La Investigación de la aerodinámica Revoluciona Diseño de Camión Transporte Original Contribución de Tecnología/NASA
Los últimos 35 años han visto un cambio en el diseño de camiones en las carreteras de América, lo que se refleja en una amplia y extensa investigación en la aerodinámica y dinámica de los vehículos realizados por ingenieros de la NASA.
Gracias al ingenio del Centro de Investigación de Vuelo de “Dryden” ellos investigaron usando unas bicicletas a través del desierto de California pasando las plataformas y usando vehículos recreativos (VR) es por lo que hoy tenemos tanto los cielos como los caminos abiertos.
Ingenieros de “Dryden” modificaron una camioneta retirada de servicio de entregas y pusieron a prueba la Resistencia aerodinámica, en primer lugar la camioneta fue cubierta con hojas de aluminio en ángulos de 90 grados y a continuación, redondearon los lados y creando en la parte trasera la configuración de un bote o barco-cola.
Los ciclistas, los motociclistas, e incluso los peatones sienten una atracción por los grandes camiones, sienten como empujan el aire a su paso. Cuanto más grande es un vehículo el aire se mueve más rápido y pasa por delante del mismo. Para un camión grande, esto puede significar una gran superficie en movimiento una gran cantidad de aire a una alta velocidad y su contundente careta actúa con un movimiento rápido tipo excavadora, creando alrededor de la cabina un remolino. El aire que viaja a lo largo de la careta se mueve de forma desigual, se adhiere, se esparce, y en ocasiones se disipa, el aire circundante se desplaza hacia el final de la cabina o del remolque, creando un efecto de alta presión en la parte delantera este flujo de aire se enfrenta a un brusco giro que no se puede controlar, creándose una zona de baja presión. El vehículo en movimiento se enfrenta a un frente con una alta presión, el aire desplazándose por los costados junto a las turbinas y la baja presión en la parte trasera se combinan para generar una considerable resistencia aerodinámica.
Un estudio publicado por la Ingeniería Automotora en agosto 1975 encontró que una unidad de remolque de tractor que se mueve a 88 km/h desplaza en cada kilómetro recorrido 12 toneladas de aire. En estos casos aproximadamente la mitad de los caballos de fuerza del camión se necesitan para vencer esta resistencia aerodinámica.
Una cabina sobre remolque de tractor de motor fue preparada por Dryden, para reducir, probar y modificar el obstáculo aerodinámico.
En 1973, Edwin J. Saltzman, ingeniero y ciclista aeroespacial en “Dryden”, mientras viajaba al trabajo notó el empuje y atracción de los grandes camiones, cuando un tractor de remolque lo alcanzó, él sentío la ola de aire empujarlo ligeramente fuera del camino y moverlo hacia el borde de la carretera, sintió como el camión arrasó a su paso, esto ocasionó un efecto en el, y aprovechando el camino e incluso el efecto causado en su bicicleta por el movimiento brusco a que fue sometido. Saltzman reflexionó acerca de la maneras de mitigar la ola de vacío parcial, y ayudar a resolver el problema de que los camiones se deslicen a través del aire en lugar de empujar al aire. Y en este proceso, reducir la fricción y aumentar la eficiencia del combustible. Los colegas de NASA en Dryden estaban trabajando en los efectos de resistencia de obstáculo y viento en diferentes clases de avión y los primeros diseños de los transbordadores espaciales, por lo que ellos realizaron una transferencia de sus conocimientos para aplicarla al diseño de grandes camiones.
El primer experimento formal se realiza en una camioneta de Ford retirada del servicio de entregas en “Dryden”. Los mecánicos conectaron un marco externo que entonces fue cubierto con aluminio de hoja para dar a la camioneta lados planos por todas partes y ángulos de 90 grados en todos rincones. El vehículo se parecía a una caja para zapatos de aluminio en ruedas, simulando las casas de bajos recursos de ese período.
Los ingenieros de Dryden miden la resistencia del vehículo como referencia y luego analizan la manera de como modificar la forma de la camioneta. En primer lugar la parte vertical delantera se le redondearon las esquinas se continuo con la parte inferior y superior de los bordes del frente y se continuo con los bordes del final trasero y por último se selló toda la parte inferior de la camioneta incluyendo los bordes de las ruedas. Se realizaron pruebas con cada modificación al redondear los cuatro bordes delanteros los resultados fueron de un 52 por ciento en la reducción del arrastre, mientras que el sellado de la parte inferior del vehículo gano otro 7 por ciento.
Los ingenieros estimaron la ganancia potencial en la economía de combustible entre 15 y el 25 por ciento en velocidades de carretera.
Airtabs se crea para controlar el aire, con vórtices de contra-girando para recorrer el vacío entre la corriente de aire de tractor y remolque o control por delante del trasero del vehículo.
Durante la década siguiente, investigadores de “Dryden” realizaron numerosas pruebas para determinar los ajustes en la forma de los camiones y como podrían reducir la resistencia aerodinámica y mejorar la eficiencia. El equipo alquiló y modificó una cabina sobre motor (COE) de tractor de remolque, en la cabina tenía un diseño predominante en esa época perteneciente a una de las empresas del sur de California.
Las modificaciones incluyeron redondear las esquinas y los bordes de la cabina en forma de caja que se realizó en metal laminado, colocando una chapa lisa en el techo de la cabina, y se extendieron los lados hasta apoyar al remolque. Redondear las esquinas verticales en la parte del frente y la parte trasera de la cabina redujo en un 40 por ciento el arrastre, mientras que el volumen interno disminuyo solo en 1,3 por ciento. Igualmente, redondeando las esquinas verticales y horizontales cortan el arrastre en un 54 por ciento, con una pérdida de 3 por ciento de volumen interno. Cerrando la brecha entre la cabina y el remolque se produjo una reducción significativa de la fricción entre un 20 al 25 por ciento menos de consumo de combustible. Un Segundo grupo de pruebas agregó un bajo de faired y una cola de barco, la última característica que tiene como resultado reducción del arrastre se acerca al 15 por ciento.
Suponiendo que el consumo anual sea de 100.000 conducido por un transportista independiente, éstas reducciones en el arrastre se traducen en un ahorro de combustible de hasta 25813 litros por año.
En la otra costa de Saltzman y su equipo de Dryden, el Dr. John C. Lin y Floyd G. Howard del Centro de Investigación de Langley con Dr. Gregorio V. Selby de Old Dominion University, Norfolk,Virginia, realizaron una serie de proyectos de investigación en el final de la década de los ochenta y principio de los noventas basados en el control de la fricción y el flujo de aire alrededor de un cuerpo.
Un estudio realizado en 1989, "Control de la separación del flujo Turbulento," exploraron que controlando la separación en el flujo de la corriente de aire se lograba disminuir gasto de energía y peso en planos aerodinámicos, en las entradas de aire, y en los difusores de los aviones, lográndose mejorar el control del avión y la disminución de la resistencia.
El estudio empleó generadores de vórtice, con superficies aerodinámicas que salen de un cuerpo obteniéndose movimientos mas rápidos que mover el aire de la superficie del vehículo estático que va a interrumpir el aire más despacio del frente y alrededor de un vehículo. Este uso se remonta a la investigación realizada por el Asesor Nacional del Comité de Aeronáutica (los antepasados de la hoy NASA) en los años cincuenta.
Los vórtices generados “vigorizan” el lento movimiento de la capa límite y por consiguiente reducen la resistencia y en aplicaciones aeronáuticas, reducen el factor de aumento ascensor.
Los estudios subsiguientes en 1990 y 1991 continuaron con la investigación de los vórtices-generadores con una exploración de varios métodos activos y pasivos para controlar el flujo separado de dos dimensiones. Estos estudios cuantificaron y caracterizaron el comportamiento y el rendimiento de una variedad de dispositivos de ruptura de grandes-remolinos para el control de la separación del flujo turbulento.
Asociación
Respondiendo a la acusación hecha por el Congreso de los EE.UU. En el Acto Nacional de la Aeronáutica y el Espacio en 1958 se determinó hacer público y difundir las nuevas tecnologías y los nuevos descubrimientos. La NASA a través de los medios logra difundir los resultados de sus Investigaciones así como presentar la experiencia de sus científicos e ingenieros. Patrocinado por El Programa de Alianzas Innovadoras, éstos incluyen estudios publicados, la NASA divulga, entre la Pequeña Empresa de Investigación e Innovación así como programas de Transferencia de Tecnología de Pequeñas y Medianas Empresas, creando las oficinas de transferencia de la tecnología en cada centro de campo de NASA, en conjunto con el Programa de Alcance de Alianza de Espacio Tecnología (SATOP). Los estudios de la aerodinámica en Dryden han sido puestos a disposición del publico, y la Compañía de Tecnologías de Aeroserve S.A., de Ottawa, Canadá, con su experiencia comercializadora, han logrado que Airtab LLC, en Loveland, Colorado, aplicaran estos estudios, el trabajo aerodinámico en Langley, y el generador patentado de vórtice de Wheeler se ha dado paso al desarrollo del generador de vórtice de Airtab; diseñado para reducir la fricción, mejorar la estabilidad del vehículo y ahorrar en la economía del combustible. De los dispositivos probados, el Wheeler mostró menos rozamientos necesarios, Wheeler Aeroserve optimizó el diseño facilitando el método de instalación y aplicación a cualquier vehículo.
Resultado del Producto
La ley de asistencia al transporte de viales de 1982 obliga a los Estados a permitir que camiones con remolques de 15 metros de largo en ambas carreteras interestatales e interiores; que el límite anterior de longitud de 17 metros fuera aplicado al tractor y el remolque juntos. Cuando la regulación anterior hizo del tractor de COE una elección dominante, debido a la disminución de su longitud a pesar de diseño aerodinámico y los defectos en la eficiencia del combustible, las nuevas regulaciones abrieron la puerta para un Renacimiento de la Cabina "convencional". Mientras COE diseña lugar en la cabina justo encima del motor, minimizando longitud y al producir un tractor de cubo-como, los diseños convencionales de camión, colocan el motor delante de la cabina. Aunque más largo como resultado, presenta una saliente de nariz en el camión y los diseñadores trabajan en una forma intrínsecamente más aerodinámica.
En 1982, COE transporte, constituyen el 65 por ciento del mercado para la Compañía de Motores de Peterbilt, con números similares para otros fabricantes; el diseño de Nuevo de la cabina solo representaba el 1 por ciento de ventas para Peterbilt en 2004. Las cabinas y las caretas simplificadas son ahora algo común en nuestras carreteras, y el diseño es cada vez mas predominante excepto en camiones de pequeña capacidad, orientados al uso urbano. Las modificaciones tratadas por los ingenieros en “Dryden” fueron adoptadas por los fabricantes de camiones, con los mismos principios de los ingenieros de NASA que demostraron con camiones de COE su aplicación convencional. Además, las cajas de carga de la mayoría de las camionetas de reparto han redondeado sus esquinas y bordes, mostrando una aplicación directa de la investigación realizada en “Dryden” en la "caja para zapatos".
Los remolques de hoy, por otro lado, han cambiados muy poco en las últimas décadas. Para los transportistas de ganado, un factor clave es que granjeros individuales han sido los propietarios predominantes de remolques, y estos propietarios son difíciles de convencer acerca de los costos de diseño nuevo contra los ahorros de la aerodinámica superior. Sin embargo, cada vez más remolques de ganado lucen diseños de barco-cola que alivian el flujo de aire de alante al fondo del remolque y minimizan la estela de baja presión. Los fabricantes convencionales del remolque se han resistido al cambio más que otros, en parte porque tanto el frente como el final del remolque debe seguir siendo fácil de manipular en las zonas de carga, donde la forma óptima para la aerodinámica superior—la cola de barco—es poco práctico.Igualmente, el vacío entre la cabina y el remolque puede crear una cantidad significativa de obstáculo como remolinos de aire en ese espacio. Dos medios convencionales para hacerle frente a este problemático asunto es: El lado que agrega de extensión (disminuir el vacío expuesto) es caro y quizás estorba la maniobrabilidad; moviendo al quinto delantero de rueda (acortar el vacío) coloca más peso en el eje de conducción—que es regulado legalmente y es limitado—y reduce el esfuerzo de la maniobrabilidad al aumentar el uso en la conducción neumáticos por el conductor. Dirigiendo estos dilemas, Airtabs de Aeroserve almacena los beneficios de la corriente de aire encontrada en un diseño de barco-cola con el espíritu práctico de un fin de cuadrado para cargar y descargar, y ve la aplicabilidad adicional que suaviza la corriente de aire entre cabina y remolque. Los generadores del vórtice de Airtab crean un vórtice controlado para reducir camión y resistencia de viento de remolque y obstáculo aerodinámico.
Cada productos de Airtab dos vórtices que contrario-girando de aire, cada aproximadamente cuatro a cinco veces la altura del Airtab y varios pies de largo, eso recorre lisamente el vacío entre corriente de aire de tractor y remolque o control por delante del trasero del vehículo. Airtabs así permite a un operario para poner la quinta rueda a la posición óptima sin contraer obstáculo de exceso o conducción el uso de engranaje y ganar parte del beneficio aerodinámico de lado de extensión.
En la parte posterior de un remolque, en la parte posterior de camioneta de caja, o en la parte posterior de RV, Airtabs altera radicalmente la corriente de aire para reducir obstáculo en dos maneras: Cambiar la pauta de corriente de aire de vertical a horizontal eliminar remolinos grandes, y suavizar la corriente de aire para simular artificialmente un estrechamiento en la parte trasera del vehículo. De hecho, Airtabs ha sido mostrado efectivo en cualquier vehículo en pendientes de 30 grados en la parte trasera; los beneficios potenciales se extienden a través de aplicaciones que podrían beneficiar a un número considerable de vehículos.
Suavizar el flujo de aire tiene como resultado una mejora notablemente en la economía del combustible sin comprometer la utilidad del diseño y beneficios adicionales han sido tomados también en cuenta. La generación del vórtice reduce el rocío; los usuarios han informado de la mejora de la vista lateral y trasera en condiciones de lluvia y nevadas, aumentando la seguridad y ofreciendo una vista más clara de los alrededores de los vehículos.
Además debido a que el Airtabs altera la corriente de aire alrededor de la parte trasera del vehículo, la acumulación de suciedad de la carretera se ha reducido, manteniendo las luces traseras y los reflectores limpios permitiendo menos acumulación de nieve, con un beneficio significativo en la seguridad del vehículo en condiciones climáticas severas. Quizás la mayoría los conductores de vehículos equipados con Airtabs han informado sobre las mejoras en la estabilidad y la manipulación del vehículo así como la dramática reducción del movimiento en la parte trasera del vehículo, es decir el efecto donde el remolque oscila o se desliza de un lado a otro que en ocasiones causa potenciales perdidas catastróficas de control, efectos que son especialmente importantes con los dobles remolques encontrados en Norteamérica y los famosos "trenes del camino" o de cuadratura-remolque en Australia.
El aumento de la estabilidad también significa que el remolque no se desvié hacia los bordes de la vía, aumentando la vida de neumáticos. Los conductores también informan que conduciendo cerca de vehículos grandes no han sentido el impacto que normalmente tienen cuando pasan por cerca de vehículos sin AIRTAB.
Cummins Rocky LLC Montaña, un motor diesel y el generador al por mayor y la compañía de distribución en Broomfield, Colorado, reconoció estos beneficios y acordó promover y vender Airtabs después de probar internamente la reacción de los clientes que indicaron que Airtabs trajo economía inmediata, seguridad y beneficios al correr sus equipo en carreteras de altas velocidades. La compañía notó beneficios adicionales que incluyen: facilidad de instalación, mantenimiento mínimo, y precio bajo.
Cuando más investigación y desarrollo tecnológico de NASA es adaptada y es introducida al mercado por compañías como Aeroserve, los vehículos que pueblan nuestras carreteras e interestatales continuará igualmente evolucionando.
Las soluciones prácticas, desafíos aerodinámicos, ejemplificado por el Airtab, ofrecen por igual un aumento de la estabilidad, la seguridad, y la economía en vehículos del aire como de superficie viales.
En la NASA están orgullosos por contribuir con estos beneficios palpables y actuales a ambos campos de los sectores de transporte terrestre y del transporte aéreo.
Airtab® es una marca registrada de Tecnologías de Aeroserve S.A.