=yes}}.</ref>.|[[Mike Gascoyne]], 2002}}

En 1950, la [[Federación Internacional del Automóvil]] organizó el primer campeonato mundial de [[Fórmula 1]]. Los bólidos que compiten en los Grandes Premios son [[automóvil monoplaza|monoplaza]]s con ruedas sin carenado, lo que genera una resistencia particularmente perjudicial para su rendimiento. La optimización de la aerodinámica se convirtió en un gran desafío, al igual que la mejora de las [[Suspensión (automóvil)|suspensiones]] o del motor.

Sin embargo, los progresos en la aerodinámica tardaron en llegar, y no sería hasta 1966 cuando se probó por primera vez un Fórmula 1 en un túnel de viento, y hasta 1968 no apareció el novedoso [[Ferrari 312]], con un alerón posterior. Los diseñadores de F1 se habían contentado hasta entonces con reducir la resistencia aerodinámica, sin darse cuenta de que la aerodinámica podía usarse para aumentar la carga aerodinámica, agregando ''masas virtuales'' (fuerzas aerodinámicas que no aumentan la masa, ni por lo tanto, la [[inercia]] del vehículo).<ref name="aéroF1">[[Wikipedia:Portada|Julien Trombini]], ''Comprendre la Formule 1'', chp. 2, Aérodynamique, p. 13-43 (consulté le 7 juin 2010).</ref>

[[Archivo:Lotus 79 Mont-Tremblant.JPG|mini|left|[[Lotus 79]], uno de los primeros ''wing-cars'' (coches de efecto suelo)]]

Posteriormente nacieron los “wing-cars”, o coches de efecto suelo, los primeros monoplazas de [[Fórmula 1]] estudiados aerodinámicamente en su totalidad (y ya no solo la carrocería), adoptando la forma de alas invertidas. El suelo de la carrocería se rebajó para estrechar la distancia al suelo, y más adelante se ensancharon los vehículos. Esta particularidad permitió beneficiarse del [[efecto Venturi]], que lleva el nombre del científico que había demostrado que el aire al circular a gran velocidad puede crear una depresión. Al mismo tiempo, los laterales de la carrocería se aislaron de los flujos externos mediante "faldones" flexibles que desciendían hasta el suelo. Esta disposición permitió que los «coches ala» se beneficiaran de un potente fenómeno aerodinámico que les permitía pegarse a la carretera en las curvas.

Entre los primeros ejemplos estaban los [[Lotus 78]] y [[Lotus 79]], que aparecieron en 1977. Mostraron una eficiencia tan superior, que fueron rápidamente copiados por los otros equipos.<ref name="oeil">{{cita web|autor=Jean Alami|url=http://www.endurance-info.com/article.php?sid=4427|título=Le coin du technicien - Le diffuseur|editor2=Endurance info|date=|fechaacceso=10 janvier 2010}}.</ref><ref name="utbm" />

[[Colin Chapman]], el ingeniero responsable de [[Lotus Cars|Lotus]], es uno de los iniciadores de esta innovación en la Fórmula 1. Decidió centrarse en los fundamentos de los monoplazas hasta entonces olvidados en gran medida. Consciente de que la creación de carga aerodinámica genera una resistencia aerodinámica, perjudicial para el avance del automóvil, estaba convencido de que la parte inferior de la carrocería podían ofrecer una carga aerodinámica interesante con una resistencia mínima.<ref name="oeil" /> Posteriormente se dio cuenta del interés de reducir la distancia al suelo del automóvil para aprovechar el [[efecto suelo]].<ref name="utbm" />

Poco después, la [[Federación Internacional del Automóvil|FIA]] introdujo prohibiciones y restricciones reglamentarias para limitar la eficiencia de los monoplazas, como una distancia mínima al suelo o la obligación de utilizar un fondo plano. Esto obligó a los ingenieros a idear nuevas maneras para intentar recuperar la carga aerodinámica que habían perdido los monoplazas con las nuevas reglas. Así se impuso en la década de 1990 el [[difusor (automóvil)|difusor]],<ref name="utbm" /> un elemento que se instala en la parte trasera del fondo plano impuesto a los monoplazas, para recrear el efecto suelo gracias a su forma, que canaliza el aire cuando sale por la parte trasera de los coches.

Muchos otros elementos aerodinámicos, como los [[deflector (Fórmula 1)|deflectores]] o más recientemente el sistema [[McLaren MP4-25|''F-Duct'']], hicieron su aparición en la Fórmula 1, aunque siguen siendo específicos de esta área del automóvil, a diferencia de las aletas o el difusor que ahora están presentes en ciertos modelos producidos en serie. De hecho, hasta mediados de los años 1970, la mayoría de las mejoras aerodinámicas de los modelos de serie procedían del conocimiento adquirido en el automovilismo a través de las carreras de resistencia de prototipos o de las carreras de Fórmula 1.<ref name="illu" />

=== Desde la década de 1980 hasta la actualidad ===
[[Archivo:Audi 100 new.png|mini|left|A pesar de sus líneas angulosas, el [[Audi 100|Audi 100 (C3)]] se convirtió en 1982 en el automóvil de producción con el C<sub>x</sub> más bajo del momento, con 0,30]]
[[Archivo:GMEV1serieshybrid.jpg|mini|Un [[General Motors EV1|EV1]] exhibido en [[Pekín]] en 1999, con un C<sub>x</sub> de 0,19]]
[[Archivo:Mercedes-Benz bionic car.jpg|mini|El prototipo [[Mercedes-Benz Bionic]] presenta igualmente un C<sub>x</sub> de 0,19 (2005)]]

La industria automotriz se vio afectada por la [[Crisis del petróleo de 1973]] y por la consiguiente [[recesión]] de la década de 1970. Como resultado de esta situación, mejorar la aerodinámica automotriz se convirtió en una respuesta técnica y [[mercadotecnia|comercial]] a las preocupaciones de los usuarios.<ref>{{cita web|url=https://www.cnetfrance.fr/cartech/design-automobile-70-aerodynamique-39710374.htm |título=Le design automobile des années 1970 : aérodynamique !|editor2=Cartech|autor=Benoît Solivellas|date=30 octobre 2009|fechaacceso=17 juin 2010}}.</ref> El fabricante alemán [[Audi]] fue uno de los primeros en asumir esta problemática, y tras un laborioso proceso de investigación y desarrollo, en 1982 presentó el [[Audi 100|Audi 100 (C3)]], cuyo C<sub>x</sub> de solo 0,30, era el más bajo para un automóvil de serie.<ref name="illu" /> Esta hazaña para la época fue posible gracias al especial cuidado que se le dio a los detalles (que representan casi el 6% de la resistencia aerodinámica del vehículo),<ref name="Duysinx2010" /> particularmente a las ventanas, perfectamente enrasadas con el perfil de la carrocería.<ref name="illu" />

Desde entonces, es habitual que los fabricantes de automóviles recurran sistemáticamente a pruebas en túnel de viento para perfeccionar sus modelos. Gracias a la experiencia así adquirida, los mejores coches de producción en términos de aerodinámica obtienen así valores de C<sub>x</sub> cercanos a 0,25.

Sin embargo, no es fácil reducir el C<sub>x</sub> en los coches de serie. Si la aerodinámica automotriz de los primeros años permitió avanzar rápidamente hasta alcanzar valores del orden de 0,30, hubo que esperar casi diez años para pasar del 0,26 del [[Opel Calibra]] al 0,25 del [[Honda Insight]] I, y de nuevo otra década para alcanzar el 0,24 del [[Mercedes-Benz Clase E]] W212 cupé.<ref>{{cita web|url=http://www.moteurnature.com/actu/2009/mercedes-e-coupe-aero-BlueEfficiency.php|título=Cx 0,24 - Mercedes classe E coupé, la voiture la plus aérodynamique du monde|editor2=Moteur Nature|date=2009|fechaacceso=7 juin 2010}}.</ref>

El [[General Motors EV1|EV1]] de [[General Motors]], el primer [[automóvil eléctrico]] biplaza “moderno”, tenía un C<sub>x</sub> de 0,19 realmente excepcional,<ref>{{cita web|idioma=en|url=http://www.autozine.org/technical_school/aero/tech_aero.htm|título=Aerodynamics : Cd World Record|editor2=AutoZine Technical School|date=|fechaacceso=10 août 2010}}.</ref><ref>{{cita web|idioma=en|autor=Ron Cogan|url=http://www.greencar.com/articles/20-truths-gm-ev1-electric-car.php |título=20 Truths About the GM EV1 Electric Car|editor2=GreenCar.com|date=26 mai 2008|fechaacceso=10 août 2010}}.</ref> pero solo se construyeron 1117 unidades entre 1996 y 1999.

El récord del C<sub>x</sub> más bajo alcanzado por un automóvil a disposición del “público en general” lo tiene (en 2020) el [[Aptera 2 Series]], un pequeño automóvil de tres ruedas que alcanza un “C<sub>x</sub>” de 0,15. En un vehículo clásico de cuatro ruedas, el [[prototipo de automóvil|prototipo]] [[Mercedes-Benz Bionic]], con la carrocería inspirada en la forma de una ostra, destaca con un valor de 0,19.

{| class="wikitable centre" style="text-align:center"
|+ Historia del récord de C<sub>x</sub> en modelos de serie
|-
! scope=col |
! scope=col | [[Audi 100|Audi 100 (C3)]]
! scope=col | [[Renault 25]]
! scope=col | [[ Subaru XT]]<ref name="subimp17">{{cita libro|isbn=1845840283|idioma=en|autor=Brian Long|jour=|mois=|año=2006|páginas=|título=Subaru Impreza: The Road Car & WRC Story|capítulo=17}}.</ref>
! scope=col | [[Opel Calibra]]
! scope=col | [[General Motors EV1]]
! scope=col | [[Honda Insight]]
! scope=col | [[Mercedes-Benz Clase E|Mercedes Classe E]]
|-
! scope=row style="text-align:center" | Año
| 1982
| 1984
| 1985
| 1989
| 1996
| 1999
| 2009
|-
! scope=row style="text-align:center" | [[Coeficiente de resistencia|Coeficiente C<sub>x</sub>]]
| 0,30
| 0,28
| 0,29
| 0,26
| 0,19
| 0,25
| 0,24
|}

== Influencia de la geometría de un automóvil en su aerodinámica ==
[[Archivo:Distribution Cp sur berline DrivAer fastback es.png|mini|Distribución del Cp sobre una berlina DrivAer ''fastback'' según su plano de simetría]]

=== Distribución de presiones (o <math>C_p</math>) en un automóvil ===
El diagrama adjunto muestra una distribución típica del [[coeficiente de presión]] en el plano de simetría de un turismo “fastback”, el modelo DrivAer creado por la Universidad Técnica de Múnich (TUM), en cooperación con dos grandes fabricantes. Se basa en las formas y dimensiones de dos berlinas de carretera típicas, el [[Audi A4]] y el [[BMW Serie 3]].

=== Perfil de la parte trasera ===
[[Archivo:Aérodynamisme automobile es.svg|mini|Comparación entre carrocerías ''[[hatchback]]'' y semi-''fastback'']]
[[Archivo:Vortex autour d'une voiture.svg|mini|Esquema de los vórtices generados en la parte trasera de un automóvil]]

El diseño de la popa de un vehículo influye decisivamente en su resistencia aerodinámica, debido a las turbulencias que se generan en esta parte. El fenómeno del [[Capa límite|desprendimiento de la capa límite]], una fuente importante de resistencia, está particularmente involucrado en este hecho. Se produce cuando el flujo de aire laminar ya no sigue el perfil de la carrocería. Cuanto menor sea el área de desprendimiento, más se reducirá la resistencia, de ahí la importancia de la ubicación del punto límite del desprendimiento.<ref name="Duysinx2010" /> En teoría, la forma ideal para la popa del vehículo, conocida como "cola de Kamm", es un cono ahusado en un ángulo de menos de 15°.<ref name="Duysinx2010" />

El diseño de la caída del techo es particularmente importante para la aerodinámica. Por lo general, los techos “aerodinámicos” adoptan un perfil llamado “[[fastback]]”, que se caracteriza por una suave pendiente desde el techo hasta el maletero. Más concretamente, los estudios han demostrado que la resistencia es mínima para una inclinación de la luneta trasera de 12° y máxima para 30°:<ref name="Leclerc2008" />
* Para un ángulo de menos de 12°, el aire fluye naturalmente sobre el bisel y se despega al final del vehículo
* Para un ángulo entre 12° y 30°, el aire se despega parcialmente de la pared en la parte superior del techo, luego la pega de nuevo y despega al final del vehículo
* Por encima de 30°, el aire se despega al final del techo y permanece en este estado, de ahí un C<sub>x</sub> particularmente malo.

Aparte de la ventaja de reducir la resistencia, el retroceso de la zona de separación permite limitar el depósito de suciedad en la luneta trasera debido a las partículas expulsadas de la carretera por las ruedas, que podrían ser proyectadas sobre el vehículo por las turbulencias de la parte trasera.<ref name="Duysinx2010" />

Los flujos de aire laterales del vehículo pueden ser aspirados hacia la depresión trasera y, en consecuencia, generar sistemas de [[vórtice]]s, que son perjudiciales para la aerodinámica en general. Además del diseño del maletero y la caída del techo, también hay que tener en cuenta el de los bordes laterales de la carrocería para reducir este fenómeno.<ref name="Duysinx2010" />

La contribución de la parte trasera de un vehículo de dos volúmenes actual (donde el desprendimiento ocurre en casi toda la altura de la parte trasera) se estima en el 30% del C<sub>x</sub> de dicho vehículo.<ref>Lionel Fiabane, ''Méthodes analytiques de caractérisation de structures cohérentes contribuant aux efforts aérodynamiques'' (thèse de doctorat en mécanique), [[École École polytechnique (France)|polytechnique]], 2010, [https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00553103/file/fiabane_phd_plain.pdf Lire en ligne] pdf.</ref>

=== Contribución de la parte delantera ===
[[Archivo:Corps de moindre traînée, son adaptation à la route es.png|mini|left|Adaptación a la calzada de perfiles de resistencia mínima en flujo «totalmente turbulento»]]
[[Archivo:Cx_de_voitures_selon_formes_avant_et_arrière,_d'après_Walter_E._lay es.png|mini|Influencia de las formas delantera y trasera sobre el {{mvar|C<sub>x</sub>}} frontal (según Walter E. Lay)]]

La parte delantera de un automóvil generalmente representa alrededor del 11% del SC<sub>x</sub>, del que un 8% se debe al enfriamiento del motor.<ref name="Leclerc2008" /> De hecho, el aire que ingresa a través de la [[calandra]] del vehículo ejerce una presión aerodinámica significativa en las paredes del [[Radiador (motores)|radiador]], del motor y de los conductos, lo que permite que circule hacia fuera; el flujo de aire en la parte delantera es por lo tanto muy caótico.<ref name="Duysinx2010" /> En teoría, sería posible reducir a cero la resistencia debida al enfriamiento del motor, utilizando la [[energía térmica]] obtenida por el aire de enfriamiento.<ref group=nota>Esto se llevó a cabo, después de un extenso trabajo de ingeniería, en la aeronave [[North American P-51 Mustang|P-51 Mustang]], cuyo sistema de enfriamiento producía una fuerza propulsora.</ref>

El 3% restante, generado por el perfil de proa del vehículo, es inducido por el quiebro de la pendiente a nivel de la rejilla, provocando “la aparición de estructuras de vórtice”.<ref name="Leclerc2008" /> La altura Z<sub>s</sub> del [[punto de estancamiento]], la zona de la superficie del armazón donde la velocidad local del aire es cero, es además particularmente importante para reducir el C<sub>x</sub>; que se minimiza para una relación Z<sub>s</sub>/Z<sub>v</sub> (donde Z<sub>v</sub> es la altura del vehículo) cercana a 0,06 y alcanza el máximo para un valor de 0,2.<ref name="Duysinx2010" />

Al contrario de lo que se podría pensar intuitivamente, la parte delantera de un automóvil correctamente diseñado genera solo una parte muy pequeña de su resistencia al avance.<ref group=nota>Esta intuición defectuosa podría calificarse como la "colisión" del aire contra el vehículo, porque se percibe, erróneamente, que la parte delantera del vehículo está cargada como si se estuviese labrando un surco (como con la reja de un arado) con respecto al resto del vehículo.</ref> Además, las mediciones aerodinámicas muestran suficientemente que ciertas ojivas de cohetes, por ejemplo, en modelos subsónicos, exhiben rastros de presión negativa, lo que es aún más contradictorio.<ref name="Hoerner-drag">Sighard F. Hoerner, ''Résistance à l'avancement dans les fluides'', Gauthier-Villars éditeurs, Paris, 1965, p. 49 (traduction française de ''Fluid-Dynamic Drag'').</ref><ref>{{cita libro |idioma=en |título=Fluid-Dynamic Drag |date=1965 |capítulo=3-12 |url=http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM240/Marchi/Bibliografia/Hoerner.pdf |formato=pdf}}.</ref> Esta intuición defectuosa es alentada por los principales fabricantes de automóviles del {{siglo|XXI||s}}, que producen vehículos de carrocería delantera en cuña, como si estuvieran cargadas al penetrar el aire en su parte delantera. Un ejemplo sintomático es la silueta del [[Citroën Xsara Picasso]], que es la misma, pero invertida, que la del [[Schlörwagen]] de Karl Schlör, que había obtenido, en 1939 un C<sub>x</sub> muy bajo (véanse las imágenes siguientes).

{|
|- valign=top
||[[Archivo:Citroen Xsara Picasso rear 20080705.jpg|Un Citroën Xsara visto desde atrás|mini|x140px|center]]
||[[Archivo:Citroen Xsara Picasso retournée.jpg|Recreación artística del Xsara, invertidos el frontal y la parte trasera|mini|x140px|center]]
||[[Archivo:Schlörwagen without the Russian aircraft power unit.jpg|[[Schlörwagen]] (frontal a la izquierda)|mini|x140px|center]]
||[[Archivo:Schlörwagen - Construction drawings.jpg|Planos del<br />Schlörwagen|mini|x140px|center]]
||[[Archivo:Paris_-_Retromobile_2014_-_Citroën_prototype_C10_-_1956_-_003.jpg |Prototipo C10 de Citroën de 1956 (delantera a la dcha): <math>C_x=0,258</math>|mini|x140px|center]]
|}

=== Dicotomía de resistencia por fricción - resistencia de presión ===
[[Archivo:Contribution à la traînée pression et friction es.png|thumb|Contribución a la resistencia de presiones y fricciones locales]]

Como se puede hacer para todos los flujos, la resistencia externa<ref>La resistencia causada por los flujos internos del vehículo no se considera en esta resistencia externa.</ref> de un vehículo se puede dividir en dos partes:
* Una resistencia de fricción (la integral de la componente x de las fuerzas tangenciales debidas a la viscosidad del fluido en contacto con los elementos de la superficie del vehículo)
* Una resistencia de presión (integral de la componente x de las fuerzas normales sobre los elementos de la superficie del vehículo). El eje x se toma paralelo al movimiento del vehículo.
La imagen adjunta muestra que solo las componentes según el eje x de las fuerzas que surgen de la presión y la fricción sobre una superficie elemental dS participan en la resistencia (en esta imagen solo se consideran los elementos de superficie dS que aparecen en el plano medio del vehículo, pero este principio es aplicable a la totalidad de los elementos de la superficie).

Estos dos efectos (fricción y presión), después de la división por la presión dinámica del flujo y por la superficie delantera del vehículo, conducen a dos <math>C_x </math> delanteros: el <math>C_x </math> de fricción delantero y el <math>C_x </math> de la presión delantero. Su suma es el <math>C_x </math> frontal ''completo''.
{{demostración|título=Evaluación del <math>C_x</math> debido a la fricción de un automóvil|
El libro ''Aerodynamics of Road Vehicles'' de Hucho da un ejemplo de cómo evaluar la fricción <math>C_x </math> de un sedán: primero, se determina el coeficiente de fricción promedio <math>C_f </math> que se aplica a la superficie del sedán.<ref name=p118>{{Harvsp|Aerodynamics of Road Vehicle |1990|p=118|id= HuchoAerRoadVeh1990 }}.</ref> Este <math>C_f </math> es una función del [[número de Reynolds]] longitudinal del sedán, que depende de su velocidad (por ejemplo, <math>V_\infty =</math> 30,56 m/s, o 110 km/h) y su longitud (supongase <math>L=</math>4,7 m). La aproximación <math>70000*V_\infty*L</math> da para el flujo alrededor del sedán un número de Reynolds longitudinal de <math>10^7</math>.<ref>Esta aproximación <math>70000*V_\infty*L</math> es válida en el aire al nivel del mar, <math>V_\infty </math> se expresa por supuesto en m/s y <math>L</math> se expresa en metros.</ref>

Estando así determinado este número de Reynolds, se puede extraer de él de acuerdo con la curva que da el <math>C_f </math> promedio de la [[capa límite]] según el gráfico (se supone que el flujo se da con la capa límite totalmente turbulenta) un <math>C_f </math> promedio de 0.003<ref>Este valor de 0,003 también se puede encontrar en las cuatro fórmulas que siguen al mismo gráfico, por ejemplo <math>C_f = \frac{0,044}{Re_l^{1/6}} </math></ref> (también se puede memorizar este <math>C_f </math> promedio) de 0,003 (es decir, 3 milésimas) que será aplicable a vehículos de longitud comparable a una velocidad cercana, se supone que el flujo en todos los vehículos de serie se producirá con una capa límite completamente turbulenta (<ref>Solo ciertos vehículos de récord logran mantener su capa límite en un estado laminar en una gran parte de su longitud.</ref>).

La velocidad media efectiva <math>V_{ef} </math> del flujo alrededor del vehículo debe aumentarse en un 10% (en comparación con <math>V_\infty </math><ref>De hecho, para moverse alrededor del vehículo, el flujo debe, en promedio, acelerarse; esta aproximación, citada por Hucho, se debe a G. W. Carr. Obviamente, esta es una regla empírica de ingeniería.</ref><ref> Carr, G.W., Potential for aerodynamic drag reduction in car design,. Impact of Aerodynamics on Vehicle Design, Int. J. of Vehicle Design, SP3, London, 1983</ref>

La resistencia por fricción es entonces <math> T_f = q \; C_f*S_{mdp}*(\frac{V_{eff}}{V_\infty})^2</math> si <math>q</math> es la presión dinámica del flujo fuera de la carrocería (<math>\frac{1}{2}\rho V_\infty^2</math>) y <math> S_{mdp}</math> es la "superficie mojada proyectada" del vehículo.<ref>Esta "superficie mojada desplegada proyectada" del vehículo es la proyección, en un plano horizontal, del "desenrollado", alrededor del eje longitudinal del vehículo, de su superficie mojada. De esta forma, las superficies verticales (como la rejilla o la cara trasera del maletero) no tienen despliegue, y por lo tanto no tienen proyección (no generan fricción longitudinal). Por otro lado, el techo del vehículo y su base aparecen como ya desenrollados y por tanto se proyectan casi en su totalidad.</ref>

Al dividir esta resistencia de fricción <math>T_f</math> por <math> q</math> y por la superficie delantera del vehículo, se puede determinar la fricción delantera <math>C_x</math> de dicho vehículo. Esta fricción delantera <math>C_x </math> está en el rango de 0,04 - 0,05, es decir que es mucho más débil que el <math>C_x </math> delantero completo del vehículo (este último suele ser superior a 0,25).

Cuando la base no está optimizada, G. W. Carr admite un <math>C_x </math> frontal adicional de 0,07.<ref>Este <math>C_x </math> adicional es, por tanto, la presión <math>C_x </math> de todas las protuberancias que obstaculizan el paso del aire por la base.</ref>
}}

Se estima que la resistencia por fricción de los semirremolques de servicio pesado es menos del 10% de la resistencia aerodinámica total.<ref>Wood RM (2004) Impact of Advanced Aerodynamic Technology on Transportation Energy Consumption. (2004-01-1306). SAE Technical Paper. doi: 10.4271/2004-01-1306, ouvrage cité dans [http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2175-91462018000100334#B24 cet article.]</ref>

== Resistencia de los accesorios internos y externos ==
=== Fondo ===
Aunque los fabricantes de automóviles no se interesaron hasta muy tarde en los bajos de los vehículos, pueden representar hasta un 30% de la resistencia aerodinámica,<ref name="Duysinx2010" /> debido a las diversas partes mecánicas que obstruyen el paso del aire. Además de bajar la altura del vehículo para limitar el volumen de aire que circula por debajo del vehículo (limitando la distancia al suelo), la solución para reducir la resistencia de la parte inferior de la carrocería es hacerla lo más suave posible, minimizando además el ancho de los pasos de rueda. El carenado completo de la base permite obtener una reducción en el <math>C_x </math> que puede llegar a 0,045.<ref name=p162>{{Harvsp|Aerodynamics of Road Vehicle |1990|p=162|id= HuchoAerRoadVeh1990 }}.</ref>

Si el fondo puede tener la forma de un difusor perfecto, la disminución resultante en <math>C_x</math> puede llegar a 0,07 (que es aproximadamente la mitad del <math>C_x</math> que se puede lograr con un sedán).<ref>Desafortunadamente, la adopción de un difusor perfecto reduce en gran medida el volumen interior del vehículo y en particular de su maletero.</ref><ref name=p162>{{Harvsp|Aerodynamics of Road Vehicle |1990|p=162|id= HuchoAerRoadVeh1990 }}.</ref>
{{clr|left}}

=== Ruedas y pasos de rueda ===
[[Archivo:MHV P&L Dynamic 1937 01.jpg|mini|left|Algunos fabricantes solían carenar las ruedas de sus modelos, como en este [[Panhard|Panhard & Levassor Dynamic]]]]

La contribución de [[rueda]]s y guardabarros a la aerodinámica de un vehículo no es despreciable, lo que representa entre el 15%<ref name="Leclerc2008" /> y el 20%<ref name="Duysinx2010" /> de la resistencia total. En el Audi A3, las ruedas y los pasos de rueda representan el 30-35% del C<sub>x</sub><ref>Según Pfadenhauer, Wickern & Zwicker (1996), se obtiene una disminución efectiva del 32,3% en el C<sub>x</sub> quitando las ruedas y sellando los pasos de rueda en este Audi A3.</ref><ref name="KTH-Bologne" >Vehicle aerodynamics, The drag, Alessandro Talamelli, 2002, KTH-Mekanik, University of Bologna, [https://www.mech.kth.se/courses/5C1211/KTH_FinalLecture_11.pdf Lire en ligne]</ref> De hecho, la rotación de la rueda revela áreas de turbulencia y recirculación del aire. Para limitar estos fenómenos, basta con [[Carenado (aeronáutica)|carenar]] las ruedas y reducir la cavidad en el guardabarros.<ref name="Duysinx2010" /> Sin embargo, esta solución se aplica raramente, por razones esencialmente estéticas. Sin embargo, las ruedas traseras, con el eje estacionario, se prestan a esta solución, como en los Citroën [[Citroën DS|DS]] y [[Citroën Ami|Ami 8]].

Las formas irregulares dadas a los [[tapacubos]] o [[llanta]]s por razones estéticas (o más bien por cuestiones de moda) también crean perturbaciones en el flujo de aire en las ruedas. Para reducir las consecuencias de este fenómeno sobre el consumo, algunos prototipos disponen de llantas macizas u optimizadas, en particular en los vehículos eléctricos, donde el reto de ahorrar energía es mucho mayor.

=== Detalles de la carrocería ===
Los detalles de la carrocería (los bajos redondeados, el ''[[knickpoint|quiebro]]'' sobre la parrilla, los pilares del parabrisas, la tapa del techo e incluso los pilares de las ventanas) contribuyen de manera significativa a la resistencia. Debido a la pequeña turbulencia que generan, también se estudian detalles de carrocería para mejorar el [[Aeroacústica|confort aeroacústico]] de los pasajeros.

=== Refrigeración del motor ===
La refrigeración del motor aumenta el <math>C_x</math> frontal del vehículo de {{unidad|0,02 a 0,06}}.<ref name="KTH-Bologne"/> Cabe recordar al respecto, que en los cazas [[North American P-51 Mustang|Mustang]] de la Segunda Guerra Mundial, se logró que el flujo de enfriamiento del motor (trabajado largamente por los ingenieros) produjera propulsión adicional (por lo tanto, se obtuvo un <math>C_x</math> negativo) gracias a la eyección trasera, a alta velocidad, del flujo de aire utilizado en el sistema de refrigeración del motor.

=== Retrovisores exteriores ===
Debido a su forma, con los espejos externos no se puede obtener un <math>C_x</math> limpio inferior a 0,3.<ref>Es el <math>C_x</math> de un disco frontal aerodinámico, principalmente debido a su base plana.</ref> Además, se colocan en una región de flujo de velocidad elevada, lo que incrementa su propia resistencia . En consecuencia, aumentan el <math>C_x</math> delantero del vehículo en 0,01,<ref name="KTH-Bologne"/> es decir, para un sedán con un <math>C_x</math> de 0,25, implican un aumento del {{nowrap|0,01/0,25 {{=}} 4%}}.<ref>Hoerner estima que la presión dinámica promedio que experimentan los espejos es 1,6 veces mayor que la del flujo principal. Además, insiste en que los espejos provocan una fuerte resistencia adicional que interfiere con el resto de la carrocería, estimada por él en el 60% de la resistencia ''limpia''. Una adaptación del cálculo de Hoerner a dos modernos retrovisores delanteros con carenado da por tanto a su contribución en <math>C_x</math> un valor de 0,015, o el 6% del <math>C_x</math> de un vehículo con un coeficiente de resistencia total de 0,25.</ref><ref name=p250> {{Harvsp|Hoerner|1965|p250}}</ref><ref name=p12-5>{{Harvsp|Hoerner|1992|p12-5}}</ref> De ahí el interés que podría presentar la sustitución de los espejos retrovisores por cámaras.

=== Barras de techo ===
Las barras de techo aumentan el <math>C_x</math> del {{nowrap|30 al 40%}}.<ref name="KTH-Bologne"/><ref>Si hay dos barras de techo de {{unidad|1,20|m}} de ancho y de {{unidad|25|mm}} de grosor colocadas en el techo de un vehículo de {{unidad|2|m|2}} de área frontal y de <math>C_x</math> 0,25, se puede agregar el <math>SC_x</math> de la siguiente manera: {{nowrap|2*0,25 + 1,4 (2*0,025*1,20*1)}}; en esta ecuación 1,4 es un multiplicador debido a la sobrepresión dinámica creada por la velocidad del aire sobre el techo del vehículo y 1 es el <math>C_x</math> promedio de las barras del techo. Se comprueba que el <math>SC_x</math> adicional debido a las barras de techo es de 0,084, lo que corresponde a un aumento en el <math>C_x</math> del vehículo del 17% (esto sin tener en cuenta las fijaciones de las barras al techo).</ref>

=== Cofre de techo ===
[[Archivo:Le_pire.jpg|thumb|La peor situación para un viaje interurbano]]

Utilizar cofres portaequipajes o portaesquís puede ofrecer en ocasiones resultados aerodinámicos sorprendentes.<ref name="KTH-Bologne"/> Por ejemplo, en el libro ''Aerodinámica de vehículos de carretera''<ref name=p183>{{Harvsp|Aerodynamics of Road Vehicle |1990|p=183|id= HuchoAerRoadVeh1990 }}</ref> se cita un cofre de techo para cuatro pares de esquís que aumenta el <math> C_x </math> de un VW Golf {{nowrap|(<math> C_x = 0,40</math>)}} en un 0,28%. El mismo cofre, colocado en una berlina más aerodinámica, con una superficie frontal de {{unidad|2|m|2}} y un <math> C_x </math> de 0,25, aumentaría su <math> C_x </math> en un 91,5%.

== Alerones ==
[[Archivo:Bugatti veyron2.jpg|mini|[[Alerón (automóvil)|Alerón]] desplegado de un [[Bugatti Veyron]]]]
{{AP|Alerón (automóvil)}}

Existen muchos elementos aerodinámicos, incluidos los alerones, basado en un principio físico simple, el [[principio de Bernoulli]], que define que el aumento de la velocidad del aire va acompañado de una disminución de su presión estática,<ref name="f1tech" /> lo que es conocido como [[efecto Venturi]]. Su misión es aumentar la velocidad del flujo de aire que pasa por su parte inferior para crear una depresión “succionando” el alerón hacia el suelo, incrementando la carga aerodinámica.<ref name="f1tech" /> También se puede generar una carga aerodinámica adicional inclinando el alerón, pero a costa de aumentar la resistencia al avance, debido entre otras cosas a la formación de vórtices.<ref>{{cita web|url=http://www.go-f1.com/dossier-technique-aero.php|título=Dossier Aérodynamique en F1|editor2=Go-F1.com|date=|fechaacceso=26 décembre 2010|fechaarchivo=13 de diciembre de 2010|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20101213213207/http://www.go-f1.com/dossier-technique-aero.php|deadurl=yes}}.</ref>

Como se mencionó anteriormente, la mejora de la carga aerodinámica agregando un [[Alerón (automóvil)|alerón]] necesariamente provoca un empeoramiento del C<sub>x</sub> cuanto mayor es su inclinación. Por tanto, su dimensionamiento debe tener en cuenta este aspecto y encontrar el mejor compromiso entre la carga aerodinámica y la resistencia generados. La eficiencia aerodinámica de un alerón, definida por la relación entre estos dos factores, representa este compromiso: cuanto más alta sea el cociente entre carga y resistencia, mejor será su rendimiento.<ref name="f1tech" /><ref name="femin" /> En la Fórmula 1, la eficiencia aerodinámica de los alerones está cerca de 3.<ref name="f1tech" /><ref name="femin">{{cita web|url=http://www.femin-f1.com/article-3055234-6.html|título=L'aérodynamique en Formule 1|editor2=Fémin-F1|date=|fechaacceso=19 juin 2010|fechaarchivo=22 de febrero de 2010|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20100222084928/http://www.femin-f1.com/article-3055234-6.html|deadurl=yes}}.</ref>

== Proyección futura ==
=== Coches producidos en serie ===
[[Archivo:Différentes_auto_de_faible_traînée.gif|thumb|Animación que muestra diferentes tipos de automóviles de baja resistencia]]

En este apartado se incluyen vehículos cuyo reducida resistencia se obtiene simplemente por la elección de sus formas pero sin medios de [[control de flujo]], ya sean estos medios pasivos (como los ''turbuladores'') o activos como los [[actuador de plasma|actuadores de plasma]], por ejemplo (el uso de tales dispositivos puede revolucionar el diseño de las carrocerías aerodinámicas.<ref>... sabiendo que la eficiencia de tales medios de control de flujo debe ser juzgada por el criterio de su balance energético total, siendo el objetivo deseado gastar la menor cantidad de energía posible para mover el vehículo a su velocidad de crucero durante toda su existencia (incluida su fabricación y desmantelamiento)</ref>

Acerca de los requerimientos aerodinámicos de los automóviles, Buchheim<ref>[Buchheim, Deutenbach, Lückoff : NECESSITY AND PREMISES FOR REDUCING THE AERODYNAMIC DRAG OF FUTURE PASSENGER CARS. SAE  Paper  810185, Detroit,  1981. [https://www.jstor.org/stable/pdf/44631713.pdf?seq=1#metadata_info_tab_contents]</ref> escribió en 1981:

:"Sigue existiendo el temor de que la reducción de la resistencia aerodinámica de los vehículos de pasajeros signifique que todos estos vehículos acaben teniendo el mismo aspecto. Si esto llegara a ser así, se restringiría significativamente la distribución de tales vehículos en el mercado de automóviles de pasajeros producidos en serie".<ref name=planètefinie>

Este temor se explica mejor en la perspectiva de un planeta despreocupado por el consumo de recursos que imperaba en 1981, que en la situación de graves crisis climáticas y ecológicas de principios del siglo XXI.</ref>

Sin embargo, basándose en la imagen adyacente (aquí transformada en animación),<ref>Entre los vehículos de esta animación se encuentra el [[Schlörwagen]], denominado "AVA Streamline shape Cx = 0,15"</ref> Buchheim seguía razonando, que:

:"[Esta imagen] compara las secciones longitudinales y horizontales de cuatro tipos de vehículos ideales [que se encuentran en la literatura aerodinámica] cuyo <math>C_x </math> medido se acerca a 0,15. Esta comparación muestra que, incluso con valores tan bajos de <math>C_x </math>, siguen siendo posibles diferentes formas, por lo que se puede concluir que, al desarrollar los automóviles de baja resistencia del futuro, habrá suficiente margen de maniobra para que los estilistas diversifiquen su apariencia [...] de forma que sean aceptados en número suficiente por el público".<ref name=planètefinie/>

=== Coches de récord ===
[[Archivo:Cityjoule_diffuseur.png|thumb|El ''Cityjoule'', automóvil de la Universidad de Nantes]]

Los automóviles experimentales, destinados a batir récords de consumo de combustible (o de velocidad en el caso de los automóviles solares), pueden mostrar el camino para el progreso futuro. Un buen ejemplo es el ''Cityjoule'', un vehículo de hidrógeno (propulsado por un [[pila de combustible]]) cuyo <math>C_x</math> frontal se midió en 0,10 (imagen de la derecha). Su difusor ''integral'' es un elemento clave en este espectacular resultado.<ref>Se denomina "difusor" a la elevación progresiva, hacia la parte trasera, de la parte inferior carenada de un automóvil. Esta elevación aquí reduce la resistencia de la base del vehículo a su efecto mínimo.</ref> (véase también [[:commons:file:Cityjoule2_hydrogen_car_2017_(2).jpg|otra imagen del Cityjoule]]).

[[Archivo:GM Sunraycer.JPG|thumb|left|El ''Sunraycer'', ganador de la [[World Solar Challenge]] de 1987]]

Otro ejemplo destacable es el automóvil fotovoltaico ''Sunraycer'' (imagen a la izquierda) cuyo <math>C_x</math> frontal se rebajó hasta 0,125. Por supuesto, las especificaciones de dichos vehículos fotovoltaicos no son las de los vehículos de [[pila de combustible]], dado que la captación de energía solar requiere una gran superficie para colocar células fotovoltaicas, circunstancia que no afecta a los vehículos que utilizan energía "ya recogida" (por medio de hidrógeno u otros combustibles).

=== Vehículos de serie innovadores ===
{{VT|Aptera 2 Series}}
[[Archivo:Aptera_Side_View_with_Open_Door.jpg|thumb|El vehículo de dos plazas [[Aptera 2 Series|Aptera]]]]

A finales de 2020, Aptera Motors lanzó al mercado el vehículo eléctrico solar biplaza [[Aptera 2 Series|Aptera]]. Se supone que la mera producción de electricidad a partir de los {{unidad|3|m|2}} de células fotovoltaicas le proporciona hasta 60 km de autonomía solar. La duración de la batería varía de 400 a 1600 km, dependiendo del su tamaño. La aerodinámica de este vehículo se caracteriza por una ''contracción total'' (como se ve en la imagen opuesta, la superficie de su base se reduce al mínimo). El consumo de energía declarado es de 6,2 Wh/km (a una velocidad no especificada).

== Análisis experimental y numérico ==
=== Pruebas en túnel de viento ===
[[Archivo:Aerodynamism test.jpg|mini|Ensayo aerodinámico en un túnel de viento de un [[Ford Flex]] utilizando gas opaco]]

Las pruebas en [[túnel de viento]] constituyen para los fabricantes de automóviles un medio para obtener resultados empíricos de la resistencia aerodinámica del vehículo, de los ruidos aerodinámicos generados alrededor de la carrocería o de las fuerzas verticales o transversales -fuerzas medidas mediante balanzas- inducidas por el flujo del aire. Un gas opaco o hilos de lana colocados sobre la carrocería también permiten visualizar las [[Línea de corriente|líneas de corriente]].<ref name="mot" />

Aunque no es infrecuente utilizar modelos a escala, los túneles de viento para automóviles suelen acomodar modelos a escala real y pueden equiparse con un plato giratorio para simular un viento cruzado, así como un suelo móvil y un sistema para girar las ruedas de los vehículos, a fin de reproducir lo más fielmente posible el movimiento de un automóvil en la carretera.<ref name="mot">{{cita web|url=http://www.motorlegend.com/entretien-reparation/carrosserie-automobile/principes-de-l-aerodynamique/9,11840.html |título=Technique : Principes de l'aérodynamique |editor2=Motorlegend.com|date=5 août 2005|fechaacceso=23 juin 2010|page=2}}.</ref>

=== Rodadura libre ===
Este método de medición de la resistencia aerodinámica se practica en carretera con un vehículo a escala real. Consiste en medir la velocidad de desaceleración del vehículo en rodadura libre a partir de una determinada velocidad y con pendiente cero. Para obtener la contribución de la resistencia aerodinámica del vehículo, por supuesto, es necesario restar de la fuerza total que frena el vehículo la resistencia de rodadura (que se mide con una celda de carga a baja velocidad donde la aerodinámica no produce resistencia).<ref name=BarreauBoutinp25>{{Harvsp|Barreau|2009|p=25|id=BarreauBoutinEnergétique}}</ref> Las características de resistencia aerodinámica de los trenes (especialmente de los trenes de alta velocidad para los que la aerodinámica es esencial) se miden mediante este método de "rodadura libre". En lo que respecta a los automóviles, se puede citar el ejemplo del [[Schlörwagen]], al que las pruebas de marcha en carretera atribuyeron un <math>C_x</math> frontal de 0,189 (las pruebas en túnel de viento de un modelo a escala real dieron como resultado un Cx frontal de 0,186). La ventaja del método de rodadura libre es que requiere pocos medios materiales (solo un tramo de carretera horizontal cerrado al tráfico), aunque exige la total ausencia de viento cuando se realizan las pruebas. 

=== Mecánica de fluidos digital ===
[[Archivo:F1-in-schools-cfd-velocity.png|mini|Modelización aerodinámica de un Fórmula 1]]

La [[mecánica de fluidos computacional]] (técnica también conocida como CFD, por las siglas de su nombre en inglés: ''Computational Fluid Dynamics''), es un método de resolución digital que se utiliza, entre otros campos, en la investigación sobre aerodinámica en el sector automotriz. Originado en la década de 1970, este método ha ido aumentando en utilidad con el paso de los años gracias a los avances realizados tanto en las [[ciencias de la computación]] como en la potencia de los ordenadores, y hoy en día permite resolver problemas con geometría compleja.<ref name="utbm" />

Los programas de mecánica de fluidos están basados en el [[análisis numérico]], para lo que es necesario generar un modelo digital del objeto estudiado, que se divide en elementos finitos (mediante un proceso denominado "mallado"), sobre el que se aplican las leyes matemáticas de la [[fluidodinámica]] a cada celda.<ref name="renault" /> Cuanto más fina sea la malla (con elementos más pequeños), más precisos serán los resultados, pero más recursos necesitará la computadora para realizar los cálculos.<ref group=nota>Por ejemplo, la computadora utilizada por el [[Alpine F1 Team]] en 2010 es capaz de realizar más de {{unidad|38|millones}} de operaciones por segundo.</ref> El resultado es “una representación muy precisa de las ganancias o pérdidas de resistencia aerodinámica”.<ref name="renault" />

El cálculo numérico ha encontrado particularmente su lugar en la Fórmula 1, donde puede reducir considerablemente las horas pasadas en el túnel de viento o incluso analizar la aerodinámica de monoplazas circulando en curva.<ref>{{cita web|autor=Marc Limacher|url=http://www.tomorrownewsf1.com/f1-2010-soufflerie-vs-cfd-10197|título=F1 - 2010 : soufflerie vs CFD|editor2=TomorrowNewsf1|date=28 décembre 2009|fechaacceso=17 juin 2010}}.</ref> El uso de ordenadores permite a los equipos reducir las horas de túnel de viento necesarias para desarrollar un modelo,<ref name="utbm" /> minimizando una fuente importante de gastos. Hoy en día, aunque algunas escuderías intentan prescindir de las pruebas en túnel de viento (como en la década de 2010 de equipo de [[Fórmula 1]] [[Virgin Racing]]), el cálculo numérico todavía no permite prescindir completamente de los resultados experimentales.<ref name="utbm" /><ref name="renault">{{cita web|url=http://mon.renaultf1.com/profiles/blogs/soufflerie-assistee-par|título=Soufflerie assistée par ordinateur!|editor2=[[Alpine F1 Team]]|fecha=26 avril 2010|fechaacceso=17 juin 2010|fechaarchivo=29 de abril de 2010|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20100429162704/http://mon.renaultf1.com/profiles/blogs/soufflerie-assistee-par|deadurl=yes}}.</ref>

== Véase también ==
* [[Coeficiente de resistencia en automóviles]]
* [[Dinámica de vehículos]]
* [[Mecánica de fluidos computacional]]
* [[Aeroacústica]]
* [[Diagrama de von Kármán – Gabrielli]]
<!--
  -- Por la convención: [[Wikipedia:Véase también#Enlaces rojos]]. --
* [[Eficiencia energética en el transporte]]
* [[Control de flujo]] -->

== Notas ==
{{listaref|grupo=nota|2}}

== Referencias ==
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== Bibliografía ==
* {{cita libro |nombre=Cédric |apellido=Leclerc |título=Réduction de la traînée d'un véhicule automobile simplifiée à l'aide du contrôle actif par jet synthétique |obra=tesis doctoral en dinámica de fluidos|editor2=[[Instituto de mecánica de fluidos de Toulouse]] |date=2008 |fechaacceso=23 juin 2010 |url=http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000657/01/leclerc.pdf |formato=pdf |páginas=330}}
* {{cita libro |idioma=fr|autor=Jean-Pierre Brossard |título=Dynamique du véhicule : Modélisation des systèmes complexes |editor2=PPUR Presses Polytechniques |año=2006 |isbn=978-2-8807-4644-5 |url=https://books.google.fr/books?id=LTx4IgXItXkC&printsec=frontcover |id=DV}}.
* {{cita libro |autor=Serge Bellu |título=Histoire mondiale de l'automobil |editor2=Flammarion |año=1998 |isbn=978-2-0801-3901-6 |id=SBH}}.
* {{cita libro |autor=Julien Trombini |título=Comprendre la Formule 1 |editor2=[[ Éditions techniques pour l'automobile et l'industrie|Éditions ETAI]] |año=2006 |páginas=207 |isbn=978-2-7268-9463-7 |id=CLF}}.
* {{cita libro |idioma=fr |nombre =S. F. |apellido=Hoerner|título= Résistance à l'avancement dans les fluides|editor2=Gauthier-Villars |ubicación= París |año=1965|isbn= |página=(asin: B07B4HR4HP)|oclc=727875556}}.
* {{cita libro |idioma=en |nombre = S. F. |apellido=Hoerner |título=Fluid-dynamic drag : theoretical, experimental and statistical information |url= |editor2= |año=1992|oclc=228216619}}.
* {{cita libro |idioma=fr |autor1=Matthieu Barreau |autor2=Laurent Boutin |título= Réflexions sur l’énergétique des véhicules routiers |editor2= |ubicación= Paris |date=05/2009 |páginas=50 |url=http://inter.action.free.fr/publications/auto-eco/AUTO-ECO.pdf |formato=pdf|id=BarreauBoutinEnergétique}}.
* {{cita libro|idioma=en |nombre = Hucho|título= Aerodynamics of Road Vehicles (From Fluid Mechanics to Vehicle Engineering) | url=http://dl.dokumen.tips/download/6200cb69192cd0cb5b7de91a50a7014b72a387f70a7f1d091dbf14e35e51a8cd61498d9d6ac284d732516b6b3e87b83494b25e802ad57a690cc059b377bb3181b77RYcDGhTrd8xCYrdqpOd%2FOvEuL+G8mgRzIWX4PUa1YKJTo%2FXm75UEtdbPwXtHZAetk%2F4XxJhgJjG3dJm%2Fp8Zd%2FoO3DbbuEHQ%2Foe9Ht9+Y4NTG251h5kmg%2FrMXabxty |editor2= Wolf-Heinrich Hucho |año= 1990|isbn=|id=HuchoAerRoadVeh1990 }}.

== Enlaces externos ==
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[[Categoría:Aerodinámica]]