El primer minuto de aceleración del aeromotor bipala. Su aplicación en la bicicleta.

LA ACELERACION EN EL AEROMOTOR BIPALA ADAPTADO A LA RUEDA DE LA BICICLETA

Para visualizar el efecto de la aceleración del aeromotor helicoidal aplicado a la rueda trasera de una bicicleta presentamos un vídeo correspondiente al primer minuto de una fase de aceleración realizado en taller, sin viento y con la bicicleta apoyada sobre la punta del sillín, suspendida y libre en su rueda trasera  (Bicicleta Cannondale Synapse con Aeromotor bipala traslúcido bipala montado sobre una rueda Mavic Aksium y cubiertas Michelin Dynamic Sport de 28mm.).

El vídeo nos permite reconocer y analizar de forma audiovisual los efectos de una fase de aceleración sin viento.

1.- Impulso de aceleración:

Partiendo de una situación de parada efectuamos un impulso de pedaleo con 6 giros de catalina con un desarrollo de 50/11 correspondientes a los 11 primeros segundos del vídeo.

2.- Efecto inmediato:

Tras el torque inicial, la estructura de la bicicleta y el ciclista recibe impulsos pulsátiles que no son perceptibles durante la marcha, con una frecuencia próxima a 90/min., siendo posible su sincronización cuando circulamos con una alta cadencia de pedaleo. El resultado  vectorial de la fuerza inercial es antero superior, favorable con la dirección de la marcha, con una duración de 12” en cada impulso de aceleración.

3.- Efecto diferido:

Trascurridos 18” tras el impulso de pedaleo tiene lugar un segundo fenómeno de aceleración inercial complementario, correspondiente a la carga aérea incluida en el movimiento circular helicoidal. En éste momento seremos capaces de ajustar nuestro desarrollo a uno de mayor resistencia, manteniendo nuestra frecuencia de pedaleo próxima a 90 por minuto.

Vídeo:

El primer minuto de una fase de aceleración en un aeromotor bipala 

Prototipo de aeromotor bipala de una capa, flexible y trasparente montando sobre rueda Mavic Aksium. Fuerte de Punta Galea. Getxo. Bizkaia.

Prototipo de aeromotor bipala de doble capa, semirígido montado sobre una rueda Mavic Aksium.

Los resultados obtenidos en pruebas comparativas en el Velódromo de Fadura, Getxo, Bizkaia muestran que en una fase de aceleración entre 20 y 40Km/h., la rueda con aeromotor bipala consigue mejoras entre 1 a 2 segundos frente al mismo modelo de rueda sin adaptación.

El efecto de facilitación dinámica se percibe durante la velocidad lanzada mostrando eficiencia dinámica para velocidades aparentes (suma de la velocidad de marcha+ velocidad del viento en contra) entre 25 y 60km/h.

Gabriel Saitua, Getxo 2019.

Configuración de bicicleta. Agosto 2019.

Configuración para ciclismo en carretera. Prototipo Agosto 2019.

Combinación de ambas ruedas con perfil globoso de 28mm. y aeromotor bipala ultraligero flexible.

1.- Cubiertas de perfil globoso de 28mm.

La experiencia acumulada en nuestra salida de una semana en carretera de montaña durante el mes de julio de 2019 en la provincia de Burgos utilizando ruedas Mavic Aksium  y cubiertas de perfil globoso de 28mm., Michelin Dynamic Sport Air Stop A2, con cámaras adaptadas al perfil globoso, conjunto que nos ofrece una mayor comodidad en la absorción de las irregularidades del asfalto sin pérdidas dinámicas significativas. Utilizamos la presión máxima de inflado de 6 bares indicada por el fabricante.

Puerto de los Tornos, Burgos.

El aumento de la energía cinética del toroide anular de las ruedas globosas es debido a la rotación del aire anterior que circula alrededor del donuts formado por la llanta y la cubierta, energía circular que facilita el desplazamiento de las ruedas a partir de 25Km,/h. Ésta energía complementaria compensa los efectos desfavorables causados por un leve incremento de la superficie de contacto de la cubierta con el asfalto.

2.- Aeromotor bipala ultraligero y flexible.

Utilizamos una configuración de aeromotor flexible bilaminar en material plástico con dos placas de polietileno teraftalato personalizables en color y diseño de 0´5mm., consiguiento una disminución significativa en el peso del aeromotor con una menor resistencia aerodinámica. Peso total de ambos álabes: 60gr. Laminación periférica con vinilo adhesivo hasta el límite de las pistas de frenado en ambas caras.

Prototipo de aeromotor bipala flexible de polietileno teraftalato clear. 

Cannondale Synapse con ruedas Mavic Aksium y cubiertas Michelin Dynamic Sport de 28mm. Agosto 2019.

Las modificaciones descritas nos permiten optimizar los resultados de nuestra actividad de ciclismo en carretera.

Conclusiones: Áreas de mejora:

1.- Cubiertas globosas de 28mm. y cámaras adaptadas al perfil.

2.- Aeromotor de álabes flexibles y bajo peso.

Gabriel Saitua, Getxo, Agosto 2019.

Energía toroidal. Aplicación a la rueda de la bicicleta.

Energía toroidal: 

La rueda de una bicicleta la podemos interpretarla como un toro o  toroide anular, una figura con morfología de "donuts" capaz de generar energía rotacional alrededor de su anillo formado por la llanta y la cubierta, de tal manera que ésta circulación  rotacional nos permite disminuir la resistencia durante el giro de nuestras ruedas, facilitando así nuestro desplazamiento.

El efecto dinámico del toroide anular se relaciona con el volumen del globo del toroide, con su peso y presión del aire y su peso total.

Algunos aspectos podemos considerarlos, si comparamos las cubiertas de 23mm. con las de 28mm. a través de las características de sus toroides.

Gabriel Saitua

Getxo 2019

Configuraciones 2019

Configuraciones experimentales 2019.

Configuración para ciclismo en pista y triatlón. Sobre una Felt B16.

Felt B16 en Getxo. Bizkaia.

Soporte para smartphone sobre entre  las extensiones aero y

 botellín en posición anterior e inferior a las mismas

Un descanso en el Puerto Viejo de Algorta. Getxo. Bizkaia.

Configuración para ciclismo en carretera. Sobre una Cannondale Synapse.

Cannondale en Getxo. Fuerte de Punta Galea. Bizkaia.

Cannondale en Maruri-Jatabe. Bizkaia.

Descanso en Maruri-Jatabe. Bizkaia.

En las configuraciones de pista, triatlón y carretera utilizamos la rueda adaptada helicoidal a modo de ciclo rotor eólico, dado que presentan mejores respuestas en fases de aceleración, en el mantenimiento de una velocidad lanzada superior a 25Km./h., y en seguridad de las trazadas, asumiendo con una leve penalización en las fases de arrancada en parado. El efecto facilitador eólico inercial se obtiene entre 15 a 20” tras el impulso de aceleración y ayuda en el mantenimiento de la velocidad.

Utilizamos preferentemente cubiertas de 25mm., dado que se agarran algo mejor al asfalto y el paso por curva es algo más estable que las de 23mm. Hemos de tener en cuenta que a más presión en nuestra cubierta tendremos menos superficie de contacto con el suelo, lo que ocasionará una mejora en la aerodinámica pero también una pequeña pérdida en adherencia y agarre.
https://www.sport.es/labolsadelcorredor/cubiertas-de-23-o-25mm-el-eterno-debate/

Configuración para el ciclismo de montaña. Sobre una Cannondale Synapse.

Configuración de montaña. Bicicleta Cannondale Synapse con rueda convencional. La Galea. Getxo. Bizkaia.

Para etapas de montaña en las cuales las velocidades medias estimadas no superarán probablemente los 25Km./h., con carreteras de asfalto en condiciones de mantenimiento irregular, la configuración de las cubiertas elegida fue de 28mm., dado que resultan más cómodas y con su morfología globosa son capaces de generar una energía toroidal que favorezca el desplazamiento.

Cuanto más ancho sea el neumático más comodidad en términos de agarre y seguridad. Las cubiertas de 28mm. están claramente en auge y muchos cicloturistas optan por montar este tipo de neumáticos especialmente para afrontar el periodo invernal donde las carreteras acostumbran a presentar un peor estado, en el que la humedad y la lluvia las convierten muchas veces en pistas de patinaje. https://www.sport.es/labolsadelcorredor/cubiertas-de-23-o-25mm-el-eterno-debate/

Saludos. Gabriel Saitua

Getxo 2019

La sincronización de los osciladores en el aeromotor bipala

Sobre la sincronización en el ciclo rotor eólico.

El libro “Sincronización: un concepto universal en ciencias no lineales” de A Pikovsky , M Rosenblum , J Kurths - 2003 - books.google.com, recoge que el concepto de sincronización fue descrito por primera vez en 1665 por Christiaan Huygens; los fenómenos de sincronización abundan  en la ciencia, la naturaleza, la ingeniería y la vida social.

Sistemas tan diversos como los relojes, los grillos cantores, los marcapasos cardíacos, las neuronas que se disparan y las audiencias que aplauden, muestran una tendencia a operar en sincronía.

Se trata de fenómenos universales que se pueden entender dentro de un marco común basado en la dinámica no lineal moderna. La primera mitad de este libro describe la sincronización sin fórmulas y se basa en ideas cualitativas intuitivas.

Synchronization: A universal concept in nonlineal sciences. American Journal of Physics 70 , 655 (2002); https://doi.org/10.1119/1.1475332. Arkady Pikovsky , Michael Rosenblum , y Jürgen Kurths revisados ​​por Robert C. Hilborn Publicado en línea: 13 de mayo de 2002.

Para acercarnos a la interpretación de la rueda como aeromotor bipala, debemos considerar que la sincronización de sus elementos en rotación adquiere una especial relevancia para obtener  la eficiencia cinética necesaria para validar la utilidad práctica del modelo.

Para explicar este efecto realizamos una pequeña experiencia: Conocemos cómo realizar nuestras curvas cicloides. Estudiamos la sincronización oscilatoria de sus péndulos.

Figura 1.- Disco trazador de las curvas cicloides en el aeromotor bipala

Figura 2.- Morfología de las curvas cicloides: común (como la llanta), acortada (como los álabes) y alargada.

La nueva cinética rotacional que se añade a la rueda tiene relación con la armonía y sincronización de los movimientos pendulares que surgen en las curvas cicloides que sigue el flujo aéreo en rotación.

Figura 3.- Curvas cicloides: "una común" generada en la llanta al rodar (más amplia) y "dos acortadas" generadas en los extremos de las palas.

Veamos cómo se establece la sincronización de los osciladores cuando los acoplamos en fase, a través de un sencillo experimento básico.

Figura 4.-Experiencia de sincronización de los tres péndulos. En color rojo el péndulo isócrono generado por la llanta y en verde los dos péndulos isócronos generados por el borde más interno de los álabes.

Figura 5.- Plataforma de eje flexible (oscilador sumatorio).

Puntos de fijación de los tres péndulos (en rojo).

Vídeo (plano lateral):
Hacemos oscilar conjuntamente los dos péndulos verdes correspondientes a las curvas cicloides de los álabes. Tras un período breve de acoplamiento, "el movimiento de los dos péndulos se sincroniza", a través de la unión o eje del que penden.

Vídeo (plano frontal):
Cada péndulo con función de metrónomo incorpora una pequeña fuerza a la plataforma o eje que les sincroniza sumando sus fuerzas. El péndulo central principal de color rojo recibe un impulso complementario que le permite iniciar su oscilación.

El experimento muestra que la sincronización oscilatoria acoplada del movimiento entre los dos péndulos se comporta de forma similar a los bastones de apoyo que han mostrado su eficiencia en el  modelo de la marcha nórdica.

Durante la actividad deportiva en la bicicleta el eje de la rueda recibe la fuerza del torque generada que transmitimos desde el pedal, generando el movimiento de traslación expresado por la curva cicloide común de la llanta, con un arco de péndulo de 2´40m., junto a  dos pequeñas curvas cicloides acortadas, cada una con un arco de 1´6m., relacionadas con la traslación del borde de los dos álabes.

La experiencia que se describe corresponde a una sola linea pendular. El efecto final sería el sumatorio de los movimientos pendulares de todas las partículas que impactan sobre los álabes incorporándose a una circulación rotacional que finalmente resulta acelerada.

La sincronización pendular de la oscilación resulta un elemento clave para comprender la utilidad de nuestro aeromotor para el ciclismo en pista y en carretera.

Gabriel Saitua, Getxo 2019

Los atractores de Lorenz en el ciclo rotor eólico

¿Sistema complejo?

Se trata de sistemas muy variables que son dependientes de las condiciones de partida y de la interacción con diversas variables, sometidas a las leyes de la complejidad.

Las redes neuronales, las carreteras, internet... funcionan como sistemas complejos.

Nuestro aeromotor bipala podemos interpretarlo como un "sistema complejo sencillo" sometido a las leyes de la complejidad.

Se trata de una modificación en la rueda de nuestra bicicleta cuyas palas tienen una morfología específica, que le permiten interactuar con diversas variables:

1.- Un número de vueltas de la rueda elevado y variable, dependiente de nuestra velocidad de marcha.

2.- De los cambios de velocidad, con un especial interés en las fases de aceleración

3.- De la velocidad del viento (habitualmente en contra)

4.- Del ángulo de incidencia del viento

5.- De la persistencia del viento en una misma dirección

6.- De la altura y de la temperatura ambiental

Las variables son suficientes para considerarlo como un "sistema complejo sencillo",  pero como veremos de utilidad para el ciclista

Los sistemas complejos presentan una característica específica, que es la generación de fenómenos "emergentes". Se trata de nuevos comportamientos de carácter "poco predecible". En nuestro peculiar sistema el fenómeno emergente de mayor relevancia  es "la aceleración"

Gabriel Saitua. Getxo, 2019.

Aplicación del helicoide desarrollable en la rueda de la bicicleta

El helicoide desarrollable

Su incorporación en la rueda de la bicicleta

Fundamentos del aeromotor bipala, "un modelo de utilidad para el ciclista"

Las pruebas básicas efectuadas en taller en ausencia de viento indican que en velocidad lanzada el ciclo rotor eólico produce una dispersión lineal posterior de partículas con efecto suelo.

La experiencia fue realizada a un velocidad media de 60km/h. utilizando un atomizador de partículas de agua y un ángulo de incidencia de 45º sobre la rueda posterior.

Los resultados muestran una alineación posterior de partìculas sobre el suelo en una distancia de 3´20 metros.

En la práctica deportiva la capacidad de derivación del flujo aéreo con viento en contra permite optimizar la energía del ciclista.


Gabriel Saitua

Getxo. 2019

La armonía del movimiento circular

La armonía del movimiento circular se expresa en la secuencia de las curvas cicloides generadas en las palas en cada paso de rueda.

 Su sincronización permite obtener un  mayor confort en la marcha.

Gabriel Saitua. Getxo 2019.

La magia del helicoide circular

El movimiento helicoidal y su aplicación a la rueda de bicicleta

Gabriel Saitua

Getxo. Bizkaia. 2019

Origen de la energía en el ciclo rotor eólico.

El origen de la energía en la rotación centrífuga

Ciclo rotor eólico, "un modelo de utilidad para el ciclista"

Gabriel Saitua. Getxo 2019.

A vueltas con la rueda de la bicicleta

A vueltas con la rueda de la bicicleta

Las vueltas de nuestra rueda

Cuando realizamos una intervención sobre una rueda contemplándola como un objeto que gira a alta velocidad, nos tenemos que parar por un momento a pensar que pequeñas modificaciones, cuando son eficientes causan un efecto significativo a largo plazo, en el curso de los kilómetros, para que podamos apreciar resultados significativos.

Así cuando circulamos en una bicicleta a 25km/h., con una rueda de bicicleta en carretera de radio 30cm., nos acercamos a una velocidad crítica, en la cual el flujo de aire cambia de laminar a turbulento sobre la capa limítrofe de nuestra superficie en movimiento.

Si calculamos el número de vueltas que hacemos girar a la rueda en cada segundo nos acercaremos a la realidad del movimiento:

A 25km/h., nos desplazamos 25.000metros/h.; 25.000metros:60minutos: son 416,66metros/minuto.

En una vuelta de rueda con un radio de 30cm., la longitud de su curva cicloide es 8 veces su radio, es decir: 2´4metros.

A 25km/h. la rueda gira tres veces por segundo...

A 416,66 vueltas/minuto:2´4m.: hacen un total de 173,61 vueltas de rueda por minuto, o lo que es lo mismo: 2,89 vueltas de rueda por segundo.

Rendimiento teórico del ciclo rotor eólico

Si transformamos nuestra rueda en un pequeño aeromotor bipala con un diámetro de 60cm., nos encontramos que la potencia eólica de nuestro aeromotor depende del área de barrido del rotor, no siendo afectada por la morfología ni por la amplitud de las palas.

Cálculo de la potencia en watios del rotor: 0´15x el diámetro del rotor en metros (0´6m.)x la velocidad del viento en m/sg. al cubo.

Como podemos ver en el fórmula, la potencia teórica sobre el eje de la eólica es muy sensible a la velocidad del viento aparente (velocidad propia+-velocidad del viento) al cubo.

Los cambios de flujo laminar a turbulento, tienen lugar a velocidades tan bajas como los 7m/sg,, (1m/sg:3,6km/h.), equivalente a 25´2Km/h. En ésta situación el rendimiento teórico del aeromotor sería: 0´15x0´6x7x7x7: 30´87watios.

Cuando alcanzamos una velocidad aparente de  10m/sg, ó 36km/h., la potencia teórica asciende a: 90watios.

Para una velocidad de 12m/sg ó 43´2km/h., el rendimiento alcanzaría los 155´52watios.

Sin embargo el flujo aéreo que atraviesa el rotor durante la marcha en bicicleta  recibe una incidencia oblicua que le permite un paso medio de un 30% del flujo, condicionado por el ángulo de incidencia del viento en cada momento. Es decir que su rendimiento real se aproximaría a 1/3 del cálculo teórico.

Aun así, podemos esperar que la ayuda eólica real del ciclo rotor eólico sea exponencial con el viento aparente, para un ángulo de incidencia del viento constante, preferentemente antero lateral <25º:

• ·        7m/sg. ó 25´2km/h: 10´29watios/sg.
• ·        10m/sg ó 32Km/h: 30watios/sg.
• ·        12m/sg ó 43´2km/h.: 51´84watios/sg.

El impulso eólico útil generado por el ciclo rotor eólico oscila entre 10 a 50 watios/segundo según  la velocidad aparente del viento. El viento aparente es el resultado de la suma o resta de los vectores: velocidad de la bicicleta y velocidad del viento real.

En condiciones normales de circulación en el ciclismo en carretera, el viento aparente es superior a 25´2km/h., situación en la cual comenzamos a recibir una leve ayuda eólica de 10watios, que será significativa de 30watios a 32Km/h, y muy significativa de 51´84watios si somos capaces de rodar a 43´2km/h.

Configuración del ciclo rotor eólico para ciclismo en carretera

A modo de conclusión podemos decir que el acompañamiento de una leve ayuda eólica para el ciclista, durante una trayectoria media de 40km. resulta significativo a la hora de evaluar el rendimiento de la actividad deportiva.

Gabriel Saitua. Getxo 2019.

Salida de entrenamiento. Grupo Karmani 13.3.2019

Salida de entrenamiento 13.3.2019

Grupo Karmani

Bicicleta Cannondale Synapse personalizada

 Gabriel Saitua

Acoples aero sobre manillar con un ángulo 30º.

Carenado sobre los acoples anteriores como derivabrisas abdomino pélvico

Soporte para smarth phone bajo el mini carenado transparente

El mini carenado transparente sobre las extensiones de las aerobarras lo utilizo para disminuir el impacto del flujo turbulento del viento sobre la región abdomino pélvica. En su espacio interior puede incluirse un smart phone que puede ser antiguo en desuso, utilizando las aplicaciones APP que necesites para la bicicleta.

Si no usas teléfono móvil sirve como bolsa de transporte para las herramientas o para llevar la comida para el viaje.

Ciclo rotor eólico de álabes ultra cortos montado sobre la rueda trasera Mavic Aksium

Cubiertas Michelin Dynamic sport 700x28C de morfología  globosa. Tabla de presiones recomendadas en relación con el peso del ciclista.

Ruta 16.3.2019: Getxo-Gerekiz-Getxo

62,81 km

Distancia

2:15:13

Hora

27,9 km/h

Velocidad media

498 m

Ganancia de altura

878 C

Calorías

Salida: 10,0° 

Temperatura durante la actividad: 10 a 18´5ºC.

Velocidad

Media: 27,9 km/h

Frecuencia cardiaca

Media: 131 ppm

Cadencia de pedaleo

Media: 71 rpm

Training Effect

4,5

Aeróbica

2,9

Anaeróbico

Frecuencia cardiaca

131 ppm

Frecuencia cardiaca media

182 ppm

Frecuencia cardiaca máxima

Tiempo

Ritmo Velocidad

2:15:13

Hora

2:14:27

Tiempo en movimiento

2:57:47

Tiempo transcurrido

27,9 km/h

Velocidad media

28,0 km/h

Velocidad media en movimiento

58,5 km/h

Velocidad máxima

Pausa de descanso del grupo Karmani

Conclusiones

1.    Cadencia de pedaleo de 71 pedaladas/minuto, entrando en un rango aceptable, entre 70 y 80 /minuto.

2.    Velocidad media adecuada: 28km/h.

3.    Nivel de fatiga al final de la prueba: bajo/moderado.

4.    Es adecuado el uso de un micro carenado abdomino pélvico.

5.    Resulta útil la aplicación ZephyrFree para gestión del rotor en relación con la intensidad del viento aparente (>25km/h.), lo cual permite colaborar en el mantenimiento de los resultados del grupo.

6.- La configuración ultracorta del ciclo rotor eólico es adecuada para su uso rutinario para el ciclista en carretera en recorridos mixtos.

Gabriel Saitua, Getxo 2019.