¿Las llantas aerodinámicas valen peso adicional?

Obviamente, los precios parecen respaldar la idea de que la aerodinámica importa más que unos pocos cientos de gramos de peso, pero ¿en qué punto el peso adicional compensa la ganancia?

Un cálculo exacto dependerá de la masa total tuya y de tu bicicleta, tu velocidad, el viento, su ángulo, si estás subiendo, en llano o descendiendo, y la velocidad a la que vas (o la potencia que tienes). está apagando). Sin embargo, podemos hacer estimaciones aproximadas de muchas de esas variables para obtener una respuesta aproximada.

Digamos que las ruedas aerodinámicas agregan 100 gramos de masa total en comparación con las ruedas "de stock" y, a cambio, reducen su área de resistencia, CdA, en 0,005 m^2. Esa es una mejora aproximada para una rueda razonablemente aerodinámica en comparación con una llanta de caja estándar, aunque para ruedas extremadamente bien diseñadas, puede ver quizás el doble de esa diferencia (~ .01 m ^ 2) o más, especialmente en ángulos de guiñada altos.

La ecuación de potencia para una bicicleta se entiende bien y se proporcionó en esta respuesta de Bicycles Stackexchange . Por lo tanto, para determinar el punto en el que es preferible cambiar el peso más bajo por la resistencia aerodinámica, podemos sustituir los valores adecuados de masa, velocidad, pendiente, etc., y trazar los ahorros de energía, como se hace aquí.

La siguiente figura compara una bicicleta de ciclista de 80 kg con llantas de caja estándar frente a una bicicleta de ciclista de 80,1 kg con llantas aerodinámicas. Suponemos que las llantas aerodinámicas ahorran 0,005 m^2 en el área de arrastre en comparación con las llantas estándar. Tres líneas de puntos muestran el ahorro de energía para una subida del 5 %, una carretera plana y un descenso del 5 %. El eje x muestra la velocidad del ciclista en km/h, mientras que el eje y muestra los ahorros para las ruedas más ligeras: cuando la línea punteada está por encima de la línea cero horizontal continua, es mejor tener ruedas más ligeras; cuando la línea punteada cae por debajo de la línea cero horizontal sólida, es mejor tener ruedas más aerodinámicas.

Como ves, solo para subidas pronunciadas a baja velocidad es preferible tener ruedas más ligeras; sin embargo, para esta comparación particular de ahorro de peso y ahorro de resistencia aerodinámica, el beneficio es pequeño, menos de un vatio. A medida que aumenta la velocidad, la línea punteada eventualmente cae por debajo de cero y es mejor optar por los ahorros aerodinámicos.

Eso fue para una colina empinada. En llano y para descensos, casi siempre estarás mejor con las ruedas más aerodinámicas.

Tenga en cuenta que el ahorro de energía sigue siendo relativamente modesto. Al competir, incluso los pequeños beneficios pueden acumularse para determinar la victoria o la derrota, pero para la conducción recreativa normal, es posible que desee tener en cuenta la magnitud de las ruedas más livianas frente a las ruedas más aerodinámicas, especialmente si su presupuesto es limitado. Solo usted puede decidir si el beneficio relativo es rentable.

Pensé que podría agregar algunos comentarios adicionales a esos ejemplos muy buenos y completos de los escenarios de peso aerodinámico que Robert proporcionó el año pasado.

En particular, el escenario dinámico de aceleraciones en terreno llano, que es un poco más complejo que el ciclismo en estado estacionario.

Algunos podrían pensar que las ruedas ligeras acelerarían mejor que las ruedas aerodinámicas más pesadas, pero no es necesariamente el caso. De hecho, es más probable que sea cierto lo contrario, ya que una vez que viaja a gran velocidad, la demanda de energía está dominada por dos factores; cambios en la energía cinética (incluida la rotación) y la superación de la resistencia del aire sustancial y cada vez mayor.

Si reduce la demanda de energía para superar la resistencia del aire, entonces la energía requerida para eso puede usarse para aumentar la energía cinética.

Si eso resulta o no en una ganancia de rendimiento se reduce a la velocidad inicial, cuánto tiempo dura la aceleración, así como la magnitud de las diferencias aerodinámicas y de masa.

Analizo este problema con cierto detalle en esta publicación de blog que hice el año pasado:

http://alex-cycle.blogspot.com.au/2013/02/the-sum-of-parts.html

En ese artículo comparo aceleraciones de 10 segundos de duración desde velocidad cero y desde una velocidad inicial de 30 km/h. En los ejemplos, utilicé una diferencia aerodinámica típica que he medido entre tales ruedas y una diferencia exagerada en la masa de la rueda de 0,5 kg.

Los resultados se representan en gráficos.

Resulta que si comienzas el sprint rodando desde la velocidad (en este caso, 30 km/h), el ciclista con ruedas aerodinámicas más pesado se adelanta inmediatamente y su ventaja continúa creciendo. La rueda aerodinámica más pesada es siempre la mejor opción en ese escenario (a pesar de la gran cantidad de otros factores de elección de la rueda, que describo en la publicación vinculada):

Sin embargo, es un poco diferente de un punto muerto en el que el ciclista con ruedas más livianas tiene una ventaja inicial; sin embargo, el ciclista con ruedas aerodinámicas más pesado comienza a alcanzarlo y supera al ciclista con ruedas más livianas después de aproximadamente 7 segundos, y luego se aleja del ciclista con ruedas más livianas. .

Entonces, una crítica de hot dog con giros de parada casi muertos presenta un dilema interesante, y tal vez podría beneficiarse de una evaluación más individualizada. De lo contrario, si la carrera realmente nunca se ralentiza tanto en las curvas, entonces un juego de ruedas aerodinámico casi siempre será más rápido y / o requerirá menos energía, y acelerará más rápido.

Por supuesto, el escenario exacto para cualquier individuo depende de la forma de su gráfico de potencia de sprint vs tiempo, ya que algunos ciclistas tienen una potencia máxima más alta, algunos ciclistas experimentan desvanecimientos de potencia más rápidos, y así sucesivamente.

Sin embargo, los principios no cambian, ya que la naturaleza y la forma general de las parcelas serán similares, ya que el suministro de energía es fijo y se destina a superar el total de cada factor de demanda de energía, es decir, cambios de energía cinética, superación de la resistencia al aire, resistencia a la rodadura. , cambios de energía potencial (gravedad), fricción del tren motriz. Requiere menos energía para uno, y hay más disponible para los demás.

En ese artículo también cubro el impacto de las diferencias en la masa rotacional de la rueda/momento de inercia, que resulta ser un factor tan pequeño que es casi insignificante.

Creo que depende del curso que estés montando. Los profesionales tendrán múltiples juegos de ruedas y usarán diferentes ruedas según el curso en el que estén montando ese día. El peso realmente solo hace una gran diferencia si estás subiendo o acelerando. Entonces, para un recorrido con mucha escalada, donde la resistencia aerodinámica es mínima de todos modos, a menudo elegirán un juego de ruedas muy liviano sin llantas aerodinámicas. Mientras que en recorridos llanos y contrarreloj donde la aerodinámica da una mayor ventaja, optarán por ruedas aerodinámicas ligeramente más pesadas.

Recientemente hice un análisis adicional sobre el modelo mencionado en mi respuesta anterior, esta vez usando una curva de salida de potencia realista para aceleraciones desde un inicio parado y desde dos escenarios de inicio rodante, en lugar de los supuestos 1000 W planos utilizados en el modelo anterior.

El enlace completo está aquí: http://alex-cycle.blogspot.com.au/2014/12/the-sum-of-parts-ii.html

Pero en resumen, las conclusiones son las mismas, solo pequeñas diferencias en el momento exacto en que la aerodinámica se vuelve más ventajosa en una salida parada. Si ya está rodando en un terreno plano, siempre es una mejor opción, y agregué un tercer escenario, una aceleración cuesta arriba desde una velocidad inicial baja (piense en un giro en U de criterio al pie de la colina). En ese caso, la rueda aerodinámica aún gana, a menos que la línea de meta esté cerca de la curva.

Tenga en cuenta que el ahorro de energía sigue siendo relativamente modesto. Al competir, incluso los pequeños beneficios pueden acumularse para determinar la victoria o la derrota, pero para la conducción recreativa normal, es posible que desee tener en cuenta la magnitud de las ruedas más livianas frente a las ruedas más aerodinámicas, especialmente si su presupuesto es limitado. Solo usted puede decidir si el beneficio relativo es rentable.