miércoles, 8 febrero 2023

Porsche y su obsesión por la aerodinámica en el coche eléctrico

La era de la movilidad eléctrica ha dado un nuevo impulso al desarrollo de la aerodinámica en el automóvil. Por una parte, la eficiencia energética ha cobrado más importancia que nunca y la resistencia al aire es uno de sus factores determinantes. Por otra, la refrigeración en un vehículo eléctrico, muy distinta a la que necesitan los equipados con motores de combustión, requiere un diseño específico. Porsche trabaja en ello.

El Porsche Taycan, el mejor de la marca

Porsche Taycan

Un dato que resulta muy ilustrativo del progreso en aerodinámica en la era de la electromovilidad: con un valor Cx a partir de 0,22, el Taycan tiene el mejor coeficiente de resistencia al avance de todos los modelos actuales de Porsche. Y, sin embargo, no se puede considerar que se ha llegado al límite de desarrollo. Los elementos aerodinámicos activos y los nuevos métodos de desarrollo podrán aportar mejoras en el futuro.

La resistencia aerodinámica desempeña un papel decisivo en el consumo de combustible, sobre todo a velocidades altas. “A partir de unos 80 km/h, la resistencia aerodinámica ya es mayor que la de rodadura en los neumáticos», explica Marcel Straub, Ingeniero Jefe de Aerodinámica y Gestión Térmica en Porsche Engineering. «Y como aumenta cuadráticamente con la velocidad, la aerodinámica es un factor principal para el consumo de energía, sobre todo al conducir por vías rápidas».

La resistencia aerodinámica de un vehículo viene determinada por el producto de su área frontal y su valor Cx. En el caso del Taycan, con ese Cx de 0,22 y una superficie frontal de 2,33 m², el factor de resistencia aerodinámica es 0,513 m².

La ‘forma de lágrima’

El coeficiente Cx indica la resistencia de un cuerpo, influenciada por la forma que tenga: cuanto más pequeño es ese valor, menos resistencia al avance. La llamada ‘forma de lágrima’, redondeada por delante y como un cono alargado por detrás, tiene un valor Cx de apenas 0,05.

Sin embargo, esa forma sería ineficiente por su relación entre volumen y espacio interior, pues resultaría imposible distribuir adecuadamente el espacio para los pasajeros, el sistema de propulsión y la carga útil.

Porsche

“En el ciclo de conducción WLTP, la resistencia aerodinámica causa entre el 30 y el 40 % del consumo en los coches eléctricos, frente a menos del 10 % en un vehículo con motor diésel o de gasolina”, aegura Thomas Wiegand, Director de Aerodinámica, Investigación y Desarrollo de Porsche AG.

Los intentos de reducir la resistencia al avance son casi tan antiguos como el automóvil, aunque al principio estaban dedicados a coches de competición y de récord. Muchos de estos últimos eran eléctricos, como los de Jeantaud, el Jamais Contente (primer coche que superó 100 km/h, en 1899) o los Baker Electric Torpedo.

De la aeronáutica a la carretera

Al final de la década de 1920 y, sobre todo, durante la de 1930, la aerodinámica fue materia de estudio para ingenieros del automóvil. En muchos casos habían trabajado anteriormente para la industria aeronáutica, en el diseño de aviones y dirigibles. Sin embargo, no fue hasta la Crisis del Petróleo de 1973 cuando se empezó a prestar más atención a la resistencia aerodinámica en coches de serie, un trabajo que comenzó a dar fruto a gran escala en los 80.

Porsche aerodinámica

En 1982, el Audi 100 se consideraba la berlina más aerodinámica del mundo, con un coeficiente Cx de 0,30. Era un valor extremadamente bajo para la época y, sin embargo, había margen de mejora. Casi veinte años después, el Audi A2 bajaba a 0,25, algo notable en un coche de sus proporciones.

Hasta un 50% del consumo…

Actualmente se está dando el siguiente salto, impulsado por la transición a la electromovilidad. “En el ciclo de conducción WLTP, la resistencia aerodinámica causa entre el 30 y el 40 % del consumo en los coches eléctricos, frente a menos del 10 % en un vehículo con motor diésel o de gasolina. Y, como la velocidad media en circulación normal es aún mayor que en el ciclo WLTP, es probable que esta cifra sea incluso superior al 50 por ciento en esas condiciones”, explica Thomas Wiegand, Director de Aerodinámica, Investigación y Desarrollo de Porsche AG.

En consecuencia, los fabricantes están poniendo mucho énfasis en optimizar la aerodinámica de sus vehículos eléctricos. La nueva tecnología de propulsión les está ayudando a conseguirlo. Los coches con motor de combustión tienen un sistema de escape con una superficie irregular que genera turbulencias y aumenta la resistencia al avance.

En los modelos eléctricos, en cambio, la batería se encuentra entre los ejes delantero y trasero y su parte inferior es completamente lisa, lo que favorece una buena aerodinámica.

Menor necesidad de refrigeración

Otra ventaja del vehículo eléctrico es que sus motores generan menos calor, lo que significa que hay que disipar menos energía. Como resultado, se necesita menos o incluso ningún flujo de aire a través del compartimento del motor, lo que supone una reducción añadida de la resistencia.

Porsche

En el Taycan, las entradas de aire inferiores laterales en la parte frontal tienen elementos móviles para dirigir el aire hacia dos radiadores. Al mismo tiempo, regulan el flujo de entrada a los frenos según las necesidades, a través de un canal específico.

El control central que conecta todos los sistemas del chasis, registra la carga térmica de los discos de freno y, en caso necesario, (por ejemplo, en un circuito) les aplica una refrigeración intensiva.

El sistema Porsche Active Aerodynamics (PAA) ofrece varias ventajas en la parte frontal del Taycan: con las tomas de aire cerradas, desciende la resistencia aerodinámica. Abiertas aumenta la refrigeración y el rendimiento de los frenos. Estos elementos móviles actúan siempre según las necesidades, teniendo en cuenta las condiciones de circulación, la velocidad y la refrigeración que hace falta.

En la parte posterior del Taycan, el alerón se despliega en tres posiciones distintas para influir en la aerodinámica del vehículo con un doble fin: bien reducir la resistencia para aumentar la eficiencia y la autonomía, o bien generar carga para conseguir los mejores tiempos por vuelta en circuito.

Cambiar de aspecto… en marcha

Los elementos de aerodinámica activa podrían desempeñar un papel aún más importante en el futuro y cambiar significativamente el aspecto de los vehículos durante la marcha. El experto Straub también imagina que los coches cambiarán de forma mientras circulan: «La parte trasera podría, por ejemplo, volverse más angulosa a velocidades altas para formar bordes de separación más afilados. Los nuevos materiales con memoria de forma podrían servir de base para ello. Cambian su geometría según la temperatura o el voltaje aplicado».

Porsche Taycan

En la Universidad de Stuttgart, los investigadores siguen un planteamiento totalmente novedoso: «Estamos examinando si es posible reducir el valor Cx en determinados puntos de la carrocería provocando vibraciones sistemáticamente», explica Wagner.

Porsche Engineering también está trabajando en el uso de métodos de Inteligencia Artificial. El objetivo de los desarrolladores es predecir los efectos de los cambios en la geometría del vehículo en tiempo real.

Aun así, no hay razón para esperar que todos los vehículos optimizados aerodinámicamente sean iguales en el futuro. «Se puede conseguir un buen valor Cx de diferentes maneras», dice Wagner.