DRAG AERODINÁMICO

Se denomina “resistencia aerodinámica”, a la fuerza que se opone al avance de un cuerpo a través del aire. Esta resistencia es siempre en sentido opuesto a la velocidad.

Todos los que alguna vez practicaron ciclismo, saben que una ligera brisa en contra supone ampliar el esfuerzo para tratar de mantener la misma velocidad. Esto sucede de igual forma aunque no tengamos viento en contra: la resistencia del viento es la mayor fuerza que el ciclista tiene que vencer cuando circula “en llano”. Por este motivo, optimizar la aerodinámica debería ser una prioridad para cualquier ciclista competitivo.

Conceptos básicos sobre aerodinámica

Cuando un ciclista circula en llano, debe vencer dos tipos de resistencias: rodadura y aerodinámica. La resistencia de rodadura es la resultante del roce las de ruedas con el asfalto. La resistencia aerodinámica es la que ofrece el aire frente al conjunto “ciclista + bici” por lo que el área frontal que ocupa el ciclista toma un papel muy importante. En función que la velocidad del ciclista aumente, la potencia necesaria para vencer la resistencia al viento se exacerba, y toma mayor protagonismo la aerodinámica que la resistencia al rodamiento, por ejemplo. A 15 km/h, el porcentaje de la potencia que se destina a vencer la resistencia de rodadura es muy similar al destinado a vencer la fuerza aerodinámica. Sin embargo, a 30 km/h el 76% de la potencia se necesita para vencer la fuerza aerodinámica, mientras que a 40 km/h este porcentaje alcanza el 90% (Di prampero et al., 2000; Debraux, Grappe, Manolova, & Bertucci, 2011). Estos datos nos sirven para corroborar que el mayor enemigo del ciclista es el viento, que cualquier mejora aerodinámica se va a traducir en una mayor velocidad y que cuanto mayor es la velocidad de desplazamiento mayor importancia cobra la aerodinámica. Cuando se pedalea en subida, la resistencia aerodinámica va perdiendo importancia a favor de la fuerza de la gravedad, y en ese momento es cuando el peso del ciclista es realmente determinante.

La resistencia que ofrece un ciclista cuando pedalea contra el viento se denomina fuerza de arrastre aerodinámico. (FA) (Drag en ingles) El FA de un ciclista se calcula mediante la siguiente formula matemática: FA = 0,5 x p x S x Cx x V2. “P” es igual a la densidad del aire. “S” es el área frontal del conjunto ciclista + bici. “Cx” es el coeficiente de arrastre aerodinámico, que determina como afectan las formas del ciclista o de la bici sobre la resistencia al aire. “V2” es la velocidad al cuadrado, es decir, que la FA respecto a la velocidad tiene una relación exponencial. Esto significa que pasar de 30 a 35 km/h no es lo mismo que pasar de 35 a 40 km/h.

Respecto a la densidad del aire, tan solo señalar que disminuye con la altitud, por lo que cuando se disputan pruebas a una mayor altura las condiciones aerodinámicas serán mas favorables. Esta ventaja es relativa, puesto que el ejercicio en altitud disminuye el rendimiento deportivo en términos fisiológicos, y por tanto, es necesario valorar ambas circunstancias en conjunto.

El área frontal del ciclista mas la bicicleta es uno de los factores que mayor influencia tiene sobre la resistencia aerodinámica. Como es lógico, la forma mas efectiva de reducir el área frontal de un ciclista es colocar el tronco en posición horizontal así como juntar los codos, es decir, lo que se busca en la posición de contrarreloj o triatlón. En cuanto a la bicicleta, los fabricantes cada vez intentan hacer cuadros y componentes que ofrezcan una menor área frontal.

Figura 1- Imagen de la circulación del aire a través del ciclista y la turbulencia generada

El “Cx” (Coeficiente de arrastre aerodinámico) del ciclista se puede mejorar principalmente con el uso de material aerodinámico:

  • Ruedas de perfil alto o lenticulares
  • Cascos aerodinámicos
  • Ropa del ciclista aerodinámica y
  • Diseño del cuadro de la bici

VALORACION AERODINAMICA

Existen varios métodos para cuantificar a la fuerza de arrastre aerodinámico. Entre ellos, el que se realiza en el túnel del viento (Figura 1) es el que realmente ofrece las mediciones más fiables sobre cual es la posición del ciclista y los materiales más rápidos (Figura 2). El túnel del viento tiene dos inconvenientes a tener en cuenta. El primero es que su acceso es limitado por su elevado costo. El segundo es que las posiciones mas aerodinámicas que se pueden estudiar en el túnel del viento no tienen porque ser las mas útiles en la carretera sino se tienen en cuenta las repercusiones metabólicas y posturales que esas posición puede generar.

Llega un momento en que la posición más aerodinámica no es sostenible por el ciclista en términos de comodidad, especialmente si nos referimos a triatletas de media (90km) y larga (180km) distancia. En cuanto al metabolismo, forzar mucho la posición aerodinámica (ángulo del tronco demasiado bajo, codos muy juntos y brazos mas estirados) puede suponer una merma en la capacidad del ciclista para generar vatios sobre los pedales y tolerar la fatiga. Por ese motivo, la posición mas rápida sobre una bici se debe determinar en función de la unión entre aerodinámica y sostenibilidad de la posición. En este sentido, al final del término expondremos trabajo científico recientemente publicado.

Figura 2 - Túnel de Viento

Cuando no se tiene acceso a un túnel del viento, es posible hacer unas estimaciones sobre aerodinámica con la ayuda de un medidor de potencia y unas circunstancias externas lo más estables posible (para más información se recomienda la lectura del trabajo de De Debraux et al., 2011). Sin necesidad de hacer una gran cantidad d cálculos y complejas estimaciones matemáticas, la idea principal es comparar los datos de velocidad y de potencia en función de la posición adoptada sobre la bicicleta o de los materiales empleados. Para ello el único requisito imprescindible que se necesita para que los datos tengan la precisión y la fiabilidad necesaria es que las condiciones del viento sean totalmente estables.


Figura 3 - Contrarreloj en Velódromo cubierto

Como es lógico, esto solo se consigue en un velódromo cubierto como vemos en la Figura 3. García-López, Ogueta-Alday, Larrazabal, & Rodríguez-Marroyo (2014) ya demostraron que los test en velódromo eran métodos fiables, válidos y sensibles para detectar pequeños cambios en el drag aerodinámico, incluso para ciclistas profesionales.

Figura 4 – Corredor del Euskaltel perfeccionando la posición sobre la bicicleta para mejorar el coeficiente de arrastre aerodinámico (extraído de www.arueda.com)

Si no se tuviera acceso a uno cubierto, estos test también se podrían hacer en uno velódromo exterior, siempre y cuando las condiciones de viento fueran las óptimas. Incluso se podría hacer en una carretera abierta llana y controlando que las condiciones de viento sean totalmente estables. En cuanto al medidor de potencia a emplear, tanto SRM como PowerTap gozan de la suficiente validez y reproducibilidad como para poder emplearlos en la medición precisa de la potencia desarrollada por el ciclista. A estos medidores de potencia ya conocidos, hemos de añadir un producto novedoso y que permite valorar la resistencia aerodinámica durante cualquier entrenamiento: el iAero de la marca comercial iBike (http://www.ibikesports.com/). Este producto, el cual está siendo probado por miembros del staff de Entrenamiento Óptimo, estima el drag aerodinámico mediante un cálculo matemático en cualquier momento y permite probar diferentes posturas o materiales.

Figura 5 – iAero para la valoración directa del drag aerodinámico

ESTUDIOS ACTUALES

Si bien el drag aerodinámico es un factor que lleva estudiándose mucho tiempo y que ha tenido un gran impacto en ciertos eventos deportivos como el Record de la Hora, siguen realizándose estudios muy interesantes al respecto. Así pues, para concluir este término haremos referencia al reciente trabajo de Fintelman, Sterling, Hemida, & Li (2014) en el que se analiza la posición óptima del cuerpo y para conseguir el menor drag aerodinámico y el mayor rendimiento. Estos autores encontraron que la angulación ideal del tronco en una contrarreloj dependía de la velocidad de desplazamiento. Las conclusiones más importantes se pueden observar en la Figura 6.

Figura 6 – Poster en el que se resume el trabajo de Fintelman et al. (2014). El punto de mayor interés es el de “Conclusion & Recommendations”.

Según este trabajo para eventos de resistencia como una contrarreloj en el que la velocidad es superior a 32 km/h el torso debería inclinarse tanto como sea posible pero sin llegar a un ángulo de 0º o completamente horizontal (señalado como “no óptimo” por los propios autores). Esto permitiría al ciclista reducir el drag aerodinámico y minimizar la energía requerida para el movimiento, consiguiendo mejorar, por tanto, el rendimiento final.

AUTORES

Santiago Pooli - www.facebook.com/espiritumtb

Carlos Sanchisumbralanaerobico.es

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BIBLIOGRAFÍA

Debraux, P., Grappe, F., Manolova, A. V., & Bertucci, W. (2011). Aerodynamic drag in cycling: methods of assessment. Sports Biomechanics / International Society of Biomechanics in Sports, 10(3), 197–218.

Di prampero P.E, Cortilli. G, Mognoni.P, &, Saibene.J.. (1979). Influencia de la postura y la utilización del casco en la resistencia aerodinámica del ciclista. Archivos de medicina del deporte, XIX, 209-220. 2002. Consultado por última vez el 22/05/2014 en http://femede.es/documentos/Influencia_postura_casco_209_89.pdf

Fintelman, D. M., Sterling, M., Hemida, H., & Li, F.-X. (2014). Optimal cycling time trial position models: Aerodynamics versus power output and metabolic energy. Journal of Biomechanics. doi:10.1016/j.jbiomech.2014.02.029

García-López, J., Ogueta-Alday, A., Larrazabal, J., & Rodríguez-Marroyo, J. A. (2014). The use of velodrome tests to evaluate aerodynamic drag in professional cyclists. International Journal of Sports Medicine, 35(5), 451–455. doi:10.1055/s-0033-1355352

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