¿Sabías que el coeficiente aerodinámico de un camión es mejor que el de un Fórmula 1?

Pues sí, el título de este artículo es correcto: el coeficiente aerodinámico de un camión es mejor que el de un Fórmula 1. Y el del coche que conduces a diario, también. Algo que puede sonar sorprendente para los que no están familiarizados con los principios básicos de la aerodinámica. Pero tiene su explicación. Y aunque no te lo creas, es más fácil de lo que parece.

Un camión tiene un coeficiente aerodinámico más favorable que un Fórmula 1, pero un F1 tiene menor resistencia aerodinámica

Para entenderlo, lo primero es conocer algunos conceptos clave y no confundir la resistencia aerodinámica con el coeficiente aerodinámico. Para que te hagas una idea: el coeficiente aerodinámico de un camión está entre 0.6 y 0.7, aunque hay excepciones como el camión de Tesla, para el que se anunció un sorprendente Cx de 0.36; mientras que el de un fórmula 1 se mueve en torno a 1, y en un turismo de calle lo normal es movernos alrededor de 0.30. Y cuando cuanto más bajo es este coeficiente aerodinámico, mejor de cara a conseguir una menor resistencia aerodinámica.

Pero en la resistencia aerodinámica intervienen otros factores. Y aquí está la clave: un camión tiene un coeficiente aerodinámico más favorable que un Fórmula 1, pero un F1 tiene menor resistencia aerodinámica. Vamos a verlo con más detalle.

Resistencia aerodinámica

La resistencia aerodinámica es la fuerza opuesta al movimiento que presenta un determinado objeto (en este caso un coche, un camión… o un Fórmula 1) cuando se desplaza a través del aire. Esta resistencia se calcula con una fórmula, que no te tienes que aprender. Solo hay que saber que es el producto de factores como la densidad del aire, la superficie frontal del objeto, su coeficiente aerodinámico y el cuadrado de la velocidad con la que se desplaza el objeto respecto al aire.

Como estamos comparando objetos, la densidad del aire y la velocidad no nos importan en este caso. Quédate con que la resistencia aerodinámica final de un objeto viene determinada, entre otros factores, por el coeficiente aerodinámico y la superficie frontal con la que dicho objeto se enfrenta al viento. Y lo hace de forma directamente proporcional a ambos.

Coeficiente aerodinámico

Por su parte, el coeficiente aerodinámico, también llamado coeficiente de resistencia aerodinámica, es un número adimensional (es decir, no tiene unidades de medida) asociado con una superficie particular, que cuantifica la resistencia de un objeto a desplazarse en un medio fluido (en el caso que nos ocupa ese medio es el aire), en comparación a la que ofrece un cuerpo que fuese capaz de detener completamente el flujo de aire cuando incide sobre él.

Un muro o pared sobre el que incida perpendicularmente al aire tendría un coeficiente aerodinámico Cx=1. Una placa plana perpendicular al flujo de aire superaría esa cifra, con un Cx por encima de 1.2, debido al efecto que se produce detrás de la placa cuando pasa el aire. Por eso en la aerodinámica de un vehículo es tan importante el diseño de la parte trasera, y el Cx puede cambiar de un coche a otro simplemente variando esta zona.

Como ya hemos señalado, cuanto más bajo es el Cx, mejor de cara a la resistencia aerodinámica. Otros ejemplos del coeficiente aerodinámico de cuerpos geométricos serían, por ejemplo, 0.47 para una esfera, 0,50 para un cono o 1.05 para un cubo. Recordemos lo que señalábamos al principio: en el caso de un automóvil convencional de producción, el coeficiente aerodinámico Cx está entre 0.25 y 0.30; en un camión es de alrededor de 0.7; y en un Fórmula 1, con ruedas sin carenar y alerones variables, puede ir… ¡desde 0.7-0.8 cuando compiten en circuitos como Monza, hasta cerca de 1.2 en Mónaco!

Ahora nos centramos únicamente en el coeficiente en la dirección del eje X, en el que se mueve el vehículo; pero también existen coeficientes aerodinámicos Cy (lateral) y Cz (vertical). No es el caso que nos ocupa directamente, pero sí conviene saber que en un F1 se sacrifica el Cx para conseguir un elevado Cz (que proporciona downforce) jugando con la configuración de los alerones. De ahí que en circuitos “rápidos”, donde interesa poca carga, un F1 tenga mejor coeficiente aerodinámico que en circuitos lentos, donde la resistencia aerodinámica influye menos, pero interesa que el coche se “pegue” al suelo, favoreciendo el paso por curva.

La superficie frontal

La superficie frontal es el término más fácil de entender en esta ecuación: es el tamaño que ocupa el frente de aire que tiene que mover el objeto para avanzar. En otras palabras: el área que ocupa visto de frente. En un vehículo, aquí intervienen las dimensiones de la carrocería, pero también los espejos retrovisores, los neumáticos…

La superficie frontal de un turismo puede estar en torno a 2 metros cuadrados. La de un monoplaza de Fórmula 1 se mueve en torno a 1,4 metros cuadrados. Y la de un camión moderno ronda los 8-9 metros cuadrados. Está claro que la forma más eficiente de cara a conseguir un gran espacio interior (la forma de caja, en el caso de un camión) es la menos eficiente en cuanto a resistencia aerodinámica, porque es la que tiene una mayor superficie frontal.

Para mejorar la aerodinámica, los camiones utilizan, por ejemplo, deflectores en el techo. Estos deflectores no modifican la superficie frontal, pero sí el coeficiente aerodinámico. En un coche de calle como el Audi e-tron, la sustitución de los espejos retrovisores convencionales por los espejos virtuales mejora ambas cosas: menos superficie frontal y mejor Cx.

Otra cuestión importancia al hablar de aerodinámica sería el diseño de la parte posterior del vehículo, casi tan importante como el frontal, porque hay que intentar que el aire fluya por la carrocería en su parte delantera y “salga” por la trasera de forma rápida y fluida, sin generar turbulencias o “capas” a diferentes velocidades que perjudican la aerodinámica. Aunque no nos detendremos en este apartado.

El camión, el Fórmula 1 y las matemáticas

Con estos tres conceptos ya es mucho más fácil comprender la ecuación que da solución al enunciado de este artículo. Y es que, por sí solo, el Cx de un objeto no nos dice mucho si no va asociado a la sección frontal.

A igualdad de coeficiente aerodinámico, un objeto con mayor superficie frontal presentará una mayor resistencia aerodinámica. Y por eso un SUV consume más que un turismo con la misma potencia, porque el Cx puede ser incluso equivalente, pero el SUV presenta una mayor superficie frontal.

Ya hemos visto que un Fórmula 1, en efecto, tiene un coeficiente aerodinámico más desfavorable que el de un camión. Sin embargo, su resistencia aerodinámica es menor, porque dicha resistencia es directamente proporcional al producto del coeficiente aerodinámico (Cx) por la superficie frontal (S). Si llamamos a este producto SCx, el de un Fórmula 1 puede estar en torno a 1.4-1.5, mientras que en un camión el SCx es en torno a 4 veces superior a la de un Fórmula 1. Aunque su coeficiente aerodinámico sea más favorable, la resistencia aerodinámica es peor.

Otra cuestión interesante sería introducir el factor velocidad. Si recuerdas, dijimos que la resistencia aerodinámica es proporcional a la densidad el aire, al SCx y al cuadrado de la velocidad. Puedes usar la calculadora y ver la diferencia de resistencia aerodinámica que tiene que vencer un camión cuando circula a su velocidad máxima, en torno a 100 km/h, y la que debe vencer un Fórmula 1 circulando al triple de esa velocidad.

Aprovecho aquí para decirte que también existe una relación entre la resistencia aerodinámica, la velocidad y la potencia, que conviene conocer. En concreto, la potencia que se necesita para vencer una determinada resistencia aerodinámica es proporcional no a la velocidad, sino al cubo de la misma. Por esta razón un coche con una aerodinámica digamos “normalita” puede alcanzar la barrera de los 200 km/h con apenas 150 CV, mientras que para duplicar la velocidad máxima sin modificar la aerodinámica hace falta multiplicar la potencia por más de 6. Pero eso es otra historia, que nos dará para un nuevo artículo.