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COMPORTAMIENTO AERODINÁMICO EN LA REDUCCIÓN DEL
ARRASTRE MEDIANTE LA VARIACIÓN DE ACCESORIOS EN UN
TRACTOCAMIÓN
AERODYNAMIC BEHAVIOR IN REDUCING DRAG BY VARYING
ACCESSORIES ON A TRACTOR-TRAILER
Antonio Castillo
Máster en Ingeniería de Vehículos, Grupo de Investigación del Mantenimiento Giman, Facultad de Mecánica, Escuela
Superior Politécnica del Chimborazo, (Ecuador).
E-mail: antoniog.castillo@espoch.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0045-7495
Alex Tenicota
Magister en Gestión del Mantenimiento, Grupo de Investigación del Mantenimiento Giman, Facultad de Mecánica,
Escuela Superior Politécnica del Chimborazo, (Ecuador).
E-mail: alex.tenicota@espoch.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0707-7698
Stalin Nuela
Magister en Gestión del Mantenimiento, Grupo de Investigación del Mantenimiento Giman, Facultad de Mecánica,
Escuela Superior Politécnica del Chimborazo, (Ecuador).
E-mail: stalin.nuela@espoch.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3543-9390
Recepción:
20/07/2020
Aceptación:
08/10/2020
Publicación:
14/12/2020
Citación sugerida:
Castillo, A., Tenicota, A., y Nuela, S. (2020). Comportamiento aerodinámico en la reducción del arrastre mediante
la variación de accesorios en un tractocamión. 3C Tecnología. Glosas de innovación aplicadas a la pyme, 9(4), 17-43. https://
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RESUMEN
El transporte público y carga pesada como productos del sector automotriz son las principales fuentes
de emisión de dióxido de carbono (CO2), y aproximadamente un tercio son causadas por vehículos
comerciales, especialmente de la clase de tractocamión - remolque de extensos recorridos en carretera.
Aunque las estrategias para reducir el consumo de combustible cada vez son más restringidas, la
resistencia aerodinámica es una alternativa sustentable des ahorro de combustible en la última década.
El objetivo de la investigación persigue identicar el comportamiento aerodinámico en la reducción
del arrastre hasta el límite mediante la variación de accesorios en un tractocamión y remolque para
identicar las posibles ganancias aerodinámicas. Un tractocamión - remolque estándar con dimensiones
conocidas fue modelado en CAD, del mismo modo los accesorios instalados en el remolque, deector de
techo, estabilizador de vórtice, secciones laterales, y extensión del marco. Con la simulación mediante
Computational Fluid Dynamics FLUENT, se investigó la inuencia del ujo alrededor del camión, y sus
comportamientos inestables. La velocidad referencia de 90 km / h misma que contribuye al arrastre,
fue analizada en diferentes regiones para la obtención de una mayor resistencia al viento frontal. Para
la simulación fueron agregadas las mejoras en los accesorios del remolque, y con ello la evaluación de
resultados entre la simulación y el modelo original. Los accesorios simples del remolque con la mejora en
la geometría y longitud hacen posible la reducción de la resistencia aerodinámica entre el 19 al 28.8%,
en comparación con el vehículo objetivo, y un aumento dimensional general inferior al 1%, sin ningún
cambio en la capacidad de carga del remolque.
PALABRAS CLAVE
Resistencia aerodinámica, Tractocamión, Remolque, Accesorios.
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ABSTRACT
Public transport and heavy freight as a product of the automotive sector are the main sources of carbon dioxide (CO2)
emissions, and about one third are caused by commercial vehicles, especially of the tractor-trailer class of long road journeys.
Although strategies to reduce fuel consumption are becoming increasingly constrained, aerodynamic drag is a sustainable
fuel-saving alternative in the last decade. The objective of the research is to identify the aerodynamic ow behaviour around
the standard tractor-trailer case, within the framework of drag reduction by varying trailer devices and accessories to the
limit to generate possible aerodynamic gains. A standard tractor-trailer with known dimensions was CAD-modelled, as
were the trailer-installed accessories, roof deector, vortex stabilizer, side sections, and frame extension. With the simulation
using Computational Fluid Dynamics FLUENT, the inuence of the ow around the truck, and its unstable behavior was
investigated. The reference speed of 90 km/hr, which contributes to the drag, was analyzed in dierent regions to obtain a
greater resistance to the front wind. For the simulation, the improvements in the trailer accessories were added, and with it
the evaluation of results between the simulation and the original model. Simple trailer attachments with improved geometry
and length make it possible to reduce the drag by 19 to 28.8% compared to the target vehicle and to increase the overall size
by less than 1% without any change in the load capacity of the trailer.
KEYWORDS
Aerodynamic resistance, Tractor truck, Trailer, Accessories.
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1. INTRODUCCIÓN
La reducción del consumo de combustible se ha convertido en una necesidad importante a resolver
en la “industria automotriz denida por la tendencia al alza de precios, y la aparición de compañías
competitivas y ecientes para el diseño de sus productos” (Meneses y Trejos, 2018). El transporte
público y privado de carga pesada son las principales fuentes de emisión de dióxido de carbono (CO
2
),
y aproximadamente un tercio son causadas por vehículos comerciales como el caso del remolque-
camión en largos recorridos. Según estudios especializados en el análisis del consumo de combustible de
vehículos (Schaller, 2010; Hucho, 1998; IEA, 2011) y la National Research Council Canada; identican
como principales fuentes de emisiones a las cargas producidas por efecto aerodinámico, y resistencia a la
rodadura, con factores de consumo de entre el 30 al 55%, debido a las cargas axiales en alta velocidad
y diseño de accesorios.
Debido a que los vehículos están trabajando para avanzar por el aire o túnel de viento, el aire creará una
fuerza de arrastre que se opone al movimiento. En circunstancias realistas y condiciones de conducción,
el túnel de viento se divide en varias partes; suelo, entrada, salida, paredes laterales y techo. La entrada
está congurada como entrada de velocidad, la cara de salida está congurada como salida de presión,
mientras que las paredes laterales se denen como pared estacionaria sin condición de deslizamiento para
simular simetría. Esto hace que el vehículo tenga que crear más potencia para realizar la misma cantidad
de trabajo, debido a que el arrastre es una fuerza inevitable que debe minimizarse para maximizar
la cantidad de potencia para desplazarse hacia adelante. Los estudios realizados por especialistas
aerodinámicos tales como Meneses y Trejos (2018), y Algozino (2019), consideran a los camiones grandes
como cuerpos blu, por disponerse en un ujo de alta velocidad a enormes fuerzas de arrastre, y ser
aerodinámicamente inecientes. Lo mencionado a los 100 km/h se caracteriza por un coeciente de
arrastre promedio (Cd) de 0.6 y gasto del 65% del combustible para superar la resistencia aerodinámica,
a diferencia de un automóvil de pasajeros de consumo menor hasta en 4 veces en mismas condiciones.
“Un camión - remolque a gran escala en un túnel de viento a 55 millas por hora y sin ningún dispositivo
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adicional aerodinámico, puede producir un coeciente de arrastre promedio por el viento entre 0.80
y 1.00” (Englar, 2013). En tal virtud, “cualquier reducción de la resistencia aerodinámica, dará como
resultado un gran ahorro de combustible” (Lav, 2013). La aerodinámica en un camión estándar varía
de manera no lineal, mientras que la resistencia a la rodadura crece linealmente con la velocidad. “El
arrastre aerodinámico aumenta cúbicamente a razón de los aproximados 80 km/h, pero las pérdidas
aerodinámicas son menores a bajas velocidades” (Leuschen y Cooper, 2006).
Los métodos de reducción de resistencia para mejorar el rendimiento aerodinámico se remontan desde
los aportes de Tanner en 1975, resumidos en acciones pasivas que no consumen energía externa, pero
reducen o disponen de prototipos para componentes como la base, sangrado de la base, cola del bote,
placas separadoras, cuñas separadoras, y varios tipos de bordes dentados o serrados. Los trabajos
especializados de Santana et al. (2020), y Sautié et al. (2020), consideran a las placas separadoras como
largas y difíciles de aplicar debido a la limitación de espacio y estabilidad, pero los relaves de botes
son más fáciles de implementar para reducir los arrastres. La primera generación de dispositivos
complementarios se caracteriza por la disminución del coeciente de arrastre general entre 0.15 a 0.25.
La segunda generación considera el uso de dispositivos como el sello de separación, faldones laterales
del remolque y la cola trasera del bote con potencial de disminución del coeciente de arrastre de 0.03
a 0.10.
El uso simultaneo de las alternativas, es una opción económica y viable en la reducción del coeciente
de arrastre y ahorro de combustible. “Los dispositivos más usados que reducen el arrastre en la región
base del avance, son la cola de barco con grandes placas que producen una región de estela pequeña
de baja presión” (Goñi y Rojas, 2017). Los generadores de vórtice con lengüeta de aire añaden impulso
al ujo en la región fuera del espacio sin que entre al mismo” (Wood, 2004). El arrastre ocasionado
por ruedas del tractor y remolque, han sido reducidos por la implementación de faldones laterales. La
implementación de una forma externa variable del extremo trasero del remolque ha contribuido con
la eciencia del transporte de los futuros remolques de larga distancia, de tal manera que permite un
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enfoque de reducción de la resistencia aerodinámica y aprovisionamiento de un volumen adecuado de
transporte en concordancia con los tipos de carga útil, de tal manera que el 95% del espacio destinado
para la carga útil total esté disponible para nes de transporte según los criterios establecidos en las
investigaciones de Fabian (2016) y Stadler, Hirschberg, y Hirz (2012).
Para la disminución del coeciente aerodinámico mediante soluciones numéricas, Hyams et al. (2011),
obtiene una reducción del 9% en la resistencia con ecuaciones inestables de Navier-Stokes promediadas
por Reynolds, y un solucionador de ujo paralelo que investiga el efecto del ujo aerodinámico inestable
en la economía de combustible de los camiones de clase 8, con respecto al ángulo de guiñada, los
extensores de la cabina, las ruedas giratorias, las aletas de base en el campo de ujo alrededor del camión
y las placas separadoras. La reducción del 30% en el coeciente aerodinámico documentado en Hyams
et al. (2011), registra el uso de un deector y un desviador de ujo de aire que circula por la parte superior
del remolque, con un valor adicional del 10% en la reducción de arrastre, sin embargo, el modelo en 2D
es limitado. Las pruebas de túnel de viento y simulaciones numéricas para investigar los efectos del faldón
lateral de Hwang et al. (2016) han contribuido con la reducción de resistencia en camiones pesados hasta
un 5%. Doost y Zadeh (2013), lograron una reducción del arrastre del 23%, gracias a la canalización
del aire desde el parachoques delantero hacia el trasero con vórtice reducido, y para la simulación del
campo, las líneas de ujo alrededor del vehículo, junto con los vórtices y la distribución de presión en
la estructura fueron simuladas mediante las ecuaciones que rigen FLUENTE. Sin embargo, aunque los
dispositivos complementarios funcionan como se esperaba, su efectividad no se puede comparar con los
que se aplican a la misma región de origen de arrastre en el avance. Para la simulación precisa y válida
del ujo alrededor de los camiones mediante métodos numéricos, se debe considerar las características
del campo de ujo turbulento y las complejidades geométricas. El mallado de sólido, algoritmos de
solución conables y recursos informáticos apropiados son necesarios para la simulación tridimensional
en lo referente a la caracterización aerodinámica. “Los camiones para el transporte de mercancía
que permita la pequeña reducción de la resistencia aerodinámica mediante la consideración de los
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efectos aerodinámicos y cambios en el ujo por la variación de la forma y dimensiones de dispositivos y
accesorios, signican menor consumo de combustible manifestado en reducción en las emisiones de los
camiones” (Lo y Kontis, 2016).
La presente investigación tiene como objetivo estudiar el comportamiento del ujo y resistencia aerodinámica
frente al consumo de combustible del camión–remolque estándar, conforme a la variación de accesorios
de reducción de arrastre. El transporte de mercaderías a nivel nacional e internacional ha contribuido con
el desarrollo del comercio entre países, pero a la vez ha manifestado grandes proporciones de emisiones
contaminantes. La contaminación del aire como un importante problema de salud pública, la reducción del
consumo de combustible mediante la implementación de adiciones aerodinámicas en camiones pesados,
la mejora de la salud de la población. La aplicación de tecnologías de reducción de resistencia de arrastre
permitirá reducir emisiones y con ello el impacto que tienen sobre el calentamiento global.
2. MÉTODOS Y MATERIALES
El arrastre aerodinámico en cualquier caso del ujo de uido fue denido por la fuerza resultante sobre
el objeto como paralela a la velocidad de la corriente libre de acuerdo a:
(1)
donde:
(Cd); coeciente de arrastre como indicador de eciencia aerodinámica entre diferentes vehículos.
(Fd); fuerza de arrastre aerodinámica,
(V); velocidad del vehículo,
(A); área frontal o de referencia
(ρ); densidad
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Se tomaron en cuenta tres ecuaciones de la Mecánica de Fluidos (FM) para estudiar la acción de fuerzas
aplicadas o existentes de acuerdo con el trabajo especializado de (White, 2005):
• Conservación de la masa para establecer el equilibrio entre la cantidad de ujo másico que ingresa
a un volumen y la cantidad que lo abandona.
(2)
• Conservación del momento lineal de la segunda ley del movimiento de Newton como uido
newtoniano, para obtener una relación entre la presión, el momento y las fuerzas viscosas.
(3)
• Conservación de la energía de acuerdo con la Primera ley de la termodinámica para establecer
el equilibrio de la cantidad total de energía dentro del sistema, con posibles cambios entre los
diferentes estados.
Energy equation
(4)
Donde:
V = campo de velocidad,
ρ = densidad,
t = tiempo,
p = presión,
µ = viscosidad,
g = campo de gravedad
cp = capacidad caloríca especíca,
T = temperatura,
k = coeciente de conductividad térmica,
Φ = función de disipación viscosa
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La complejidad matemática de las ecuaciones hizo imposible resolverlas analíticamente, excepto en casos
simplicados. Las condiciones del sistema fueron dadas a temperatura ambiente constantes con número
de Mach inferior a 0,3, y densidad constante del ujo, junto con el supuesto de que la viscosidad del
uido es constante. Las ecuaciones de continuidad y momento fueron resueltas para velocidad y presión.
Todos los ujos de uidos fueron considerados turbulentos el caso de estocásticos, tridimensionales
y dependientes del tiempo. Se describieron ujos con uctuaciones con valores medios de presión y
velocidad más un término de uctuación; u = ¯u + u “y p = ¯p + p” respectivamente. Para manejar esto,
las ecuaciones (continuidad e impulso), con términos adicionales debido a uctuaciones, se promedian
en el tiempo. “Las nuevas ecuaciones se denominan ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por
Reynolds, abreviadas como RANS” (Versteeg y Malalasekera, 2007).
Ecuación de continuidad para el ujo medio
(5)
Ecuación de momento en dirección X
Ecuación de momento en dirección Y
Ecuación de momento en dirección Z
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Con el sistema de ecuaciones resuelto se pudo contar con todas las variables velocidad, presión, y
temperatura de cada intervalo del sistema o discretización de un espacio en celdas pequeñas en las
que se modela el uido y se resuelven las ecuaciones para cada una de ellas. La investigación del ujo
aerodinámico alrededor de un camión - remolque detalla aspectos en los accesorios instalados, de manera
que, se identicaron las diferentes áreas y localización de zonas de mayor aporte como alternativas
para reducir el arrastre aerodinámico. La evaluación del efecto de diferentes dispositivos de remolque
reductores de resistencia mediante CFD, para con las dimensiones y geometría del camión - remolque
denido en la Figura 1. El área frontal del modelo de grado cero es de 9.78 m
2
.
Se considera 3 L para una
distancia entre la entrada y el área frontal del camión, 5 L la distancia entre la salida y la parte trasera
del camión, 12 W ancho del dominio, y 6 H de altura del dominio.
Figura 1. Geometría simplicada y dimensiones estándar en tractocamiones y remolque.
Fuente: (SAE , 2013).
Debido a que el régimen predominante fue turbulento para el estudio, en ese sentido se utilizó la
simulación numérica directa de DNS con el cálculo de variables promedio en el tiempo y el método
Lattice Boltzmann (LBM) para recuperar la hidrodinámica de la ecuación de Navier-Stokes según
(Kandasamy et al., 2002). La información suciente generada sobre el ujo, se pudo informatizar los
datos con la aplicación de modelos RANS, de manera que fueron combinados los modelos de turbulencia
y esfuerzo cortante de Menter, con la implicación de características cercanas y alejadas del muro.
Para involucrar una región 3D o su contraparte 2D simplicada donde se supone que el uido ocupa
el espacio del dominio computacional y sus celdas con el volumen hexaédrico para que de ese modo el
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software CFD resuelva las ecuaciones diferenciales gobernantes. El dominio se modela con un bloqueo
inferior al 5%. La conguración se realizó de acuerdo con la sugerencia de SAE J2966. La geometría del
vehículo fue limpiada topológicamente y se vericó la geometría de intersección sin errores, notando así
un modelo limpio con supercie de malla ideal. La discretización del dominio fue conjeturada mediante
la aplicación de “mallas hibridas” (Wang et al., 2014), de manera que se asociaron características de
las mallas estructuradas y no estructuradas, para llenar los dominios sin restricción alguna, y mejora
en la precisión de los cálculos viscosos. Son considerados los tamaños de malla entre nas y gruesas de
diversas regiones establecidas según el dominio computacional en las diversas partes del tractocamión y
remolque según la descripción de la Tabla 1.
Tabla 1. Conguración de malla.
Elementos Espesor de malla (mm)
Camión 5-60
Remolque 10-150
Carretera 10-1800
Caja de renamiento 1 220
Caja de renamiento 2 500
Paredes laterales 1900
Entrada y salida 1900
A partir de la malla realizada en ANSA, se creó una supercie cerrada, múltiple y no intersectante de
forma triangulada de alta calidad, con algoritmo Tetra Rapid en el túnel de viento. Las capas de prisma
más cercanas a la supercie fueron necesarias para resolver la parte interna de la capa límite y así
manejar los gradientes de alta velocidad. Para asegurarse de que la solución esté estabilizada, se vericó
la convergencia de los residuos y el diagrama de arrastre. De acuerdo con la experiencia sugerida en
trabajos especializados en estudios de arrastre aerodinámico Roy (2005) y Versteeg y Malalasekera (2007),
fue considerado el arrastre de presión (fuerza que actúa normal a la supercie) y arrastre de fricción
(fuerza que actúa tangencial a la supercie), mismos que contribuyen más del 90% de la resistencia total
de las regiones alrededor del camión formadas por la brecha entre el tractor y el remolque, la estela de la
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base detrás del remolque y el tren de rodaje. El ancho comprendido desde la parte trasera de la cabina
hasta el extremo delantero de la carrocería fue caracterizado su alta presión positiva (coeciente de
presión + 0,5 a + 1) en la parte delantera de la cabina y la carrocería. La altura de la carrocería medida
sobre el techo de la cabina, en un patrón típico de ujo de aire alrededor de un camión no aerodinámico
fue caracterizado su presión negativa (coeciente de presión –0,5 a – 1) en la parte trasera.
La distribución de resistencia aerodinámica entre el tractor y el remolque fue considerada la conguración
de los coecientes de arrastre en la cara frontal del tractor, la región de separación, y la base del remolque
como regiones dominantes de arrastre de acuerdo con lo mostrado en la Figura 2. Para la distribución
del arrastre del tractocamión y remolque, se tomaron en cuenta las conguraciones ideales en adición
las características de los accesorios en los alerones, techos y carenados laterales, tomando en cuenta los
efectos de viento cruzados, lo cual maniesta la distribución de la resistencia aerodinámica de 40% para
el tractor y 60% para el remolque.
Figura 2. Regiones dominantes de arrastre en un tracto – camión.
Fuente: (SAE , 2013).
En el estudio fueron incluidos los extensores laterales al tractor, con el montaje de dispositivos dentro
del hueco y cierre completo como el ejemplo de la Figura 3, para tratar de evitar vientos cruzados,
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acumulación de aire entre espacios, y separación del ujo con implicación de gran turbulencia que
afecten a las condiciones denidas para el arrastre y estabilidad aerodinámica.
Figura 3. Cabina con deector de techo y extensores laterales de cabina y Trailer-Tractor con espacio sellado.
Fuente: (SAE , 2013).
Debajo del remolque fue considerado el uso de faldones laterales y deectores en las ruedas Bogey, con
fondos más lisos y menos irregularidad para mejorar el ujo del tren de rodaje dirigiendo el ujo a lo
largo del costado del remolque, ver la Figura 4.
Figura 4. Tratamiento del tren de rodaje.
Fuente: (SAE , 2013).
Para disminuir y estabilizar la estela base mediante el ujo en la parte trasera del remolque, fue
considerado para el estudio el caso de placa base y cola del barco, descrito en la Figura 5, mismos
contienen el ujo turbulento inestable, así como lo establecen las pruebas del túnel de viento que reejan
mejoras en la resistencia en 51 y 44 recuentos de resistencia, respectivamente.
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Figura 5. Cola de barco larga de 4 paneles y placas base.
Fuente: (SAE , 2013).
“Los resultados de las pruebas de túnel de velocidad de viento, desarrolladas por el Consejo Nacional
de Investigación de Canadá (NRC), a 100 km / h con barrido de guiñada promedio, sirvieron como
referencia para argumentar la reducción de la resistencia de arrastre” (Mohamed-Kassim y Filippone,
2010; Wood y Bauer, 2003).
3. RESULTADOS
Mediante la aplicación de los argumentos de la ecuación 1, se pudo denir el coeciente de arrastre
(Cd) útil para la comparación de la eciencia aerodinámica entre diferentes vehículos. Lo calculado
con respecto al eje x, la velocidad del camión y la fuerza de arrastre se muestran en la Tabla 2. El valor
calculado de Cd fue considerado como base para la comparación en simulaciones futuras y la validación
de la eciencia de diferentes complementos aerodinámicos.
Tabla 2. Arrastre aerodinámico del modelo de referencia.
Área proyectada 9.78 m
2
Fuerza de arrastre 2313.95 kg m/s
2
Velocidad de entrada 25 m/s
2
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Densidad del aire 1.293 kg/m
3
Cd 0.619
Los resultados de las simulaciones de los dispositivos individuales corresponden a cambios de dispositivos
y geometría del deector de techo, estabilizador de vórtice, faldones laterales carenado y extensiones de
marco.
Tabla 3. Cd del camión con deector de techo y estabilizador de vórtice.
Fuerza de
arrastre
Cd
% reducción
del Cd
Modelo referencia 2327.88 0.621
Modelo + Deector de techo +
Estabilizador de vórtice
1753.13 0.463 25.4
El dispositivo adicional de faldones laterales ayuda en el ujo aerodinámico debajo del remolque a
reducir el arrastre general. Como se ve en la Tabla 4, hay una mejora del 8% en la reducción de la
resistencia y el ujo se desplaza a lo largo de los lados del remolque a nivel del suelo. Además, las mejoras
también se pueden ver desde el difusor lateral en la parte trasera; estabilizando el ujo y dirigiéndolo
hacia el centro de la estela base.
Tabla 4. Cd de las faldas laterales.
Fuerza de
arrastre
Cd
% reducción de
Cd
Modelo referencia 2327.88 0.621
Modelo + Faldones laterales 2250.04 0.582 6.3
Según los resultados de la simulación la extensión de trama adicional causó la reducción de la región de
activación y el tamaño de la activación. Una mayor extensión de la región de la cola puede causar una
mayor reducción de la estela y, por lo tanto, arrastrar, ver Tabla 5.
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Tabla 5. Cd del marco de extensión.
Fuerza de
arrastre
Cd
% reducción de
Cd
Modelo referencia
2327.88 0.621
Modelo + Marco de extensión 2139.04 0.541 12.9
La evaluación de los dispositivos individuales muestra los resultados de las simulaciones en donde se
puede deducir de acuerdo a lo mostrado que el caso Modelo + Deector de techo + Estabilizador de
vórtice es el de menor Cd, considerado de menor fuerza de arrastre.
El deector de techo con estabilizador de vórtice y extensión de marco brindan las mejoras de resistencia
más signicativas. Esto da una indicación de que el ujo de aire entre el espacio del tractor y el remolque, y
detrás del remolque tiene una gran inuencia en la resistencia aerodinámica. En ese sentido se presentan
los resultados de la optimización del estabilizador de vórtice utilizando el parámetro “X”, y es el número
de estabilizador de vórtice en la parte delantera del remolque, estos dispositivos se distribuyen de manera
uniforme de acuerdo con el ancho del remolque (ver Figura 6).
Figura 6. Mejora del esquema para el estabilizador de vórtice.
Fuente: elaboración propia.
Los resultados que reejan la línea punteada naranja en el Gráco 1 representa el Cd del vehículo
objetivo, la línea azul representa la variación del Cd sobre los números de vórtice “X”. Se puede
observar una reducción de la resistencia entre el 25% y el 28% en referencia al modelo original. Sin
embargo, la conguración más adecuada es cuando X = 6, notada por buena reducción de la resistencia
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y un mejor rendimiento del aire en la brecha del camión, también tiene una mejora signicativa de
aproximadamente el 3% en comparación con llevar solo dos de estos estabilizadores de vórtice.
10
El deflector de techo con estabilizador de vórtice y extensión de marco brindan las mejoras de resistencia
más significativas. Esto da una indicación de que el flujo de aire entre el espacio del tractor y el remolque,
y detrás del remolque tiene una gran influencia en la resistencia aerodinámica. En ese sentido se
presentan los resultados de la optimización del estabilizador de vórtice utilizando el parámetro "X", y es
el número de estabilizador de vórtice en la parte delantera del remolque, estos dispositivos se distribuyen
de manera uniforme de acuerdo con el ancho del remolque (ver Figura 6).
Figura 6. Mejora del esquema para el estabilizador de vórtice.
Fuente: elaboración propia.
Los resultados que reflejan la línea punteada naranja en el Gráfico 1 representa el Cd del vehículo
objetivo, la línea azul representa la variación del Cd sobre los números de vórtice "X". Se puede observar
una reducción de la resistencia entre el 25% y el 28% en referencia al modelo original. Sin embargo, la
configuración más adecuada es cuando X = 6, notada por buena reducción de la resistencia y un mejor
rendimiento del aire en la brecha del camión, también tiene una mejora significativa de
aproximadamente el 3% en comparación con llevar solo dos de estos estabilizadores de vórtice.
Gráfico 1. Reducción del coeficiente Cd en función del número X del estabilizador de vórtice.
Fuente: elaboración propia.
La mejora en el ángulo de ataque del deflector del techo tiene una gran influencia en la capacidad de
reducir la resistencia del vehículo en general, con una reducción de la resistencia entre el 17% y el 26%
con referencia al modelo referencia, pero el ángulo más eficiente es cuando θ = 140. Los resultados que
se muestran en el Gráfico 2 muestran la línea punteada naranja como los valores Cd del vehículo
objetivo, la línea azul representa la variación del Cd sobre el ángulo "θ".
0,463
0,458
0,447
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
2 4 6
Cd
X=número de estabilizador de vortice
Estabilizador de vortice
Variación del Cd en función del valor X referencia
Gráco 1. Reducción del coeciente Cd en función del número X del estabilizador de vórtice.
Fuente: elaboración propia.
La mejora en el ángulo de ataque del deector del techo tiene una gran inuencia en la capacidad de
reducir la resistencia del vehículo en general, con una reducción de la resistencia entre el 17% y el 26%
con referencia al modelo referencia, pero el ángulo más eciente es cuando θ = 140. Los resultados
que se muestran en el Gráco 2 muestran la línea punteada naranja como los valores Cd del vehículo
objetivo, la línea azul representa la variación del Cd sobre el ángulo “θ”.
Figura 7. Mejora del ángulo del deector de techo.
Fuente: elaboración propia.
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Figura 7. Mejora del ángulo del deflector de techo.
Fuente: elaboración propia.
Gráfico 2. Reducción del coeficiente deflector del techo en función del ángulo θ.
Fuente: elaboración propia.
La Figura 8 muestra un espacio sellado que confirma una buena reducción de la fuerza de arrastre y
también una muy buena fijación del flujo sobre el espacio a lo largo del techo del remolque, en
comparación con la Referencia. El sellado del espacio es descrito por los parámetros de extensión del
deflector de techo "a" y la longitud del estabilizador de vórtice "b", el espacio del modelo original es de
1640 mm sin estos dispositivos. Los resultados que se muestran en el siguiente gráfico donde la línea
punteada naranja representa el Cd del vehículo objetivo, la línea azul representa la variación del Cd en
la relación entre la longitud del deflector de techo y el estabilizador de vórtice. La reducción del
coeficiente de arrastre en esta configuración no es más del 2%, es decir que se considera muy baja, pero
podría aportar a los resultaos globales.
Figura 8. Mejora del deflector de techo y la longitud del estabilizador de vórtice.
Fuente: elaboración propia.
0,516
0,478
0,463
0,487
0,6 0,6 0,6 0,6
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
10 12 14 16
Cd
θ
Deflector de techo
Variación del Cd en función del valor θ
referencia
Gráco 2. Reducción del coeciente deector del techo en función del ángulo θ.
Fuente: elaboración propia.
La Figura 8 muestra un espacio sellado que conrma una buena reducción de la fuerza de arrastre
y también una muy buena jación del ujo sobre el espacio a lo largo del techo del remolque, en
comparación con la Referencia. El sellado del espacio es descrito por los parámetros de extensión del
deector de techo “a” y la longitud del estabilizador de vórtice “b”, el espacio del modelo original es
de 1640 mm sin estos dispositivos. Los resultados que se muestran en el siguiente gráco donde la línea
punteada naranja representa el Cd del vehículo objetivo, la línea azul representa la variación del Cd
en la relación entre la longitud del deector de techo y el estabilizador de vórtice. La reducción del
coeciente de arrastre en esta conguración no es más del 2%, es decir que se considera muy baja, pero
podría aportar a los resultaos globales.
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Figura 8. Mejora del deector de techo y la longitud del estabilizador de vórtice.
Fuente: elaboración propia.
12
Gráfico 3. Reducción del coeficiente estabilizador en función de la longitud mediante mejora del
deflector de techo y vórtice.
Fuente: elaboración propia.
La mejora de la extensión del marco se realiza utilizando la longitud "L" del dispositivo como el
"parámetro principal". Para este caso, se realizarán varias simulaciones modificando la longitud "L" de
0.3 m con un aumento de 0.3 m hasta alcanzar una longitud máxima de 2.1 m. El ángulo entre la
cola, costado y la parte superior del dispositivo se fija en 13° siguiendo las recomendaciones de
Browand en Gelzer (2011).
Figura 9. Mejora de la extensión del marco trasero.
Fuente: elaboración propia.
Gráfico 4. Mejora de la extensión del marco para reducir coeficiente en funsion de longitud.
Fuente: elaboración propia.
0,463
0,455
0,442 0,442
0,445
0,448
0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
0,4
0,5
0,6
0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Cd
a(m)
Deflector de techo y longitud del
estabilizador de vortice
Variación del Cd en función de la longitud a/b referencia
0,567
0,503
0,553
0,548
0,507
0,516
0,497
0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
0,4
0,5
0,6
0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1
Cd
L
Extensión del marco para reducir
coeficiente en funsion de longitud
Variación del Cd en función de la longitud a/b referencia
Gráco 3. Reducción del coeciente estabilizador en función de la longitud mediante mejora del deector de techo y vórtice.
Fuente: elaboración propia.
La mejora de la extensión del marco se realiza utilizando la longitud “L” del dispositivo como el
“parámetro principal”. Para este caso, se realizarán varias simulaciones modicando la longitud “L” de
0.3 m con un aumento de 0.3 m hasta alcanzar una longitud máxima de 2.1 m. El ángulo entre la cola,
costado y la parte superior del dispositivo se ja en 13° siguiendo las recomendaciones de Browand en
Gelzer (2011).
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Figura 9. Mejora de la extensión del marco trasero.
Fuente: elaboración propia.
12
Gráfico 3. Reducción del coeficiente estabilizador en función de la longitud mediante mejora del
deflector de techo y vórtice.
Fuente: elaboración propia.
La mejora de la extensión del marco se realiza utilizando la longitud "L" del dispositivo como el
"parámetro principal". Para este caso, se realizarán varias simulaciones modificando la longitud "L" de
0.3 m con un aumento de 0.3 m hasta alcanzar una longitud máxima de 2.1 m. El ángulo entre la
cola, costado y la parte superior del dispositivo se fija en 13° siguiendo las recomendaciones de
Browand en Gelzer (2011).
Figura 9. Mejora de la extensión del marco trasero.
Fuente: elaboración propia.
Gráfico 4. Mejora de la extensión del marco para reducir coeficiente en funsion de longitud.
Fuente: elaboración propia.
0,463
0,455
0,442 0,442
0,445
0,448
0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
0,4
0,5
0,6
0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Cd
a(m)
Deflector de techo y longitud del
estabilizador de vortice
Variación del Cd en función de la longitud a/b referencia
0,567
0,503
0,553
0,548
0,507
0,516
0,497
0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
0,4
0,5
0,6
0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1
Cd
L
Extensión del marco para reducir
coeficiente en funsion de longitud
Variación del Cd en función de la longitud a/b referencia
Gráco 4. Mejora de la extensión del marco para reducir coeciente en funsion de longitud.
Fuente: elaboración propia.
Los faldones laterales carenado dieron resultados bastante buenos. Sin embargo, estas conguraciones
solo se probaron para obtener una comprensión de su inuencia en el arrastre y no se utilizarán en la
mejora. Una combinación que formará parte de la mejora es el carenado del deector del techo con
estabilizador de vórtice, ya que hace que el ujo a lo largo del techo se estabilice y sea más simétrico,
algo que sigue el ujo hasta la estela de la base. El aire que sale del espacio en la zona superior, a veces
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en forma de remolinos, perturba el ujo y crea un comportamiento de ujo inestable. A continuación,
se muestra un esquema de cómo se implementarían en el remolque del camión, con las longitudes y
ángulos optimizados para obtener la máxima eciencia y mejorar su coeciente de arrastre.
Figura 13. Vista lateral y superior del camión con accesorios aerodinámicos mejorados.
Fuente: elaboración propia.
La siguiente tabla muestra los resultados de las combinaciones y sus ganancias en la reducción de
resistencia total en comparación con el modelo de referencia.
Tabla 6. Resultados de la reducción del Cd según la mejora de accesorios aerodinámicos.
Cd % de reducción del Cd
Modelo de referencia
0.621
Deector de techo y estabilizador de
vórtice
0.431 30.6
Faldones laterales 0.582 6.3
Extensión del marco trasero
0.503 19.0
Combinación de mejoras 0.401 35.4
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El nuevo coeciente de arrastre Cd = 0.401 con una eciencia del 35.4% responde a una reducción
de arrastre muy signicativa resultado de la implementación de todas las mejoras. La mejora de cada
dispositivo y la eciencia varía del 19 al 28.8% en comparación con el vehículo objetivo en un resumen
a continuación.
Tabla 7. Resumen de las mejoras.
L(m) Cd % Cd reducción
Longitud de extensión del marco 0.6 0.503 19.0
Número del estabilizador de
vórtice
X
6 0.447 28.0
Ángulo deector de techo
θ (°)
14 0.463 25.4
Deector de techo y longitud de
vórtice
a=b (m)
0.8 0.442 28.8
4. CONCLUSIONES
Son vericadas las posibilidades de mejorar la aerodinámica alrededor de un camión para reducir
el arrastre, y también hay potencial para explotar en este campo de la aerodinámica para camiones.
Los dispositivos de remolque aerodinámicos tienen un gran potencial para reducir la resistencia.
En comparación con el tractor, el remolque es mucho más susceptible a las mejoras de resistencia
aerodinámica y, por lo tanto, el consumo de combustible puede reducirse sustancialmente mediante el
uso de dispositivos de remolque. Al combinar los dispositivos, se pueden lograr mejoras de arrastre aún
mayores. Las regiones dominantes de arrastre en un tractor-remolque son la cara frontal del tractor, el
espacio entre el tractor y el remolque, la parte trasera y la base del remolque de modo que en ellas se
presentan las principales pérdidas de energía, consideradas como regiones críticas. La brecha entre el
camión y el remolque no tiene una gran inuencia en la capacidad de reducir la resistencia del vehículo
en general. Después de llevar a cabo la mejora de cada uno de los dispositivos, como el deector de
techo, el estabilizador de vórtice, la extensión del marco y la adición de un elemento como los archivos
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de faldones laterales, se obtuvo una mejora del 35,4% en la reducción de la resistencia en comparación
con la referencia. modelo, con un Cd = 0,621 del modelo original, el modelo después de la mejora el
nuevo coeciente de arrastre es Cd = 0,401.
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