Soluciones propuestas para problemas similares en otros vehículos

Vehículos de Transporte

A través de los años, el hombre ha ido creando diferentes tipos de vehículos de transporte, los cuales han estado en constante desarrollo para mejorar su eficiencia y así maximizar los resultados obtenidos mediante el uso de una fuente generadora de potencia. En otras palabras, en el mundo de hoy se ha hecho necesario buscar constantemente la eficiencia en dichas máquinas tanto para aprovechar los recursos siempre escasos como para otorgar una mayor comodidad a los usuarios de dichos vehículos (entre otras razones).

Así pues, veamos el siguiente ejemplo:

Aviones

Parte fundamental en cuanto a comprender el funcionamiento de los aviones, es el entender como es que se han utilizados los conocimientos acerca de los fluidos para lograr que dichas maquinas se sostengan en el aire.

Figura 3

Estas son las cuatro fuerzas fundamentales que permiten a un aeroplano sustentarse en el aire. Como es conocido mediante los postulados de Newton, la condición necesaria para que este avíon se mantenga volando será que la sumatoria de estas fuerzas sea igual a cero. Osea que lift (sustentación)= Weight (peso) y que Thrust = Drag.

Si bien la fuerza de Thrust debe ejercerla el mismo avión a través de una turbina o simplemente de un motor como lo es una elise, existen otras consideraciones importantes para analizar el equilibrio de fuerzas. Una de las más importantes es la de reconocer que el aire es un fluido.

Así pues es imprescindible la presencia de un fluido en movimiento para que existan fuerzas como el Lift y el Drag. Al hablar sobre fluido en movimiento, nos referimos a la diferencia relativa entre las velocidades del avión y del fluido. Así pues no importa si es la maquina la que se mueve y el líquido se queda en reposo o es al revés. Claramente lo que sucede en la realidad es la primera opción. Esto explica el porque las naves espaciales no poseen alas, ya que en el espacio no hay presencia de fluido (solo hay vacío) por lo que sería imposible crear estas fuerzas en esa instancia.

En cuanto al diseño aerodinámico de las alas vemos que existen diversos factores que influyen de gran manera en el funcionamiento de estas. Dentro de estos factores encontramos la forma del ala y el Angulo en que se ataca el fluido mediante esta.

En cuanto a la forma del ala, podemos notar que existe cierta simetría en ella y que esta vinculada muy cercanamente con el ángulo de ataque hacia el fluido que esta produce. Con respecto a este último, vemos que de este ángulo dependerá el grosor de aire que corta el ala durante el vuelo. Este es un factor fundamental puesto que controla una parte importante del Lift o sustentación que tendrá el avión durante el vuelo.

Vemos en la figura siguiente algunos ángulos utilizados en aeronáutica. Podemos apreciar que de acuerdo con las leyes de Euler, un menor ángulo en las alas (vistas en sentido contrario al movimiento) contribuirá de manera positiva a la sustentación del avión (Lift). Esto mientras que un ángulo mayor provocará un menor lift lo cual servirá al piloto para descender o realizar maniobras de otra índole. Por esta razón es que el diseño aerodinámico del ala es fundamental y va directamente relacionado con el peso estimado que tendrá el avión en cuestión. Este diseño busca siempre entregar el monto deseado de Lift con el mínimo de Drag (para mayor eficiencia).

Figura 4

Si bien las alas son fundamentales para el funcionamiento de un avión, dicho funcionamiento es impecable solo a grandes velocidades. Es por esto que pensando en que el avión debe descender en algún momento, estas alas poseen alerones o Flaps que le permiten alterar su forma de manera que a bajas velocidades también sean capaces de generar la sustentación necesaria para mantener una estabilidad en el descenso o bien volar a bajas alturas y velocidades.

Autos

Esta muy de moda hablar de la aerodinámica aplicada a los autos. Esto es debido al gran ahorro de combustible que muchos dicen que es posible lograr mediante estos ajustes. Veamos pues, lo que los ingenieros del mundo automotriz han desarrollado a través de los años para satisfacer esta necesidad de sus consumidores y aumentar la eficiencia de sus maquinas:

Al igual que en lo explicado para el caso de los aviones, existe en los autos la denominada fuerza de Drag (roce con el aire) la cual debe tratar de disminuirse lo más posible para que el motor no deba esforzarse en demasía para lograr el movimiento a altas velocidades. Aquí es donde nuevamente entra el concepto del flujo en movimiento (velocidades relativas entre el auto y el aire) el cual fue en un principio abordado por los ingenieros creando una parte superior del auto que fuese lo suficientemente aerodinámica como para que el aire hiciese la menor resistencia posible para con el auto. Para lograr esto se han utilizado variadas técnicas de diseño en cuanto a forma y al ángulo de ataque que tendrá el auto con el fluido.

Por ejemplo, veamos el caso de los autos convertibles ya que en estos se encuentra el mayor desafío entre el ganar estética sin perder eficiencia a través de una correcta implementación de la aerodinámica. En la actualidad este ha sido el mayor problema que han tenido que enfrentar los ingenieros en el mercado automotriz de convertibles.

Figura 5

Claramente es más sencillo lograr un ángulo de ataque más eficiente (menor) hacia el fluido cuando el techo está puesto. Es así como los ingenieros en la actualidad han logrado mantener estas condiciones aún cuando se remueva el techo del vehículo. ¿Cómo lo hacen? Implementando pequeñas soluciones simultáneamente. Por ejemplo, sería común pensar que debido a la alta velocidad con que entra el aire a través del parabrisas en contraste con la baja velocidad que lleva el mismo fluido dentro de esta (el cual tiende a desacelerar al primero) se formen turbulencias y con ellas pequeños tornados horizontales (vórtices) que hagan que el pelo de los conductores tienda a ir hacia delante. Además de este efecto incómodo para los ocupantes del auto, dichas turbulencias contribuyen a la generación de drag (roce) lo cual reduciría la eficiencia de la máquina. Una pequeña solución para este problema es mediante la instauración de unas pequeñas plaquetas de vidrio ubicadas en los reposa-cabeza del vehículo. Estas plaquetas bloquean este aire entrante creando una cabina mas estable y tranquila para sus ocupantes, libre de turbulencias y a su vez disminuyendo el drag producido en el vehículo lo cual aumenta la aerodinámica general de este.

Sin ánimo de extendernos demasiado les dejamos aquí algunas fotos de otros vehículos de transporte y maquinaria bélica en los cuales se utilizan mucho las condiciones aerodinámicas como un medio para mejorar la eficiencia de estos.

Un yate debe lidiar con los problemas del roce contra aire y contra agua (dos tipos de fluidos muy frecuentes para vehículos de transporte). Por esto la aerodinámica presente en estos es fundamental para lograr un mayor desempeño (performance).

Figura 6

Otros

Concurso de vehículos extremadamente aerodinámicos en EEUU.

Para el caso del misil, vemos que su configuración de alas cruzadas combina las características de una nave convencional con los de un misil teledirigido guiado por computadora una precisa maniobrabilidad incluso a altísimas velocidades.