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.

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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 Pooliwww.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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