Estudi i anàlisi d'un disseny CAD envers els efectes de l'aire

Abstract

Els efectes de l’aire en els vehicles representen un dels factors més determinants per assolir una millor eficiència, estabilitat i prestacions de conducció. Aquesta tesi aborda de manera experimental, mitjançant simulacions de Dinàmica de Fluids Computacional (CFD), la interacció del flux d’aire amb un vehicle de sèrie. El treball s’estructura a partir d’una primera anàlisi del model base, sobre la qual es planteja una proposta d’optimització aerodinàmica mitjançant el disseny i integració d’un aleró posterior, un difusor i un Splitter frontal, amb l’objectiu de millorar el rendiment aerodinàmic global del vehicle. L’objectiu central és analitzar i comparar el comportament aerodinàmic del vehicle amb i sense aquests components, extraient conclusions quantitatives i definint la funció espe- cífica i l’efecte de cadascun d’ells. Per fer-ho, s’ha elaborat un model CAD simplificat del vehicle de sèrie com a punt de partida, al qual posteriorment s’han incorporat les modi- ficacions dissenyades amb CATIA V5, inspirades en peces reals disponibles per al mateix model. La segona fase de simulacions ha permès obtenir dades comparatives que posen en relleu les diferències entre ambdues configuracions i l’impacte de cada component en el flux d’aire, en la reducció de la resistència aerodinàmica i en la generació de càrrega vertical. Finalment, l’estudi ofereix una visió quantitativa i qualitativa dels avantatges derivats d’aquestes modificacions i estableix una base metodològica per a futures aplicacions de millora aerodinàmica en vehicles de sèrie. Cal destacar que l’abast del treball se centra exclusivament en l’anàlisi aerodinà- mica i no inclou consideracions relatives a normativa ni homologació dels components proposats.

Los efectos del aire en los vehículos representan uno de los factores más determinantes para alcanzar una mayor eficiencia, estabilidad y prestaciones de conducción. Esta tesis aborda de manera experimental, mediante simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), la interacción del flujo de aire con un vehículo de serie. El trabajo se estructura a partir de un primer análisis del modelo base, sobre el cual se plantea una propuesta de optimización aerodinámica mediante el diseño e integración de un alerón posterior, un difusor y un splitter frontal, con el objetivo de mejorar el rendimiento aerodinámico global del vehículo.

El objetivo central es analizar y comparar el comportamiento aerodinámico del vehículo con y sin estos componentes, extrayendo conclusiones cuantitativas y definiendo la función específica y el efecto de cada uno de ellos. Para ello, se ha elaborado un modelo CAD simplificado del vehículo de serie como punto de partida, al cual posteriormente se han incorporado las modificaciones diseñadas con CATIA V5, inspiradas en piezas reales disponibles para el mismo modelo.

La segunda fase de simulaciones ha permitido obtener datos comparativos que ponen de relieve las diferencias entre ambas configuraciones y el impacto de cada componente en el flujo de aire, en la reducción de la resistencia aerodinámica y en la generación de carga vertical. Finalmente, el estudio ofrece una visión cuantitativa y cualitativa de las ventajas derivadas de estas modificaciones y establece una base metodológica para futuras aplicaciones de mejora aerodinámica en vehículos de serie. Cabe destacar que el alcance del trabajo se centra exclusivamente en el análisis aerodinámico y no incluye consideraciones relativas a normativa ni homologación de los componentes propuestos.

The effects of air on vehicles represent one of the most determining factors in achieving greater efficiency, stability, and driving performance. This thesis addresses, in an experimental manner and through Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations, the interaction between airflow and a production vehicle. The study begins with an initial analysis of the base model, followed by an aerodynamic optimization proposal consisting of the design and integration of a rear wing, a diffuser, and a front Splitter, with the aim of improving the overall aerodynamic performance of the vehicle. The main objective is to analyze and compare the aerodynamic behavior of the vehicle with and without these components, extracting quantitative conclusions and defining the specific role and effect of each of them. A simplified CAD model of the production vehicle was developed as a starting point, to which the modifications designed in CATIA V5—based on real parts available for the same model—were subsequently incorporated. The second simulation phase made it possible to obtain comparative data that highlight the differences between both configurations and the impact of each component on airflow, drag reduction, and downforce generation. Finally, the study provides a quantitative and qualitative perspective on the benefits derived from these modifications and establishes a methodological basis for future applications of aerodynamic improvement in production vehicles. It should be noted that the scope of this work focuses exclusively on aerodynamic analysis and does not address regulatory or homologation aspects of the proposed components.