Estimación del impacto en las emisiones de CO2 de los coches con retrovisores con cámara mediante simulaciones CFD

Abstract

La base teórica del proyecto establece la relación entre la fuerza de arrastre de un vehículo y el consumo de combustible, el cual está directamente vinculado con la producción de CO2. Para obtener los valores de dicha fuerza, se utiliza el programa de CFD ANSYS, específicamente Fluent para el mallado y las simulaciones. La geometría del vehículo se diseña desde cero en Design Modeler y se refina en Spaceclaim. A partir del modelo base, se crean una versión con retrovisores tradicionales y dos con diferentes diseños de cámaras. Después de simular los casos bajo parámetros escogidos según la teoría de CFD expuesta, se obtienen las fuerzas de arrastre y se comparan para evaluar el ahorro de combustible y la reducción de CO2. También se consideran los efectos del flujo turbulento que puede causar posibles vibraciones y ruidos en el interior del vehículo a través de las ventanillas y se investigan con ayuda de las herramientas pathlines y contours de Fluent que visualizan el comportamiento del flujo entorno al cuerpo. Los resultados numéricos muestran una ligera reducción de la fuerza de arrastre que, multiplicada por la proporción que ocupa la resistencia al aire en el gasto energético de un coche, queda por debajo del 0,3% en el mejor de los casos. A pesar de ser un valor demasiado bajo para afectar al consumidor individual, la reducción de emisiones de CO2 en el caso de una implementación a escala mundial equivaldría a que 3,2 millones de coches dejasen de circular.

Por otro lado, se puede observar que, en un plano longitudinal del vehículo, los retrovisores de cámara tienen una capa de aire turbulento ligada a las ventanillas que podría traspasar vibraciones y ruidos al interior del vehículo. Esta capa no está presente con el retrovisor tradicional.

The theoretical basis of the project establishes the relationship between the drag force of a vehicle and its fuel consumption, which is directly linked to CO2 production. To obtain the values of this force, the CFD program ANSYS is used, specifically Fluent for the meshing and simulations. The vehicle geometry is designed from scratch in Design Modeler and refined in Spaceclaim. From the base model, one version with traditional mirrors and two with different camera designs are created. After simulating the cases under parameters chosen according to the CFD theory presented, drag forces are obtained and compared to evaluate fuel savings and CO2 reduction. The effects of turbulent flow that may cause possible vibrations and noises inside the vehicle through the windows are also considered and investigated with the help of Fluent's pathlines and contours tools that visualize the flow behavior around the body. The numerical results show a slight reduction in drag force which, multiplied by the proportion of air resistance in a car's energy expenditure, is less than 0.3% at best. Although this is too low a value to affect the individual consumer, the reduction in CO2 emissions in the case of worldwide implementation would be equivalent to 3.2 million cars being taken off the road.

On the other hand, it can be observed that, in a longitudinal plane of the vehicle, the camera mirrors have a layer of turbulent air attached to the windows that could transfer vibrations and noise into the interior of the vehicle. This layer is not present with the traditional mirror.