Energía Cinética y Curvas Cicloides en el Ciclo Rotor Eólico Bipala

 

Gabriel Saitua
Getxo 2020

Diseño del aeromotor bipala adaptado a la bicicleta

El diseño ocupa un lugar esencial en la construcción de aeromotores, dado que pequeños cambios en su estructura causan notables cambios aerodinámicos.

En nuestro aeromotor bipala, el Ciclo Rotor Eólico, se adapta a la rueda de la bicicleta, para adaptarse a  la cinemática del giro espiral.

Algunos aspectos han sido recogidos en el siguiente vídeo:

Gabriel Saitua

Getxo, diciembre 2020

Utilidad del Ciclo Rotor Eólico en Cronoescalada

 

Utilidad del Ciclo Rotor Eólico en cronoescalada 

Gabriel Saitua. Pruebas realizadas los días 21 y 11/2020

Realizamos una prueba para evaluar la  la utilidad del Ciclo Rotor Eólico en un tramo controlado de cronoescalada, para lo cual comparamos dos configuraciones diferentes en las ruedas traseras en una bicicleta Cannondale Synapse: convencional y adaptada con Aeromotor.

  

Subida Aldekoane-Unbe. Balcón de Unbe. Bizkaia.

 

Trazado del tramo de subida: 4´9Km.

Probador: Gabriel Saitua Iturriaga

Presentamos los mejores resultados obtenidos en dos ensayos seriados con un desarrollo: 34/14, considerando como adecuado para optimizar  cadencias de pedaleo en un rango próximo a 90 por minuto.

Las pruebas se realizaron en dos días nublados, 20 y 21 de noviembre de 2020, con asfalto mojado y viento muy leve. Temperatura 14º y 10ºC. Pendiente media del recorrido: 2´5%. Precalentamiento de 10Km.

1.- Series con la rueda Campagnolo Eurus.

(Rueda de aluminio, gama alta)

Precio de la rueda en el mercado: 400/526 euros

 

 Bicicleta Cannondale Synapse. Rueda Campagnolo Eurus.

Grupo campagnolo Centaur. Compact 50/34

Potenciómetro de pedal Vector Garmin 3S y Ciclocomputador Garmin Fenix5

https://connect.garmin.com/modern/device/3951781998

Resultados con desarrollo 34/14 

4,91 km. Distancia

Calorías

151 C

Calorías

Nivel De Esfuerzo Percibido

Training Effect 

3,2 Impacto

Aeróbica

1,3 Algún beneficio

156 ppm

Frecuencia cardiaca media

167 ppm

Frecuencia cardiaca máxima

Tiempo

Ritmo Velocidad

12:06 minutos

Tiempo transcurrido

24,4 km/h

Velocidad media en movimiento

Potencia

Vatios W/kg Zonas

209 W

Potencia media

213 W

Normalized Power® (NP®)

1,065

Intensity Factor® (IF®)

22,0

Training Stress Score®

152 kJ

Trabajo

Ganancia de altura

107 m

2.- Resultados con una rueda Mavic Ksyrium y Ciclo Rotor Eólico

(Rueda de aleación de aluminio, gama media)

Precio de la rueda en el mercado: 100/210 euros 

Bicicleta Cannondale Synapse. Grupo campagnolo Centaur. Compact 50/34. Potenciómetro de pedal Vector Garmin 3S. Ruedas Mavic Ksyrium con Ciclo Rotor Eólico en Polipropileno

Resultados con un desarrollo: 34/14 

4,91 km

Distancia

Calorías

128 C

Calorías

162 ppm

Frecuencia cardiaca media

174 ppm

Frecuencia cardiaca máxima

Tiempo

Ritmo Velocidad

11:55

Tiempo en movimiento

24,7 km/h

Velocidad media en movimiento

Potencia

Vatios W/kg Zonas

180 W

Potencia media

185 W

Normalized Power® (NP®)

0,923

Intensity Factor® (IF®)

16,3

Training Stress Score®

129 kJ

Trabajo

Altura

103 m

Consideraciones

En el examen de ambas configuraciones en las ruedas traseras nos permiten obtener diferencias de interés en los resultados comparados para un breve tramo de subida, usando el mismo probador con la misma frecuencia de pedaleo, con las mismas condiciones climáticas de viento leve  con desarrollo prefijado.

Las diferencias entre las dos ruedas aluminio, una de gama alta y otra de media a la cual incorporamos un aeromotor helicoidal bipala, Ciclo Rotor Eólico nos ayudan a extrapolar los resultados para etapas similares más prolongadas.

Los datos obtenidos en la rueda con aeromotor bipala fueron mejores que los obtenidos con una rueda de alta gama sin adaptación, resultando un menor gasto de energía por parte del ciclista, lo cual supone una menor fatiga en una etapa prolongada.

Los tiempos empleados en realizar la prueba fueron de 11´55 minutos con la rueda provista de aeromotor bipala, Ciclo Rotor Eólico, frente a 12´06 minutos obtenido con la rueda de alta gama.

La velocidades medias fueron de 24´7Km/h. para la rueda con Ciclo Rotor Eólico, frente a 24´4Km/h. con la rueda de alta gama, utilizando una cadencia media de pedaleo de 90 y 93 pedaladas minuto, respectivamente.

Resultados en Potencia

Concepto de Potencia Normalizada (Normalized Power®)

La Potencia Normalizada® (NP) es un método de medición de potencia, en vatios, utilizado para compensar cambios en las condiciones de pedaleo y obtener una representación más precisa en el consumo de energía.

En cuanto a potencia se refiere, la rueda con ciclo rotor eólico requirió una menor potencia media de 180w.  para cubrir la distancia programada: 185W Normalized Power® (NP®), mientras que en la rueda convencional la potencia media fue de 209w., 213W Normalized Power® (NP®). 

Conclusiones

El estudio comparado entre las series y configuraciones nos permite decir que la rueda con aeromotor bipala, (Ciclo Rotor Eólico), optimiza las condiciones cinéticas y aerodinámicas de la rueda de gama media: el gasto energético es un 13´5% menor que el obtenido con la rueda convencional, cuando comparamos las potencias normalizadas, requiriendo un menor factor de intensidad para realizar la prueba.

Si exportamos los resultados obtenidos a una prueba de 40Km. éstos resultan determinantes a favor del uso de éste modelo de utilidad.

La experiencia acumulada indica que el aeromotor bipala, Ciclo Rotor Eólico, adaptado a la rueda trasera de la bicicleta constituye “un modelo de utilidad práctico para el ciclista en carretera"

 

Gabriel Saitua, Getxo 2021.

 

El Ciclo Rotor Eólico adaptado al ciclista interurbano

 Ciclo Rotor Eólico. Un modelo de utilidad para el ciclista interurbano.

Probamos un aeromotor bipala extendido en la rueda trasera de una bicicleta Trek 1200, LS de estructura en aluminio, triple plato Shimano 105 y ruedas Shimano.

Cubiertas Michelin Dynamic Sport de 28mm.; presión de inflado, recomendada para un peso total de 75kg. a 5bar/rueda delantera y 6bar/rueda trasera.

Se trata de una bicicleta con componentes polivalentes para un uso en trayectos interurbanos,así como en carreteras de pista; la adaptación del aeromotor bipala en su rueda trasera obtiene las siguientes mejoras:

            Mayor eficiencia dinámica en las fases de aceleración >24´5Km/h. en carreteras comarcales, entre municipios, ofreciendo un buen rendimiento dinámico en velocidades de tránsito interurbano

              Mayor facilidad para mantener la velocidad lanzada en los traslados interurbanos

              Mayor comodidad y estabilidad en las trazadas de curvas

                    Menor fatiga muscular el finalizar los recorridos interurbanos

 

 

 Puerto deportivo. Getxo. Bizkaia 

 

“Un modelo de utilidad para el ciclista interurbano”

Gabriel Saitua, 2020

Sobre turbulencias en superficies. Una observación.

Sobre vórtices y superficies

Turbulencias del viento y dinámica superficial

Gabriel Saitua 2020

Cuando el viento incide sobre una superficie plana, como en un recipiente de agua estancada, en una piscina o en un recipiente con agua, provoca oscilaciones y “turbulencias” sobre su superficie, que se conocen con el nombre de “vórtices”.

Cuando el viento cambia frecuentemente su dirección, su incidencia se genera en diferentes ángulos, muy variables, provocando “áreas de turbulencias caóticas desorganizadas”, visibles en la superficie del agua, las cuales podemos identificarlas gráficamente, cuando sus sombras se proyectan sobre una superficie oscura a modo de “pantalla”.

I

Imagen caótica vorticiana proyectada: turbulencias centrales

Superficie de agua inerte y  viento variable

Un experimento sencillo nos permite visualizar el comportamiento caótico del viento sobre la superficie del agua y comprender el efecto del viento sobre una superficie plana, dado que las turbulencias sobre una superficie aumentan la resistencia al movimiento, si ésta se desplazara a alta velocidad.

Si modificamos las características de la superficie del agua dotándola de movimiento circular helicoidal con el giro de una cuchara sobre la superficie, la imagen de los vórtices caóticos de superficie se modifica adquiriendo “armonía lineal con el movimiento circular”, reapareciendo cuando el agua se detiene.

Vídeo de  experimentación: proyección del movimiento de la superficie de agua

La observación tiene su interés cuando tratamos de conocer la dinámica de las superficies de impacto en contacto con el viento variable, efecto aerodinámico asociado con la resistencia al movimiento que se incrementa con el cuadrado de la velocidad de desplazamiento.

Si lo aplicamos al ciclismo, el choque aéreo turbulento sobre una superficie giratoria helicoidal sería menor, y por tanto generaría menor resistencia aerodinámica que el causado cuando incide sobre una superficie plana.

El flujo aéreo se integra con las líneas de flujo helicoidal de la propia rueda disminuyendo su resistencia al giro y desplazamiento.

Los primeros ensayos comparados realizados en pista, entre una rueda con aeromotor bipala adaptado y una rueda lenticular, así lo indican. La estructura de doble helizoide del Ciclo Rotor Eólico mostró su capacidad de mejorar los tiempos de aceleración frente a una rueda lenticular.

Estructura de la rueda lenticular y aeromotor bipala (Ciclo Rotor Eólico)

Gabriel Saitua, Getxo 2020