• Categories
• Ala
• Túnel de viento
• Movimiento (Física)
• Los hermanos Wright
• Sustentación (Fuerza)

Citation preview

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMAS ESPE

INGENIERÍA EN MECÁNICA AUTOMOTRIZ TEMA: “Estudio en el avance del diseño aerodinámico en el modelo del vehículo Toyota Prius 2016 en comparación al modelo del vehículo del Toyota Prius 2004”

Metodología de la investigación INTEGRANTES: Jefferson Inuca Alexander Iza Wellinton Oñate

TUTOR: Ing. Vinicio Navarrete

Latacunga- Ecuador ABRIL-AGOSTO 18 DE JUlIO DEL 2017

CAPÍTULO I EL PROBLEMA TEMA: “Estudio en el avance del diseño aerodinámico en el modelo del vehículo Toyota Prius 2016 en comparación al modelo del vehículo del Toyota Prius 2004” 1.1.Planteamiento del problema 1.1.1. Contextualización: 1.1.1.2

Macro:

Según “Rush, F. A 2008” Indica La aerodinámica tiene como principal objetivo de análisis o estudio la observación del comportamiento del aire o de diferentes masas de gases en torno a elementos u objetos que entran en movimiento. De este modo, ese estudio permite conocer información sobre fenómenos como por ejemplo la velocidad, la densidad del aire, la temperatura, la presión, la gravedad, etc. La aerodinámica, o los resultados de sus observaciones, se aplican obviamente a fenómenos de la vida cotidiana. En este sentido, la aerodinámica y el trabajo con el comportamiento del aire sirve mucho para fenómenos tales como la aviación o el desarrollo de los medios de transporte, para la construcción y fabricación de autos o máquinas más y más potentes en el espacio. La aerodinámica también nos permite conocer el movimiento del sonido ya que el mismo se transmite a través del aire y es aquí donde entran en juego cuestiones tales como las frecuencias radiales, la música, los sonidos en general. Finalmente, es importante la aerodinámica de igual modo en la actividad de la construcción y la ingeniería civil ya que elementos tales como edificios y puentes deben tener en cuenta la presencia de las masas atmosféricas a la hora de ser construidos. La resistencia aerodinámica es la resultante de la fuerza que experimenta o sufre un cuerpo (cualquiera se éste) que se va moviendo atravesando el aire en la dirección de la velocidad relativa entre el mismo aire y el cuerpo propiamente dicho. Es muy común escuchar hablar de la resistencia aerodinámica como la fuerza que se opone al avance del cuerpo a través del aire y esto es muy sencillo de explicar ya que siempre,

indefectiblemente, la resistencia aerodinámica es siempre contraria (va en sentido inverso) a la velocidad del cuerpo del que hablamos. Al igual que con otras fuerzas de tipo aerodinámico, para comprobar lo efectivo de una forma o un cuerpo atravesando el aire, se utilizan los famosos coeficientes aerodinámicos. El coeficiente asociado recibe comúnmente los nombres de coeficiente de penetración, coeficiente de resistencia o también coeficiente aerodinámico, siendo particularmente este último incorrecto ya que hay muchas fuerzas aerodinámicas y cada una tiene su respectivo coeficiente aerodinámico, teniendo cada uno de éstos un significado distinto. Meso “Joseph Katz, 1995” Nos dice, La aerodinámica es un factor fundamental en el funcionamiento de un coche. Nos indica por un lado la resistencia al aire que opone el vehículo (arrastre o drag) y por otro cuánto se pega (sustentación o lift) al suelo o despega (carga aerodinámica o downforce) de él. El principio básico que nos dicta la eficiencia aerodinámica es la ley de Bernoulli. En esta configuración el aire circula por la parte de arriba del ala a una velocidad superior que por la parte inferior. La diferencia de presiones crea una fuerza de sustentación positiva hacia arriba. Sucede lo mismo en la dirección de desplazamiento del coche. En el morro hay un punto de velocidad cero llamados puntos de estagnación, donde toda la energía es de presión (coeficiente de presión Cp=1). Se observa que al final del coche Cp es menor, por lo que habrá un drag penalizándonos. Además, hay que tener en cuenta los gradientes de presiones. Si estos son excesivamente negativos, ocurrirán separaciones de flujo parciales (burbuja) o totales, que siempre son perjudiciales. Micro Desde su creación en 1997, Prius ha sido siempre un pionero en el sector de la automoción, rompiendo constantemente los moldes tecnológicos y ampliando los límites. Al conseguir conjugar el placer de conducción con un renovado respeto al medio ambiente, en los años siguientes Prius ha seguido mejorando su mundialmente famosa eficiencia sin renunciar en ningún momento a su gran respuesta. Y gran parte de ese éxito se deriva de su adelantada aerodinámica.

Eficiencia aerodinámica maximizada a 100 km/h, el 70 % de la resistencia que se encuentra un vehículo se debe al aire, y esa situación puede afectar drásticamente al consumo de combustible. Cuanta menos resistencia al viento ofrece un vehículo, menos potencia necesita para cortar el aire, lo que significa que consume menos combustible. En lo que se refiere al diseño, el Prius original presentaba una forma relativamente tradicional con la cabina adelantada, combinada con una estructura de la carrocería de acero de alta resistencia. Con unas proporciones únicas a medio camino entre un vehículo urbano y un pequeño sedán familiar, ofrecía un coeficiente de resistencia increíblemente bajo para la época, de cd 0,29. La segunda generación –más grande que el modelo al que reemplazaba– adoptó un icónico diseño “Kammback” de cinco puertas, que se mantuvo en la quinta generación, con una forma más similar a una lágrima y un coeficiente de resistencia de cd 0,26, que corta el aire aún con mayor elegancia que su predecesor. Ajuste preciso del flujo de aire Para cuando se había desarrollado la tercera encarnación del modelo, no se había pasado por alto ningún aspecto aerodinámico, desde el ángulo del parabrisas hasta la posición y la curva de los retrovisores exteriores. El resultado era uno de los vehículos con menor resistencia aerodinámica del mundo, que se valía de trucos naturales de “moldeo” aerodinámico para burlar el viento –sutiles alerones, un chasis inferior plano– para minimizar el impacto del aire, eliminar el flujo de aire alrededor de las ruedas y mejorar la estabilidad a gran velocidad. La característica línea de techo prolongada de la tercera generación de Prius presentaba unas aristas aún más marcadas, y su “efecto Kamm” vertical hacía converger los contornos del vehículo en una forma de lágrima más eficiente desde el punto de vista aerodinámico. Esa abrupta caída posterior limitaba la longitud innecesaria de la parte trasera, así como el peso, lo que contribuía a reducir aún más las turbulencias y daba lugar a la emblemática silueta del modelo. El Prius alcanzó un 14% de reducción de emisiones de CO2 en comparación con la segunda generación, al deslizarse a través del aire con un inaudito coeficiente de resistencia de solo cd 0,25.

Análisis critico Algunos conductores no se encuentran capacitados en las tecnologías que posee su vehículo pues no saben de que manera beneficia la aerodinámica en un vehículo, ya que muchos piensas q solamente es algo estético cuando en realidad es muy útil para aumentar su velocidad o reducir el consumo de combustible.

Prognosis El desarrollo de esta investigación ayudara en una forma muy satisfactoria en el conocimiento de los beneficios que tiene un vehículo al contraer un modelo más aerodinámico en su carrocería. Formulación del problema: ¿Qué beneficios tiene en el vehículo Toyota prius el tener un modelo aerodinámico más avanzado?

Interrogantes del problema ¿Cuál es el beneficio que tiene un vehículo con Toyota prius 2004 con la aerodinámica más avanzada del vehículo Toyota Prius 2016? ¿Cuál es el provecho que existe en el vehículo Toyota prius 2004 con la aerodinámica más desarrollada del vehículo Toyota Prius 2016? ¿Qué impacto ambiental existe entre un vehículo aerodinámico y uno que no lo es? Delimitación del objeto de investigación La investigación sobre los beneficios de la aerodinámica del Toyota Prius 2004 respecto al Toyota prius 2016, se llevará a cabo en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE extensión Latacunga campus Guillermo Rodríguez Lara en la parroquia Belisario Quevedo,

cantón Latacunga, provincia de Cotopaxi, Ecuador a realizarse en el periodo abril 2017Marzo 2017.

1.2.Objetivos 1.2.1.

Objetivo General:

Estudiar el modelo aerodinámico empleado en el modelo del Toyota prius

1.2.2. Objetivos Específicos: Identificar los parámetros utilizados en el diseño de una carrocería Analizar cómo influye la aerodinámica en la estabilidad del Toyota prius

1.3. Justificación: Al detenerse a pensar un momento en un medio en el cual todo estamos rodeados debemos tomar en cuenta una parte fundamental de la sociedad actual y es así como nos enfocamos en los vehículos ya que si no somos todos la mayoría de la población ha tenido, manejado o por lo menos visto un vehículo, pero cuantas veces nos detenemos a pensar si la apariencia es simplemente un estilo de moda actual o gusto del fabricante, si supiéramos un poco más de este tema, por lo menos sabríamos el motivo por el cual cambian cada año la forma física de los vehículos, partiendo de esa necesidad nos enfocamos en una de las partes que conforma el vehículo como es el beneficio del estudio de la aerodinámica en los vehículos, ya que si este elemento no tendría mejoras muchas de las personas no disfrutarían un mejor confort y seguridad en el uso de su vehículo. La presente investigación se enfocará en estudiar la aerodinámica de un vehículo, comparando modelo anterior con modelo actual, ya que debido a estudios previamente ya realizados en túneles de viento se pudo constatar los cambios que deberá ser modificado el vehículo para un mejor desempeño y ahorro de combustible. Así, el presente trabajo permitirá mostrar los avances y mejoras que han tenido que ocurrir a través de los años dependiendo las nuevas circunstancias que se necesiten, y profundizar los conocimientos teóricos sobre

los cambios que se han ido innovando a lo largo del tiempo para así mejorar el rendimiento de los vehículos, ayudando a la población local a aprender acerca del porqué el estilo de los autos no es simplemente apariencia, si no, más bien es una forma de mejorar el desempeño del vehículo. Dentro del cual nos ayudará al mejoramiento de la aerodinámica en la industria automotriz.

CAPÍTULO II AERODINÁMICA

2.1 Historia de la aerodinámica La historia de la aerodinámica, inicio hace varias décadas, cuando el hombre quería aprovechar las ventajas producidas por el viento, había muchos mitos o leyendas que hablaban de dioses o gente que podía volar. Al tener esta fascinación muchas personas comenzaron a estudiar y experimentar la aerodinámica, no con una gran exactitud y precisión, pero comenzaron con los primeros pasos fundamentales que dieron lugares a las 3 leyes aerodinámicas. Transcurriendo el tiempo aparecieron varios y novedosos experimentos que desafiaban la ley de la gravedad como: vuelo sin alas, voladores de globos, alas fijas, planeadores. Dichos experimentos tenían habilidad para planear o desplazarse grandes distancias. Un gran invento que ayudo a la aerodinámica a iniciarse científicamente fue cuando comenzaron la lectura de los vuelos de planeo de Lilienthal en Alemania. Los hermanos Wright comenzaron a volar planeadores, por cuatro años hicieron exitosos vuelos de planeo en esas dunas, y probaron sus planeadores repetidamente. Después de volar varias veces con un planeador de su propio diseño, propusieron cambiar la forma y los tamaños de las alas. Aprendieron a lanzar los planeadores y cómo lidiar con los vientos. En 1901 los hermanos Wright tuvieron muchos fracasos. El diseño del ala no cumplía con los requerimientos o modificaciones necesarias para la elevación. Al ver constantes fracasos se decidieron por la construcción de un 2 túnel de viento, que fue muy útil para el rediseño del ala. Probaron su idea con cometas y planeadores no tripulados antes de incluir la deformación de ala en su biplano el cual tenía un elevador frontal y un doble timón fijo. Esto hizo su planeador el mejor. Los hermanos Wright estaban listos para agregar el ingrediente final, el poder motriz. Tuvieron algunos vuelos, en el segundo intento el vuelo duró 12 segundos, pero era la primera vez en la historia del mundo que una máquina transportaba a un hombre en el aire en vuelo completo.

Al tener este logro que cambio la historia para el desarrollo de avances, que en algunos años fue aplicado en los automóviles, para obtener ventajas que ayudaron a la innovación automotriz, con el estudio en túneles de viento, diseños de perfiles, modificación en la carrocería, etc. De tal forma que dichas innovaciones fueron para obtener mayores velocidades, seguridad para los tripulantes, reducción de emisiones al medio ambiente, entre otras. De acuerdo con los experimentos y estudios que tuvieron transcendencia llegaron a los 3 principios básicos que maneja la aerodinámica con el fluido. Que no solo abarca aviones, planeadores sino también los automóviles al estar en movimiento en dicho fluido por estar sometido a esfuerzos. La aerodinámica combina tres principios: la sustentación, el empuje y el control. Más adelante se detallará específicamente cada uno de ellos.

2.1.1DEFINICIÓN Y PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA AERODINÁMICA La aerodinámica es la rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Como ejemplo del ámbito de la aerodinámica podemos mencionar el movimiento de un automóvil de competencia a través del aire a grandes velocidades. La presencia de un objeto en un fluido gaseoso modifica la repartición de presiones y velocidades de las partículas del fluido, de esta forma organiza las fuerzas de sustentación y resistencia, que también da lugar a la modificación de uno de los valores (presión o velocidad) que modifica automáticamente en forma opuesta el otro. 2.2.1. AERODINÁMICA APLICADA A LOS VEHÍCULOS DE CARRETERA. La aerodinámica es una rama de la dinámica de gases, la cual estudia la interacción entre los cuerpos y el aire en movimiento o flujo de aire. Comprender los fenómenos que acompañan al flujo debido al flujo de aire sobre los cuerpos, permite el cálculo de fuerzas y momentos que actúan sobre el cuerpo. El cuerpo sólido u objeto en este estudio, es es el vehículo de carretera: Tomando como referencia un vehículo que se desplaza por la carretera a una velocidad determinada se producen dos tipos de flujos de aire debido a su movimiento: flujo externo y flujo interno. El flujo externo es aquél que se produce alrededor del vehículo y es el principal responsable de la generación de fuerzas y momentos sobre el mismo; las fuerzas y momentos generados tiene su origen en el patrón de flujo del aire sobre el vehículo. El flujo interno es aquel que ingresa al vehículo por diversos ductos y tuberías y es utilizado para el sistema de enfriamiento del motor, sistemas de ventilación y aire acondicionado. 2.2.2. ESTUDIO DEL FLUJO EXTERNO EN LOS VEHÌCULOS DE CARRETERA El flujo de aire alrededor de los vehículos de carretera es tridimensional, lo que dificulta su tratamiento matemático, esta complejidad se incrementa debido a la separación del flujo en algunos puntos de su superficie y a la formación de vórtices que se desarrollan en la parte

posterior del vehículo. Actualmente la aerodinámica de vehículos de carretera se lleva a cabo de dos formas: La forma experimental, que utiliza modelos a escala para ser probados dentro de un túnel de viento y la forma computacional, que es mediante el uso de software que manejan con mayor facilidad y rapidez los modelos matemáticos que se hacen para el estudio aplicado a vehículos de carretera, éstas técnicas computacionales son denominadas Dinámica Computacional de Fluidos (DCF). Los dos enfoques para el estudio de flujos externos en vehículos son utilizados para mejorar la precisión de los resultados obtenidos, los cuales se complementan para obtener relaciones valederas entre los resultados computacionales y los resultados experimentales.

2.2.3. VELOCIDAD DE CORRIENTE LIBRE La velocidad de corriente, libre es aquella que no está afectada por la presencia del vehículo, la velocidad de corriente libre (V) es conocida también como viento relativo o velocidad de aire relativa respecto del vehículo; para el caso de viento o aire atmosférico nulo, la velocidad de corriente libre será la velocidad del vehículo. La velocidad de corriente libre también se define para el caso de modelos a escala dentro de un túnel de viento; sin embargo como el modelo no se mueve respecto del suelo, es el movimiento del aire que establece la velocidad de corriente libre. 2.1PRINCIPIOS Y PROPIEDADES BÁSICAS DEL AIRE

Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen alrededor del planeta Tierra por acción de la fuerza de gravedad. 4 De acuerdo a la temperatura varía las propiedades físicas del fluido, en este caso en el aire

2.3.1. EFECTO CAPA LÍMITE En la evolución del aire alrededor de un cuerpo cualquiera, pega sobre el cuerpo, creando una capa muy fina de moléculas en principio. Al tener esta fina capa, más moléculas del mismo aire, y debido a la viscosidad principalmente, éstas últimas mantienen su velocidad, debido a que fluyen sobre otras moléculas, así capa tras capa, se forma una capa de moléculas de aire.

2.3.2. FUERZAS IMPLICADAS EN LA AERODINÁMICA

Estas son 2 fuerzas ejercidas, en el momento que el fluido pasa por el automóvil. Una fuerza vertical y otra horizontal. Downforce o carga aerodinámica que empuje al monoplaza contra el suelo y de esa manera lograr un mejor agarre en altas velocidades y minimizar el “drag” o resistencia al avance causada por las turbulencias que frenan al monoplaza.

Figura 4. Flujo laminar y turbulento en un perfil aerodinámico

2.3.3. RESISTENCIA AL AVANCE Dentro de las fuerzas que actúan en la aerodinámica tenemos la resistencia aerodinámica, o también llamada resistencia al avance, la misma que dependerá del coeficiente de resistencia (Cz), producto del diseño del vehículo, específicamente el área frontal (vista de frente del vehículo) y la velocidad que afecta esta resistencia de forma exponencial y no proporcional. Es decir que a mayor velocidad mucho mayor será la fuerza que se opone al avance.

Figura 5. Flujo laminar y turbulento en un perfil aerodinámico

2.2 EFECTO VENTURI / PRINCIPIO DE BERNOULLI La ecuación o principio de Bernoulli es la suma de las 3 energías existentes: la potencial (por cota o altura), la cinética (por velocidad) y la presión. Al tener que conservarse en todo proceso, la cantidad total de energía ha de permanecer constante. Este principio nos dice que, si la presión aumenta la velocidad ha de disminuir y si la presión disminuye la velocidad aumenta. En conclusión, la presión es inversa a la velocidad. El efecto Venturi, también es una consecuencia directa, si en cierto fenómeno por donde pasa el aire, hay un cambio de sección, por ejemplo, de mayor a menor, la cantidad de aire que entra ha de ser la misma que la que sale, con lo que por la sección mayor, la velocidad del aire será menor que la velocidad del mismo aire al pasar por la sección menor. 11 esto es el efecto Venturi: al aumentar la velocidad, la presión disminuye y viceversa. Bajo este principio, podemos entender y comprender la sustentación de un ala cualquiera (o perfil aerodinámico en general).

Figura 1. Efecto Venturi en un perfil Aerodinámico

En el sector que empieza el ala, parte izquierda, la velocidad es mayor, pues ha de recorrer una distancia mayor, con lo que la presión disminuye. Esta depresión “chupa” el ala hacia arriba en este caso, produciéndose sustentación. En automovilismo, se invierte la figura y se produce así el empuje contra el suelo.

2.4.1. FLUJO LAMINAR Y FLUJO TURBULENTO El flujo laminar o corriente laminar, es el movimiento de un fluido cuando éste es ordenado. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin mezclarse entre ellas y cada partícula de fluido sigue una trayectoria tranquila y definida, llamada línea de corriente. El flujo turbulento es el movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos.

2.4 Introducción a la aerodinámica en la competición Una imagen hasta hace poco tiempo acostumbrada pero que no deja de ser impresionante por la cantidad de elementos y adminículos aerodinámicos que se observan. Gráfico 2.1.Carrocería F1 aerodinámica

Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=tv9CvmXk9pw Pero para llegar a esto se necesitaron muchas décadas de experimentación, prueba y error, prueba y acierto, a la vez una indispensable evolución y optimización de la tecnología misma, de infraestructura y desarrollo conveniente, la historia de la aerodinámica en la competición puede resultar fascinante para escribir un libro o más, pero para que podamos albergar una esperanza de que así pueda resultar, lo mejor es tratar de ir lentamente, por el principio y avanzar cronológicamente, paso a paso, en donde se mostrará los pasos más importantes, los avances más notables que permitieron llegar a semejante resultado como los que vemos en la actualidad, y para ello tenemos que retroceder en el tiempo, finalizado el siglo XIX, la industria 21 automotriz estaba aún en desarrollo, sin embargo ya se habían disputado algunas competencias tanto en Estados Unidos como en Europa, pero fue sobre todo en la realización de records de velocidad en donde comenzaron a verse formas aerodinámicas en busca de un resultado esperado, complementar el tema del poder a nivel del motor con una forma en la carrocería, que permita extraer el mejor resultado, así podemos dar comienzo a un tema que nace en la competencia por ser el más veloz. En constante lucha con su principal rival el conde Gastón Jasselub, fue en 1899 que en Francia, su auto homónimo bate y establece un nuevo record prevaleciendo definitivamente sobre sus rivales a poco más de 100 km/h. Este auto con motor eléctrico mostraba una línea aerodinámica bien definida con forma de bala o proyectil, esta fue la primera forma aerodinámica buscada en la competencia.

Gráfico 2.2.- Línea aerodinámica forma de bala Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=y3mI5drcc8U El Baker de 1902, un mono plaza con impulsor eléctrico que llegaba a los 125km/h rodado con perfil especial, cabina reforzada con cinturones de 22 seguridad diseñados para el caso, forma aerodinámica diferente, llantas lenticulares, etc.

Gráfico 2.3.- Línea aerodinámica perfil especial Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=y3mI5drcc8U

León Zerpollet al volante de este auto con motor a vapor de cuatro cilindros, también de 1902.

Gráfico 2.4.- Motor a vapor de 4 cilindros Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=tv9CvmXk9pw&feature=relmfu Isterek, aquí inicia Francia con otro auto eléctrico con el que también intento batir record. 23

Gráfico 2.5.- Auto eléctrico Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=tv9CvmXk9pw&feature=relmfu

2.5 Fuerzas implicadas en la aerodinámica

La aerodinámica se ha convertido en la clave para el éxito de las competencias automovilísticas, como un ejemplo claro tenemos la F1, que día a día nos sorprende más con el avance aerodinámico en sus monoplazas, es así que recae sobre los diseñadores una gran responsabilidad, esta tiene dos objetivos, muy claros al momento de diseñar un monoplaza, conseguir el mayor “downforce” o carga aerodinámica que empuje al monoplaza contra el suelo y de esa manera lograr un mejor agarre en altas velocidades y minimizar el “drag” o resistencia al avance causada por las turbulencias que frenan al monoplaza. Debido a la complejidad de la F1, hoy en día los monoplazas son diseñados con CFD (dinámica de fluidos computacional) y CAD (diseño asistido por ordenador), lo que permite a los ingenieros diseñar un monoplaza, e inmediatamente simular el flujo de aire alrededor de él, además de la incorporación de parámetros ambientales como la tracción, velocidad y dirección del viento.

2.6 EFECTO SUELO Hace 30 años la F1 entro en otra dimensión, descubrieron el efecto suelo y lo hicieron por casualidad, a un par de genios se les ocurrió colocar dos alas invertidas similares a la de los aviones, debajo del auto y de esta manera provocar un efecto ventosa, este invento nació a finales de los 70 sin embargo en sus inicios se creaban muchas turbulencias y fue Lotus quien lo perfecciono.

Gráfico 2.14.- Efecto suelo en la F1 Fuente: http://concursos.lasprovincias.es/formula1valencia/comment/reply/5158 36 Lotus lo instala en 1979, en un principio la idea parecía no tener sentido ya que se tenía que colocar el chasis a 5 mm del suelo, en los pontones llevaban dos alerones que se puede observar en el gráfico.

Gráfico 2.15.- Lotus implementa efecto suelo en sus monoplazas http://concursos.lasprovincias.es/formula1valencia/comment/reply/5158

Fuente:

Al pasar el aire, el diseño de estas alas invertidas pegaban el auto al suelo o mejor dicho lo succionaban, pero en las pruebas que realizaron en la fábrica descubrieron que habían demasiadas vibraciones a causa de los radiadores y el depósito de combustible, es cuando deciden colocar unas faldillas laterales, para que el auto sea estable y que el paso por curva sea el mejor, y algo importante que en las rectas la velocidad máxima no se vea sacrificada, esta solución era que los faldones no dejaban que escape el aire por los laterales del auto y de esta manera llegando a sacar ventaja a sus rivales más de 2 segundos por vuelta. 2.6 Componentes para la aplicación física Existen una variedad de adminículos que han sido utilizados desde el principio de la aplicación de la aerodinámica en las competencias, los mismos que en su momento ayudaron a mejorar la aerodinámica, y hasta el día de hoy lo siguen haciendo, reto que cae completamente sobre los diseñadores de los monoplazas, de esta manera se ha logrado disminuir el “drag” y aumentar el “downforce”, objetivos primordiales con el fin de tener un buen tiempo al cabo de una vuelta llena de curvas y rectas.

Gráfico 2.15.- Lotus implementa efecto suelo en sus monoplazas http://concursos.lasprovincias.es/formula1valencia/comment/reply/5158

Fuente:

CAPÍTULO III – METODOLOGIA 3.1

Modalidad Básica de la investigación

El tema de investigación propuesto es una investigación científica y sistemática, es cualitativa ya que enfoca las cualidades que denotan del diseño aerodinámico al utilizarlo junto con los estudios realizados al mismo para tener mayor eficiencia a la hora de su funcionamiento, beneficiando a la economía del propietario y al medio ambiente

3.2

Tipo de investigación

La presente investigación se realizará por el método Descriptivo, el cual se explicará sobre las funciones que se obtiene del diseño aerodinámico. Se empleará como método la investigación bibliográfica basada en libros y tesis que presentan investigaciones ya escritas y que están relacionadas con el tema de investigación.

3.3

Población y muestra

La población está constituida por 344 alumnos y alumnas de la carrera de Ingeniería Automotriz de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Ext Latacunga Campus Gral. Guillermo Rodríguez Lara 𝑛=

𝑍 2 𝑁𝑃𝑄 𝑒 2 𝑁 + 𝑍 2 𝑃𝑄

Donde: n= Tamaño de la muestra Z=Nivel de confiabilidad (95% - 1.96) e= 0.05 – 0.5% N= Tamaño de la población: 344 P= Probabilidad de éxito (0.5) Q= Probabilidad de fracaso (0.5)

(1.96)2 (344)(0.5)(0.5) 𝑛= (0.05)2 (344) + (1.96)2 (0.5)(0.5) 𝑛 = 181.48 3.4

Operacionalización de variables VARIABLE INDEPENDIENTE: Aditivo-gasolina

CONCEPTUALIZAC ION El diseño aerodinámico se conceptúa como: el estudio provisional del impacto del ambiente con el vehículo

DIMENSIONES







INDICADORE S

Optimiza el Contribuye a combustible que mejore el rendimiento y el consumo del motor, aunque de una forma casi imperceptible para un usuario normal No es necesario  Fácil modificacio conceptu nes y/o alizar regulacione s  Se tiene mejor idea sobre la aerodiná mica  Requiere de ayuda de un profesion al Disminuye la resistencia  Gasolina del viento optima con el vehículo

ITEMES

¿Un diseño mejorado de la aerodinámica del vehículo tiende a tener beneficios?

TECNICAS INSTRUMENTA LES Cuestionario estructurado para personas conocedoras del tema

¿Qué tan difícil es el estudio de la Cuestionario aerodinámica? estructurado para personas conocedoras del tema

¿Por disminuiría la resistencia de su vehículo?





Mejora la eficiencia térmica

Aumenta la velocidad del vehículo

Porque la mezcla aire combustible empobrece provocando el aumento de refrigeración

Cuestionario estructurado para personas conocedoras del tema.

Limpia la bomba de aceite que suministra el caudal ¿En que beneficia la 1. eficiencia térmica en su vehículo? Cuestionario estructurado para personas conocedoras del tema

¿Cómo beneficia la velocidad del vehículo? Cuestionario estructurado para personas conocedoras del tema

VARIABLE DEPENDIENTE: Menor consumo de gasolina, reducen la emisión de gases contaminantes CONCEPTUALIZAC ION el mejoramiento de la aerodinámica en el Toyota Prius 2016 si tiene beneficios a diferencia del Toyota Prius modelo 2004 en el caso del consumo de combustible si mejora su rendimiento y evita el gasto innecesario del mismo

DIMENSIONE S 

Disminu ye el consumo de gasolina

INDICADORES

En la estabilidad también concluimos que es mejorada debido a que se adapta mejor y evita que corrientes de aire logren desestabilizarlo haciendo de este un

ITEMS

TECNICAS INSTRUMENTA LES

¿Cómo disminuye Cuestionario el consumo de estructurado para gasolina en su personas vehículo? conocedoras del tema





Aumenta la velocida d del vehículo

Aumenta la estabilid ad del vehiculo

modelo con mejor estabilidad 



 

¿Cómo disminuir las emisiones de CO y HC en su vehículo?

Utilizando un vehículo con un diseño mejorado Revisando los estatus de estudios ¿Por qué tiende a fijarse o adherirse en los mas al suelo? vehículos Estabiliza el vehículo Etc….

Tiene  relación con Ayuda a la fijación estudios del vehículo al complejo suelo s Porque su contextura es más avanzada a modelos anteriores que tenían más probabilidades de un volcamiento

¿Porque aumenta la velocidad del vehículo?

Cuestionario estructurado para personas conocedoras del tema

Cuestionario estructurado para personas conocedoras del tema

Cuestionario estructurado para personas conocedoras del tema

3.5 Técnicas e instrumentos.

Para recopilar la información se utilizaron las siguientes técnicas e instrumentos de investigación. Encuesta: se aplicó una encuesta de mantenimiento con aditivos a los 150 propietarios

de vehículos con motores a combustible a gasolina, a los cuales se midió la opacidad.

Observación: Las fichas de observación se encuentra en dos fases de la Investigación: - Ficha de observación para mediciones de opacidad a vehículos - Ficha de observación para prueba de fluorescencia y ensayo de calidad de la gasolina con aditivos.

3.6 Recolección de información.

Para lograr reunir una cantidad suficiente de información, se aplica muchas técnicas; pero debemos seleccionar las más apropiadas. Podemos emplear: Encuestas: Estructuradas, censos, por internet. Encuesta Es una serie de preguntas dirigidas a los participantes en la investigación. Las encuestas pueden ser administradas en persona, por correo, teléfono, o electrónicamente (como correo electrónico o internet). También puede administrarse a un individuo o a un grupo. Las encuestas son utilizadas para tener información sobre muchas personas y pueden incluir: Elección múltiple/forzada (como información demográfica, salud, conocimiento, opiniones, creencias, actitudes o habilidades) (Malhotra, 2004).

Las encuestas se llevarán a cabo mediante el envío de un link a la base de datos de clientes que lleven su vehículo a los mantenimientos periódicos en Centros de Servicio autorizados.

3.7 Procesamiento de la información:

Las fichas de observación se encuentran en dos fases de la Investigación: - Ficha de observación para mediciones de opacidad a vehículos - Ficha de observación para prueba de fluorescencia y ensayo de el diseño empleado para el estudio de la aerodinámica entre los distintos modelos de Toyota.

Encuesta Es una serie de preguntas dirigidas a los participantes en la investigación. Las encuestas pueden ser administradas en persona, por correo, teléfono, o electrónicamente (como correo electrónico o internet). También puede administrarse a un individuo o a un grupo.

CAPÍTULO IV – ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS 4.1 Análisis A continuación, se presenta los resultados de las encuestas realizadas al personal de alumnos de la carrera de Ingeniería Automotriz de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga. PREGUNTA N° 1: - ¿Qué tan difícil cree usted que es estudiar la aerodinámica de un vehículo? TABLA Nª 1 Facilidad para realizar el estudio de la aerodinámica VARIABLE FRECUENCIA PORCENTAJE Fácil 100 55.24% Regular 52 29.72% Difícil 29 15.04%

Total

181

100%

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación GRÁFICO Nº 1

15.04% Facil 28.72%

Regular 55.24%

Dificil

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación Análisis El 55.24% de estudiantes de la Ingeniería automotriz De la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga opinan que es sumamente fácil El estudio de la aerodinámica de un vehículo. El 28.72% de estudiantes opina que es regularmente difícil elaborar estudio de la aerodinámica, pero es posible aprender a hacerlo. El restante 15.04% considera que resulta difícil elaborar estudio de la aerodinámica.

PREGUNTA Nª 2: - ¿Por qué mejoraría usted la potencia de su vehículo? TABLA Nª 2 Razones para mejorar la potencia del vehículo VARIABLE FRECUENCIA PORCENTAJE Ahorro económico 60 38.67% Mayor Velocidad 78 43.09% Otros 43 18.24%

Total

181

100%

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación GRÁFICO Nº 2 Razones para mejorar la potencia del vehículo

23.75%

38.67%

43.09%

Ahorro economico Mayor Velocidad Medio Ambiente

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación. Análisis El 38.67% de estudiantes de la Ingeniería automotriz De la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga mejoraría la potencia del vehículo para generar ahorro económico. El 43.09% correspondiente a la mayoría de estudiantes desearía mejorar la potencia de su vehículo para producir mayor velocidad al momento de conducir. El restante 23.75% tiene otras razones para mejorar la potencia del vehículo.

PREGUNTA Nª 3: - ¿Tiene conocimiento acerca de la eficiencia termina de su vehículo? TABLA Nª 3 CONOCIMIENTO ACERCA DE LA EFICIENCIA TERMINAL DEL VEHÍCULO VARIABLE FRECUENCIA PORCENTAJE

Si No Total

79 102 181

43.64% 56.35% 100%

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación GRÁFICO Nº 3 CONOCIMIENTO ACERCA DE LA EFICIENCIA TERMINAL DEL VEHÍCULO

43.64% 56.35%

Si No

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación. Análisis El 43.64% de estudiantes de la Ingeniería automotriz De la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga Afirma tener conocimiento sobre la eficiencia térmica de su vehículo. El 56.35% de estudiantes asume no tener conocimiento en cuanto a la eficiencia térmica de su vehículo.

PREGUNTA Nª 4: - ¿Tiene conocimiento acerca de la aerodinámica de su vehículo?

TABLA Nª 4 CONOCIMIENTO ACERCA DE LA AERODINÁMICA DE SU VEHÍCULO VARIABLE FRECUENCIA PORCENTAJE Si 85 46.96% No 96 53.04% Total 181 100% FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación GRÁFICO Nº 4 CONOCIMIENTO ACERCA DE DE LA AERODINÁMICA DE SU VEHÍCULO

46.96% 53.04%

Si No

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación. Análisis El 46.96% de estudiantes de la Ingeniería automotriz De la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga Afirma tener conocimiento sobre la de la aerodinámica de su vehículo. El 53.04% de estudiantes asume no tener conocimiento en cuanto a la aerodinámica de su vehículo.

PREGUNTA Nª 5: - ¿Sabe usted en donde tiene beneficios de la aerodinámica en el vehículo? TABLA Nª 5 TIENE BENEFICIOS DE LA AERODINÁMICA EN EL VEHÍCULO VARIABLE FRECUENCIA PORCENTAJE Si 74 40.88% No 107 59.12% Total 181 100% FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación GRÁFICO Nº 5 TIENE BENEFICIOS DE LA AERODINÁMICA EN EL VEHÍCULO

40.88% 59.12%

Si No

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación. Análisis El 40.88% de estudiantes de la Ingeniería automotriz De la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga asume tener conocimiento sobre los beneficios que tiene la aerodinámica en el vehículo El 59.12% de estudiantes niega tener conocimiento sobre los beneficios que tiene la aerodinámica en el vehículo

PREGUNTA Nª 6: - ¿Cuántos beneficios conoce que la aerodinámica mejora en su vehículo? TABLA Nª 6 BENEFICIOS DE LA AERODINAMICA VARIABLE FRECUENCIA PORCENTAJE 1 50 27.62% 3 40 22.09% Más de 3 91 50.29% Total 181 100% FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación GRÁFICO Nº 6 BENEFICIOS DE LA AERODINAMICA

27.62%

1 3

50.29% 22.09%

mas de 3

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación. Análisis El 27.62% de estudiantes de Ingeniería automotriz De la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga asume tener conocimiento de los beneficios que la aerodinámica mejora en su vehículo

El 22.09% de estudiantes correspondiente a la mínima parte conoce los beneficios que la aerodinámica mejora en su vehículo El grupo más grande estudiantes correspondiente al 50.29% de los mismos afirma conocer más de 3 beneficios que la aerodinámica mejora en su vehículo .

PREGUNTA Nª 7: - ¿Conoce usted que es un túnel de viento? TABLA Nª 7

VARIABLE Si No Total

TÚNEL DE VIENTO FRECUENCIA PORCENTAJE 60 33.15% 121 66.85% 181 100%

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación GRÁFICO Nº 7

33.15% Si

No 66.85%

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación. Análisis

El 33.15% de estudiantes de Ingeniería automotriz De la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga afirma tener conocimiento de lo que es un túnel de viento. El 66.85% de estudiantes correspondiente al porcentaje más grande no conoce lo que es un túnel de viento. PREGUNTA Nª 8: - ¿Cuántas veces ocupa usted el auto a la semana? TABLA Nª 8 USO DEL AUTO FRECUENCIA PORCENTAJE 13 23.76% 22 12.16% 50 27.62% 66 36.46% 181 100%

VARIABLE No lo utiliza De 1 a 4 veces De 4 a 10 veces Más de 10 veces Total

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación GRÁFICO Nº 8

USO DEL AUTO

36.46%

33.15%

No lo utiliza de 1 a 7 veces de 4 a 10 veces

12.16%

mas de 10 veces

27.62%

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación. Análisis

El 33.15% de estudiantes de Ingeniería automotriz De la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga afirma no utilizar un vehículo en la semana por lo que se puede inferir que no tienen acceso a uno. El 12.16% de estudiantes correspondiente al porcentaje más bajo afirma utilizar el vehículo de 1 a 7 veces a la semana. EL 27.62% de estudiantes utilizan su vehículo de 7 a 147 veces en la semana. El 36.46% de estudiantes encuestados afirman que utilizan su vehículo más de 14 veces a la semana. PREGUNTA Nª 9: - ¿Cree usted que una mejor aerodinámica dará más velocidad a su vehículo? TABLA Nª 9 MAYOR VELOCIDAD DEL VEHICULO VARIABLE FRECUENCIA PORCENTAJE Si 130 71.82% No 51 28.18% Total 181 100% FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación GRÁFICO Nº 9

28.18%

Si No

71.82%

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación.

Análisis El 71.82% de estudiantes de Ingeniería automotriz De la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga Asegura una mejor aerodinámica dará más velocidad a su vehículo. El 28.18% de estudiantes correspondiente al porcentaje más bajo opina que una mejor aerodinámica dará más velocidad a su vehículo. PREGUNTA Nª 10: - ¿Cree que la aerodinámica evita el consumo de combustible en el vehículo? TABLA Nª 10

VARIABLE Si No Total

COMBUSTIBLE DEL VEHICULO FRECUENCIA PORCENTAJE 138 76.24% 43 23.76% 181 100%

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación GRÁFICO Nº 10 COMBUSTIBLE DEL VEHICULO

23.76% Si No 76.24%

FUENTE: ENCUESTA REALIZADA A LOS ALUMNOS DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ DE LA ESPEL ELABORADO POR: Grupo de investigación.

Análisis El 76.24% de estudiantes de Ingeniería automotriz De la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga Afirma que el aumento aerodinámica evita el consumo de combustible en el vehículo. El 23.76% de estudiantes correspondiente al porcentaje más bajo opina que la utilización de la aerodinámica no evita el consumo de combustible en el vehículo

4.2 Verificación de hipótesis Comprobación de la hipótesis Planteamiento de la hipótesis Modelo lógico Hipótesis alternativa (Hi): El avance del diseño aerodinámico en el modelo del vehículo Toyota Prius 2016 solo tiene mejoras estéticas a las del modelo del vehículo del Toyota Prius 2004”

Nivel de significación Se toma un nivel de significación del 5% (0,05). Selección del estadístico La comprobación de la hipótesis se realiza mediante la aplicación del chi cuadrado en una tabla de contingencia dada la existencia de varias alternativas: La fórmula para el cálculo del chi cuadrado: ∑(𝑂 − 𝐸)2 𝑥 = 𝐸 2

Región de aceptación y rechazo Se calcula los grados de libertad y se determina el valor de chi cuadrado en una tabla estadística g.l = (F-1) * (C-1) g.l = (5-1) * (2-1) g.l= 4

Estadístico: 9,4877 (Tabla estadística) Calculo estadístico Capítulo V 5.1 Conclusiones Con este proyecto concluimos que el mejoramiento de la aerodinámica en el Toyota prius 2016 si tiene beneficios a diferencia del toyota prius modelo 2004 en el caso del consumo de combustible si mejora su rendimiento y evita el gasto innecesario del mismo En la estabilidad también concluimos que es mejorada debido a que se adapta mejor y evita que corrientes de aire logren desestabilizarlo haciendo de este un modelo con mejor estabilidad En el campo de la apariencia física se concluyo que a la mayoría de personas les gusto la nueva forma del modelo del Toyota prius 2016 a diferencia del modelo del Toyota prius 2004 haciéndolo físicamente mas agradable hacia las personas 5.2

Recomendaciones Se recomienda utilizar correctamente la información obtenida por parte del internet y también la información obtenida en consultas debido a que se puede tener inconvenientes con los términos expresados tratando de ser lo mas claros y precisos hacia el público que va destinada esta investigación

5.3

Anexos

Ilustración 1 Toyoota prius 2016

Ilustración 2TOYOTA PRIUS 2004

5.4

Bibliografía

1. Joseph Katz, Race Car Aerodynamics, Robert Bentley Publishers, 1995 2. Paul Lane Jr, “Ground Controls”, RaceCar Engineering, Vol. 9 No. 8, pp 20-23, 1999 3. Paul Lane Jr, “Born-Again Blower”, RaceCar Engineering, Vol. 10 No. 3, pp 4449,2000 4. Peter Wright, “Stability Stakes”, RaceCar Engineering, Vol. 10 No. 3, pp 16-24, 2000 5. Paul Lane Jr, “Streamlining”, RaceCar Engineering, Vol. 10 No. 8, pp 24-26, 2000 6. Sanz, A., Perales, J.M., Meseguer, J., Laverón, A. & Bezdenejnykh, N., Las instalaciones de aerodinámica

Encuestas 1. ¿Tiene conocimiento sobre los efectos del viento sobre el vehículo?  Si, lo suficiente  Poco  Nada 2. ¿Sabe sobre los fallos en primeros diseños aerodinámicos de los automóviles?  Si, lo suficiente  Poco  Muy poco  Nada 3. ¿Considera usted que el Toyota Prius es un diseño más aerodinámico que algún otro modelo comercial?  Si  No 4. ¿Conoce usted cuales son los factores ambientales que impactan directamente a la estabilidad del automóvil?  Si  Medianamente  Poco  Nada 5. ¿Conoce usted que es un túnel de viento?  Si  No 6. ¿Cree usted que la aerodinámica afecta a la velocidad del vehículo?  Si  No 7. ¿Conoce los beneficios que se obtiene al diseñar un automóvil con mayor cantidad de rasgos aerodinámicos?  Si  No 8. ¿Qué tan difícil cree que es el estudio de la aerodinámica?  Muy difícil  Medianamente difícil  Poco difícil  Fácil 9. ¿Cree usted que la aerodinámica afecta al consumo de combustible?  Si  No 10. ¿Sabe cuál es la función de la aerodinámica?  Si  No