Bicicletas y su aerodinámica

Siendo la bicicleta un vehículo de propulsión humana, debemos considerar los factores involucrados en su rendimiento, tanto en la bicicleta misma como en el conductor. Si bien para un uso doméstico, no es mayormente importante optimizar su funcionamiento, para el caso de competencias o bien, a nivel experimental, es de relevancia manejar y conocer los datos de mayor influencia en su desempeño.


El viento como resistencia opositora para la bicicleta, es de vital importancia para poder mejorar su rendimiento en cuanto a la velocidad. Sabemos que la fuerza de frenado del aire se ve aumentada cuando mayor es la velocidad. Mas aún, dicha fuerza , para velocidades que bordean los 30 Km/hr o más, la incidencia del aire corresponde a un 80% del total. Por tanto, unas de las cuestiones principales a analizar será el área frontal del ciclista, ya que es esta la que se pone en contacto con el aire.

Dicho esto nos dedicaremos a analizar con más detalle los aspectos que afectan en el desempeño aerodinámico de una bicicleta.

Factores Aerodinámicos

Para nuestro estudio nos enfocaremos en dos aspectos de importancia aerodinámica:
Resistencia debido a presión ( relacionado con la forma), y
Resistencia por fricción

Presión

Esta resistencia ocurre debido a que el flujo del aire, no se adapta a la forma, o mas bien el contorno de la superficie del objeto en cuestión, para nuestro caso el ciclista, lo que origina una redistribución del aire de forma desequitativa. Como resultado, se producen diferencias de presión en el objeto, esto es, existe una menor presión en la parte posterior del objeto y una mayor en la zona delantera, originando una resistencia por parte del viento.

Fricción

Esta se produce por la viscosidad del aire, es decir, cuando este incide en el objeto existen esfuerzos de corte que originan resistencia. Esta se manifiesta abiertamente cuando los objetos tienen formas geométricas mas pronunciadas, tales como cubos o cilindros. Para provocar una mejora al respecto se debería incluir pendientes suavizadas en el diseño de los objetos. Como era de esperar, la naturaleza en su infinita sabiduría, nos da la idea de una correcta aerodinámica en una simple gota de lluvia.

Entonces, para un objeto cualquiera enfrentado a un cierto flujo, en la fuerza de arrastre (Fd ), intervendrán: área frontal (Ad), masa específica (ro), velocidad (V) y coeficiente de arrastre, los cuales se relacionan según lo que sigue:

Como se puede observar, la fuerza de arrastre es proporcional a la segunda potencia de la velocidad. Además, la potencia suministrada al móvil es proporcional a la fuerza de arrastre por la velocidad, de manera que la potencia necesaria para mover un objeto en un flujo de aire es proporcional al cubo de la velocidad. Por lo tanto, para aumentar sólo un poco de velocidad se necesitará de mucho esfuerzo físico.

Aclarados estos conceptos, podemos decir además, que existirán perfiles eficientes e ineficientes para un objeto. Esta eficiencia se medirá con ciertos coeficientes, llamados de arrastre (Cd). Así, por ejemplo, para una esfera se tendrá un coeficiente de 1.3 y para una gota de agua uno menor a 0.1.

Por los motivos mostrados, nuestro objetivo se concentrará en disminuir la fuerza de arrastre mejorando los factores analizados. Es decir, principalmente la fricción en superficies rugosa y así como también el área frontal del objeto.