El viento, la aerodinámica y los complementos del ciclo rotor eólico
Gabriel Saitua
Viento real y viento aparente
La resistencia aerodinámica al movimiento se relaciona de
forma directa con el viento, único elemento que habitualmente nos encontramos
de frente en la práctica del ciclismo.
La velocidad del viento real, es la que medimos con un
anemómetro y es la que sentimos cuando estamos parados.
A medida que nos movemos en un vehículo, como una bicicleta,
generamos un flujo de viento propio debido a la velocidad. En condiciones
neutras, sin viento real, la velocidad del viento sería igual al de nuestra
velocidad.
En condiciones reales, el resultado final es un vector de
dirección y fuerza conocido como viento aparente, resultante de la suma o resta
de los vectores del viento real y el vector correspondiente al de nuestra
velocidad.
La resistencia aerodinámica
Conocer algunos
aspectos sobre la resistencia del aire al desplazamiento o rozamiento
aerodinámico es de útil para el ciclista, dado que la fuerza para superarla
aumenta con el cuadrado de la velocidad. La resistencia se genera
por el impacto de las moléculas de aire contra el ciclista y la bicicleta, cambiando
su movimiento desde un flujo lineal o laminar a uno irregular,
desorganizado o turbulento.
La mayor
fuerza de rozamiento se encuentra precisamente en la capa límite o fase transición entre el
flujo laminar y el turbulento, siendo incluso 5 veces mayor que en la propia
zona turbulenta. El rango de la transición entre estas fases se encuentra tan sólo entre
20 y 25km/h., velocidades muy habituales en la práctica del ciclismo. http://www.ciclismoafondo.es/mecanica/Informes/articulo/informe-la-eficiencia-aerodinamica
El valor de
la resistencia contra el viento se conoce como fuerza o coeficiente de arrastre
aerodinámico (FA) (Drag en inglés) y se calcula mediante la ecuación de
arrastre:
FA = 0,5 x P x S x Cx x V2
“P” es la
densidad del aire.
“S” corresponde
al área frontal del conjunto ciclista y bicicleta. Variable 0´5 a 0´7, según la
corpulencia y posición sobre la bicicleta.
“Cx” es el coeficiente de arrastre
aerodinámico, relacionado con superficie que expone al viento el conjunto
formado por el ciclista y la bicicleta. Se aproxima a 1 en bicicleta de
carretera y con brazos extendidos y a 0´83 en posición con aerobarras.
“V2” corresponde
al cuadrado de la velocidad relativa, vector resultante de la velocidad del
ciclista y de la velocidad y dirección del viento, único factor exponencial en
la fórmula y principal responsable de la resistencia aerodinámica. http://todobici.com.es/la-importancia-de-la-aerodinamica-en-el-ciclismo/
Velocidad en Km/h. 20 30 40 50
Resistencia
aerodinámica en Kg. 0´8 1´8 3´2 5
Si duplicamos nuestra velocidad por
dos, la resistencia aerodinámica se multiplica por cuatro, por lo que la
resistencia al movimiento aumenta mucho más deprisa que la velocidad.
Cómo reconocer el viento
Aunque la sensación y dirección del viento la podemos
percibir en nuestro rostro durante una marcha en bicicleta, conocer en cada
instante la dirección del viento nos ayuda a actuar de forma más o menos
contenida para no hacer un gasto energético innecesario. Utilizando una simple
cinta colgada desde un pequeño vástago horizontal en el manillar nos permitirá
conocer de forma aproximada su ángulo de incidencia e intensidad (figura 1).
Figura 1.- Cinta sobre
un vástago horizontal en el manillar como indicador de la dirección
del viento. Complemento del Ciclo Rotor
Eólico para bicicleta de carretera
Otros dispositivos electrónicos también nos permiten conocer
de forma más precisa la dirección y velocidad del viento aparente, como
la APP Zephyrus Free Wind Meter
for Android (figura
2).
El Zephyrus funciona como un anemómetro adecuado, simplemente
utilizando el micrófono del teléfono inteligente, hasta un rango máximo de
20m/sg.; no requiere sensores.
Figura 2.- Velocidad
del viento electrónica. Complemento en el ciclo rotor eólico
Aplicación Smartphone
APP Zephyrus Free Wind Meter for Android
Si utilizamos éstos recursos podremos apreciar que la
dirección del viento habitualmente incide en contra de la dirección del
ciclista, pero no es constante y presenta un ángulo de incidencia variable, entre 11º y 22º o superiores, capaces de atravesar nuestra rueda
trasera y activar nuestro aeromotor helicoidal; la activación del ciclo rotor eólico es seguro en la rueda trasera y comienza a ser útil para el ciclista, cuando nuestra velocidad alcanza o supera los 25Km/h. En éstas
circunstancias la energía teórica adicional que ofrece el ciclo rotor eólico se encuentra entre 30 y 50watios/sg.
Figura 3.- Apertura helicoidal del ciclo rotor eólico
Rendimiento en ángulos de incidencia >10º y velocidad del viento aparente >25Km/h.
El rendimiento del rotor se afecta en condiciones de
viento racheado variable, condición conocida por los antiguos
babilonios, cuando protegían los primeros molinos de viento dentro de
edificaciones con aperturas, para que los vientos racheados atravesaran las aspas del rotor con viento en flujo
laminar; en nuestro caso, la incorporación de deflectores en la entrada del
rotor en la rueda trasera resulta útil para proteger la eficiencia del ciclo rotor eólico ante vientos turbulentos laterales (figura 4).
Figura 4.- Deflectores en la entrada
del ciclo rotor eólico. Protección ante vientos racheados
Prototipo de Ciclo Rotor Eólico.
Modelo de utilidad para el ciclista 2018
Aeromotor bipala en Cannondale Synapse
Figura 5.- El rendimiento instantáneo del rotor depende del flujo que lo atraviesa en cada momento
Figura 5.- El rendimiento instantáneo del rotor depende del flujo que lo atraviesa en cada momento
Figura 6.- Esquema del ciclo rotor (S) en una bicicleta Felt B16.
Rendimiento mecánico y aerodinámica entre 30 y 50watios/sg.
con una velocidad del viento aparente entre 25 y 50Km/h.
Rendimiento mecánico y aerodinámica entre 30 y 50watios/sg.
con una velocidad del viento aparente entre 25 y 50Km/h.
Gabriel Saitua Iturriaga. Getxo. Bizkaia. 2018
