Fundamentos de Ingeniería y Diseño de la Carrocería Automotriz

Características constructivas de la carrocería

Características de la carrocería

Esfuerzos estructurales

Los vehículos están sometidos a diversos esfuerzos durante su funcionamiento:

• De tracción.
• De flexión: Provocada por el peso.
• De torsión: Causada por las irregularidades del terreno (baches).
• De cizalladura: Resultante de los impactos.

Energía cinética

Es la energía que adquieren los cuerpos con el movimiento como consecuencia directa de su masa y velocidad. En un choque, esta se transforma en energía de deformación. Se rige por la siguiente proporción: a doble de peso, doble energía; a doble velocidad, cuatro veces más energía.

Concepto estructural de la carrocería

La carrocería es el elemento que soporta los golpes y, por ello, es conveniente que se deforme de manera controlada. Se divide en tres secciones principales:

• Módulo delantero: Se deforma para evitar la inercia.
• Módulo central: Es la zona más rígida para proteger a los ocupantes.
• Módulo trasero: Se deforma ante una colisión trasera.

Solicitaciones constructivas

Rigidez: Aunque es conveniente la deformación controlada, una buena rigidez estructural aporta menos vibraciones y ruidos, además de mayor resistencia y solidez. Otros factores clave son la durabilidad, la facilidad de reparación, la aerodinámica y la deformación.

Aerodinámica

Es la ciencia que estudia las acciones ejercidas por el aire sobre los cuerpos sólidos inmersos en él. Sus parámetros principales incluyen la estabilidad, la reducción de ruido, la habitabilidad, el funcionamiento de los limpiaparabrisas y el ensuciamiento.

Orden de eficiencia aerodinámica (de mayor a menor):

1. Ala de avión.
2. Esfera.
3. Automóvil.
4. Cono.
5. Semiesfera.
6. Cono bajo.
7. Cubo.
8. Plano.
9. Paracaídas.

Flujos de aire

• Interior: Destinado a la ventilación del habitáculo y del motor. Busca mantener o cambiar la temperatura renovando el aire sin variar la humedad (idealmente al 20%).
• Exterior: Determinado por los coeficientes aerodinámicos.

Coeficientes aerodinámicos

• Cx: Coeficiente de penetración aerodinámico.
• A: Superficie de ataque en m².
• p: Densidad del aire.
• Vf: Velocidad del vehículo.
• Cy: Coeficiente lateral.
• Cz: Coeficiente vertical.

Condiciones de diseño

El diseño está condicionado por las necesidades de resistencia estructural, los flujos de aire, la habitabilidad, los neumáticos, los costes y la estética, entre otros factores.

Puntos de mayor atención: Parte delantera, inclinación del parabrisas y luneta trasera, y la parte trasera en general. También el paso de los montantes delantero y trasero y el acabado final de la carrocería.

Aerodinámica activa

Se intenta que el centro de presión esté situado detrás del centro de gravedad. Esto se puede potenciar con el uso de alerones o spoilers para mejorar la estabilidad.

Aditamentos aerodinámicos

Mejoran la aerodinámica y aportan un carácter deportivo. Incluyen deflectores traseros, bajos, laterales y delanteros, además de alerones en el plano superior.

Túneles de viento

Consisten en una prueba práctica de experimentación basada en un prototipo o modelo a escala del vehículo proyectado.

• Sistemas de circuito abierto: Se basan en el túnel Eiffel; es un tubo abierto que succiona el aire y lo vuelve a emitir al exterior por el otro extremo.
• Sistemas de circuito cerrado: La masa de aire, una vez puesta en funcionamiento, se mantiene en movimiento tomando más velocidad.

Características: Utilizan un enorme ventilador con un sistema de admisión de aire y un canalizado. El aire es ordenado y se mantiene su temperatura hasta los 22 °C. Se puede medir una fuerza de hasta 24.000 Newtons.

Tipos: Aeroacústicos, térmicos y climáticos.

Prueba de choque (Crash Test)

Se realizan para efectuar análisis completos de accidentes. Se utilizan avanzadas herramientas virtuales como CAD. Pueden ejecutarse sobre piezas específicas o sobre la estructura entera.

Tipos de impacto y velocidades:

• Frontal (2/3): 50 km/h.
• Lateral (25%): 29 km/h.
• Trasera: 35 km/h u 8 km/h.
• Vuelco: 50 km/h.
• Atropellos: 40 km/h.

Estadísticas de impacto (Dibujo/Distribución):

Frontal: 21%; Offset: 12,3%; Frontal oblicuo: 14,6%; Delantero oblicuo: 19%; Lateral oblicuo: 17,2%; Lateral: 7,2%; Posterior oblicuo: 3,6%; Posterior: 2,3%; Vuelco: 2,8%.

Tipos de carrocerías

Carrocería y chasis separados

Utilizada en vehículos industriales, todoterrenos o de fibra. Se compone de dos partes: la carrocería y el bastidor.

Tipos de bastidor:

• En escalera (en H).
• De columna (en X).
• Perimétrico.
• Tubular.

Carrocería con plataforma chasis

Común en coches de carga. La plataforma portante está constituida por un chasis aligerado formado por la unión de varias chapas. Las partes mecánicas van atornilladas o soldadas.

Carrocería autoportante

Es la más utilizada por los fabricantes actuales. Consiste en crear una caja resistente que, a su vez, se soporte a sí misma y a los elementos mecánicos.

Clasificación: Con elementos desmontables o unida totalmente por soldadura.