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Trabajos de investigación en el túnel aerodinámico

En el túnel aerodinámico y aeroacústico de Audi, los especialistas en aerodinámica optimizan la forma del Audi RS e-tron GT para alcanzar la perfección.

03.05.2021 Texto: Bernd Zerelles − Fotos: Robert Fischer − Vídeo: graupause Tiempo de lectura: 9 min

Audi RS e-tron GT: Consumo de electricidad combinado*: 21,7–20,6 kWh/100 km. Emisiones combinadas de CO₂*: 0 g/km
Las especificaciones indicadas sólo se aplican en España y no son aplicables en otras regiones.

Audi RS e-tron GT: Consumo de electricidad combinado*: 21,7–20,6 kWh/100 km. Emisiones combinadas de CO₂*: 0 g/km
Las especificaciones indicadas sólo se aplican en España y no son aplicables en otras regiones.

Primer plano de una turbina del rotor del túnel aerodinámico y aeroacústico de Audi.

Si observamos las aspas del ventilador del túnel aerodinámico y aeroacústico de Audi, lo primero que llama la atención es el espacio entre cada una de las puntas de las 20 aspas del rotor y el borde de hormigón. Son solo unos centímetros, pero salta a la vista. ¿Hacen que se pierda precisión y se malgaste energía? El Dr. Moni Islam, director de Desarrollo de aerodinámica y aeroacústica de Audi, señala: "Con una turbina de hasta 2720 kW de potencia, las aspas de aluminio revestido se extienden debido a la fuerza centrífuga, por lo que esta holgura se cierra prácticamente del todo. Por último, en este punto se genera la fuerza con la que el aire alcanza una velocidad de hasta 300 km/h en el vehículo que se va a medir".

A continuación, todas las personas deben salir del túnel aerodinámico. Las 20 aspas del ventilador de cinco metros comienzan a moverse lentamente. El movimiento de aire giratorio se estabiliza por primera vez gracias a las 27 aspas guía del estator que hay detrás. Después, se realizan dos cambios de dirección en el túnel aerodinámico para distribuir el aire de manera uniforme con las aspas de inversión especiales. Las rejillas situadas detrás de las aspas vuelven a disipar los grandes torbellinos de aire que se producen en las esquinas de inversión y en el ventilador. A continuación, el aire pasa por una rejilla de panal, se estabiliza en la siguiente cámara de mayor tamaño y se impulsa a la velocidad exacta deseada a través de la boquilla con un factor de 5,5 antes de que llegue al Audi RS e-tron GT, que se encuentra en la cámara principal.

Audi RS e-tron GT: Consumo de electricidad combinado*: 21,7–20,6 kWh/100 km. Emisiones combinadas de CO₂*: 0 g/km
Las especificaciones indicadas sólo se aplican en España y no son aplicables en otras regiones.

Audi RS e-tron GT: Consumo de electricidad combinado*: 21,7–20,6 kWh/100 km. Emisiones combinadas de CO₂*: 0 g/km
Las especificaciones indicadas sólo se aplican en España y no son aplicables en otras regiones.

Vista lateral del Audi RS e-tron GT en el túnel aerodinámico.

Esta plataforma sirve para medir las fuerzas aerodinámicas del vehículo con gran precisión. Las ruedas del vehículo se sitúan sobre cuatro cintas transportadoras pequeñas, lo que garantiza que giren a la velocidad del aire. En la cinta transportadora más ancha situada debajo del vehículo se simula el movimiento de la carretera a todas las velocidades a las que se va a conducir. Además, las chapas perforadas ajustables en la zona delantera de los bajos aspiran parte del aire, la denominada capa límite, antes de que llegue al vehículo. Esta práctica se conoce como simulación del terreno entre los especialistas en aerodinámica y garantiza que el flujo de aire alrededor del vehículo sea realista.

 

Una vez que el aire ha pasado por el Audi RS e-tron GT, el colector situado detrás de la cámara principal recoge el aire expulsado y lo devuelve a los conductos del túnel aerodinámico y a la turbina del rotor. Así es cómo circula el aire en el túnel aerodinámico y aeroacústico de Audi. No es un proceso precisamente sencillo.

Audi RS e-tron GT: Consumo de electricidad combinado*: 21,7–20,6 kWh/100 km. Emisiones combinadas de CO₂*: 0 g/km
Las especificaciones indicadas sólo se aplican en España y no son aplicables en otras regiones.

Audi RS e-tron GT: Consumo de electricidad combinado*: 21,7–20,6 kWh/100 km. Emisiones combinadas de CO₂*: 0 g/km
Las especificaciones indicadas sólo se aplican en España y no son aplicables en otras regiones.

Un gran esfuerzo para optimizar el flujo de aire

El Dr. Kentaro Zens, ingeniero de desarrollo responsable de la aerodinámica y la aeroacústica del Audi RS e-tron GT, declara: "En la carretera, el vehículo se mueve por el aire. Aquí, en el túnel aerodinámico, es al revés: el vehículo está parado y nosotros movemos el aire a su alrededor de la forma más uniforme posible. Hacemos todo lo posible para optimizar el flujo de aire. Solo cuando el aire llega al vehículo con precisión, podemos obtener unos resultados exactos y fiables".

 

Zens se sienta en su puesto de trabajo junto al panel de control en el que los operarios controlan el túnel aerodinámico. En las pantallas, se pueden leer todos los datos relevantes: ¿Cuál es el coeficiente de arrastre? ¿Cuál es la elevación del eje delantero? ¿Y la del eje trasero? ¿Cuál es la velocidad del aire? ¿Y la de la cinta transportadora?

 

Junto a él se encuentra Thomas Redenbach, director de Desarrollo de proyectos de vehículos de aerodinámica y aeroacústica: "Cuando el túnel aerodinámico se puso en funcionamiento, era el primero del mundo para vehículos que combinaba la simulación de las condiciones reales de aerodinámica de la carretera con una aeroacústica extremadamente silenciosa".

 

En la actualidad, el túnel aerodinámico se utiliza seis días a la semana en dos turnos entre las 07:00 y las 22:30. Cuando las autoridades competentes impusieron la homologación según las especificaciones del ciclo WLTP, hizo falta más. Moni Islam: "Dada la complejidad de este túnel aerodinámico, tuvimos que recurrir a nuestros compañeros expertos, que se encargan de operarlo a diario desde hace muchos años y estaban a disposición de los desarrolladores 23 horas al día, ya que debíamos demostrar a las autoridades competentes que cumplíamos los valores del ciclo WLTP con mediciones certificadas en el túnel aerodinámico".

Audi RS e-tron GT: Consumo de electricidad combinado*: 21,7–20,6 kWh/100 km. Emisiones combinadas de CO₂*: 0 g/km
Las especificaciones indicadas sólo se aplican en España y no son aplicables en otras regiones.

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Cada milésima de mejora en el coeficiente de arrastre aumenta el potencial en la autonomía.

Dr. Moni Islam

El Dr. Moni Islam, director de Desarrollo de aerodinámica y aeroacústica de Audi, en las instalaciones con cancelación activa de ruido del túnel aerodinámico.
El Dr. Moni Islam, director de Desarrollo de aerodinámica y aeroacústica de Audi, explica el funcionamiento de las instalaciones con cancelación activa de ruido del túnel aerodinámico.

La simulación no sustituye al túnel aerodinámico

Sin embargo, las simulaciones por ordenador también desempeñan un papel cada vez más importante en el desarrollo de la aerodinámica. La simulación de CFD (dinámica de fluidos computacional) permite simular el flujo de aire en un ordenador y analizar y visualizar sus patrones. Entonces, ¿por qué se sigue invirtiendo esfuerzo y dinero en el túnel aerodinámico? Thomas Redenbach: "Usamos el túnel aerodinámico a diario, también para confirmar los resultados de la simulación. Queremos seguir desarrollando las simulaciones. Para que sean válidas y representativas, tenemos que revisar los cálculos".

 

No obstante, las simulaciones por ordenador están mejorando y cobrando mayor protagonismo. Kentaro Zens: "Con el Audi RS e-tron GT, hemos dedicado más tiempo de lo habitual a las simulaciones, más de nueve millones de horas de uso de la CPU. Estuve en el túnel aerodinámico con el vehículo durante 150 horas, muy poco tiempo en comparación con el Audi R8, para el que se necesitaron 600 horas". Esta afirmación no solo indica que el Audi RS e-tron GT tiene un diseño excelente, sino también que el proceso de desarrollo se acortó considerablemente, algo que Audi pretende que suceda con los próximos modelos.

 

Moni Islam añade: "El túnel aerodinámico y la simulación de CFD son dos herramientas complementarias de los especialistas en aerodinámica. El túnel aerodinámico es muy preciso y rápido y, por lo tanto, nos permite trabajar de manera muy eficiente en el proceso de desarrollo dinámico. La simulación nos brinda una cantidad increíble de información, pero requiere esfuerzo para la preparación y el análisis de los resultados. Con solo una de estas dos herramientas, no sería posible seguir desarrollando la aerodinámica en la actualidad".

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Las especificaciones indicadas sólo se aplican en España y no son aplicables en otras regiones.

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Invertimos mucho tiempo en el último 20 % de la aerodinámica.

Thomas Redenbach

Aumento del potencial de autonomía

En los vehículos eléctricos como el Audi RS e-tron GT, contar con el paquete completo favorece los valores de aerodinámica (debido a los bajos cerrados). Sin embargo, los 31 empleados del departamento de Desarrollo de vehículos aerodinámicos que lidera Moni Islam cada vez se enfrentan a más retos. "Con cada milésima parte de mejora en el valor del coeficiente de arrastre, elevamos el potencial de autonomía", explica Moni Islam.

 

Los expertos en aerodinámica identifican los potenciales del vehículo con los resultados de las simulaciones, que representan la sensibilidad: Si se cambia la geometría ligeramente en el punto X, ¿cuánto influye en el flujo de aire? Después comienza lo que Islam nos cuenta así: "La aerodinámica también conlleva un meticuloso trabajo de investigación, porque el aire no se ve. Hay que intentar aislar el problema mediante un enfoque analítico basado en los valores dados por la plataforma del túnel aerodinámico".

 

Con este fin, los ingenieros también trabajan con diferentes piezas complementarias en el proceso de creación rápida de prototipos. Primero, se crean los diseños CAD para definir la geometría de los componentes, por ejemplo, una entrada de aire en el faldón delantero. A continuación, los compañeros de gestión de modelos convierten las variantes deseadas, que pueden ser tres, cuatro o cinco, en un componente de prueba mediante esta tecnología avanzada. Posteriormente, las distintas variantes de los componentes del modelo se prueban en secuencia. Así, las mediciones reflejan los valores de arrastre y elevación. Estos resultados también se comparan con las simulaciones de CFD de la misma configuración exacta para conseguir resultados de simulación reproducibles.

Audi RS e-tron GT: Consumo de electricidad combinado*: 21,7–20,6 kWh/100 km. Emisiones combinadas de CO₂*: 0 g/km
Las especificaciones indicadas sólo se aplican en España y no son aplicables en otras regiones.

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Trabajos de investigación al más mínimo detalle

"Se puede desarrollar el 80 % de la aerodinámica de un vehículo en un 20 % del tiempo total, pero para el último 20 % de la aerodinámica, es decir, para optimizar cada detalle de infinidad de lugares pequeños, invertimos una enorme cantidad de tiempo". Así es cómo explica Thomas Redenbach los trabajos de investigación que se realizan en el túnel aerodinámico. "Solo con un gran compromiso y prestando atención a los detalles podemos alcanzar los mejores resultados".

 

¿Cuál era el detalle más difícil de este Gran Turismo para el responsable de la aerodinámica del Audi RS e-tron GT en relación con el flujo de aire? Kentaro Zens piensa la respuesta. "El faldón delantero con cuatro componentes intercalados. Como el aire fluye se introduce por las entradas, la rejilla interior se cierra, lo que también plantea un problema. El aire circula hacia cualquier parte, y no es lo que queremos. En este caso, lo más delicado es controlar el flujo de aire y ajustarlo con precisión. Es un gran trabajo en equipo, ya que los compañeros de seguridad, diseño, producción y montaje del vehículo tienen que colaborar conmigo".

 

A Zens también le gustaría mencionar la importancia del diseño de las entradas de aire en los pasos de rueda: "Al colaborar estrechamente con los diseñadores de Audi cada semana, hemos logrado que el paso desde la parte delantera hasta el lateral situado alrededor de las Air Curtain sea óptimo desde el punto de vista aerodinámico y se integre en el diseño general de forma coherente. Todos los elementos del Audi RS e-tron GT tienen una función y un sentido. Funcionalidad en estado puro. Eso es lo que me encanta del vehículo".

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Las especificaciones indicadas sólo se aplican en España y no son aplicables en otras regiones.

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El humo circula a través de las entradas de aire Air Curtain hasta los pasos de rueda del Audi RS e-tron GT.
La lanza de humo se puede permite ver el flujo de aire. Aquí se muestra el trayecto óptimo del flujo de aire a través de las entradas de aire Air Curtain hasta los pasos de rueda.
Buscamos que el diseño ofrezca la máxima aerodinámica.

Dr. Kentaro Zens

Zens también probó el alerón trasero al milímetro en el túnel aerodinámico para determinar la posición óptima. Hay otro ejemplo del que se enorgullece: el borde integrado en los faros traseros. "Existen muchos sistemas que generan remolinos, especialmente en la parte trasera del Audi RS e-tron GT, de tres dimensiones. Conducir el flujo de aire por superficies con curvas pronunciadas sin problema es un todo un reto. En la simulación, observamos que todavía se podían realizar mejoras en los faros traseros".

 

Afortunadamente, César Muntada, director de diseño de la iluminación de Audi, también estuvo presente durante esta medición en el túnel aerodinámico. Acto seguido, plasmó en el modelo de arcilla una ligera curvatura exterior con un contrafuerte en los faros traseros, que ahora se incorpora tal cual en el vehículo de serie. Gracias a este pequeño cambio, los diseñadores y los especialistas en aerodinámica han conseguido que el flujo se desprenda en la parte trasera en lugar de dirigirse hacia el interior provocando remolinos, lo que empeoraría notablemente el coeficiente de arrastre. "Buscamos que el diseño ofrezca la máxima aerodinámica", comenta Kentaro Zens, describiendo esta colaboración, lo que implica meticulosos trabajos de investigación en el túnel aerodinámico.

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El Audi RS e-tron GT en un estudio de fotografía.

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El Audi RS e-tron GT combina un impresionante rendimiento con un diseño avanzado.

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