Aspectos aerodinámicos de una bicicleta y las variables que intervienen.

La bicicleta ha existido por más de 100 años. Una de las primeras bicicletas era que tenía una rueda delantera grande y una rueda trasera muy pequeña. Entre más grande era la rueda delantera más rápida era la bicicleta. Este diseño era exclusivo de las personas altas y no fue popular por mucho tiempo.

Para 1880, la bicicleta moderna había aparecido y era conocida como la bicicleta segura.

Existen varios aspectos de una bicicleta como el marco, las ruedas, y los componentes (piezas) individuales de la bicicleta, que se pueden mejorar para lograr que la ésta sea más aerodinámica, pero el aspecto más importante es la posición del ciclista que asume en la bicicleta. El ciclista causa de 65% a 80% de la resistencia total del aire. Desde hace mucho tiempo se ha sabido de la importancia que tiene la postura del ciclista. La posición agachada para las competencias y los manubrios bajos se han utilizado desde la década de 1890. Pruebas en el túnel de viento, al igual que otros experimentos, han demostrado que la posición adecuada del cuerpo puede reducir la resistencia del aire hasta en un 31% con respecto a una posición vertical.

Se puede afirmar que la fuerza aerodinámica más importante que se opone al desplazamiento en ciclismo es la componente de arrastre, la cual puede considerarse compuesta de un arrastre viscoso o superficial, producido por la fricción laminar del aire contra la bicicleta y el ciclista, más un arrastre de forma producido por el déficit de momento de la estela al existir separación de las líneas de corriente. Cuando el ciclista

o cualquier componente de la bicicleta se desplaza a través del aire se produce necesariamente un rozamiento del aire con dicha superficie, lo que constituye una fuerza que reduce la velocidad del ciclista denominada fuerza de arrastre viscoso o superficial. Su mayor o menor intensidad está relacionada con la viscosidad del fluido y el rozamiento de deslizamiento del aire a través de la superficie.

Debido a la menor densidad de aire, los registros de velocidad conseguidos por ciclistas experimentados en la ciudad de México (2.260 m.de altitud) son entre un 3% y un 5% mejores que los realizados a nivel del mar,.(Gross; Kyle & Malewicki, 1984).

Como se ha comentado, la fuerza de arrastre viscoso tiene su origen en el desplazamiento que se produce entre las capas de aire más próximas a la superficie del ciclista y bicicleta. Dicho desplazamiento es mayor cuando se incrementa el rozamiento de deslizamiento del aire a través de la superficie o, lo que es igual, cuando se incrementa el coeficiente de rozamiento. Por el contrario, un coeficiente de rozamiento pequeño hace que las capas de aire se deslicen a través de la superficie, en lugar de desplazarse con ella, reduciéndose la fuerza de arrastre viscoso. En este sentido, los trajes muy ceñidos, de una sola pieza y de materiales de fibras suaves puede reducir el rozamiento hasta un 30%, comparado con el mismo ciclista vistiendo pantalones ajustados y chaqueta (Faria & Cavanagh, 1978; Gregor, Broker & Ryan, 1991)

La fuerza de arrastre de forma se produce cuando el aire que se desliza alrededor del objeto es incapaz de seguir su contorno. En esta situación, parte del aire se frena cuando choca con la sección transversal del cuerpo perpendicular al flujo y otra parte es incapaz de seguir el contorno de la superficie, produciéndose dos vórtices iguales o corrientes en torbellino detrás del ciclista que, según el teorema del momento cinético, producen una fuerza de arrastre opuesta al desplazamiento. Además, este hecho hace que la velocidad del flujo sea mayor detrás del ciclista que en la parte frontal y, según el teorema de Bernoulli, se produce una fuerza de succión posterior que reduce la velocidad del ciclista. Según lo expuesto, la magnitud de fuerza de arrastre de forma, dependerá básicamente de la sección transversal o área frontal expuesta al desplazamiento.

De los componentes de las bicicletas que mayor afecta en la fuerza de arrastre es el manubrio, ya que han permitido que los ciclistas logren obtener una posición aerodinámica óptima. Esta posición consiste en agachar la cabeza, manteniendo la espalda derecha. Aún así se puede pedalear eficientemente. En esta posición la resistencia del aire se reduce en un 25%. El casco también puede ayudar a disminuir la resistencia aerodinámica, aproximadamente un 2%. De hecho, los cascos aerodinámicos modernos hacen que la resistencia del aire sea menor. Por lo tanto, un casco apropiado no sólo te protege la cabeza, sino puede ayudarte a ganar una carrera.

Desde los primeros años de la década de los 80, ha habido grandes avances en la aerodinámica de los marcos de bicicleta. El primer paso consistió en utilizar tubos ovalados, en vez de tubos redondos. Esto ayuda a aerodinamizar el marco, reduciendo la "separación del flujo" (la corriente aérea, que se abre para dar paso a la bicicleta, se vuelve a juntar más pronto una vez que ha pasado el ciclista, reduciendo de esta manera la resistencia del aire). Otra manera de reducir la resistencia del aire es cubriendo el tubo del asiento con ciertas estructuras que lo hacen más aerodinámico. Gracias a los materiales modernos, algunos de los tubos del marco han sido eliminado para reducir la resistencia. Generalmente, se elimina la barra transversal. En otras bicicletas se ha eliminado el tubo del asiento. Para disminuir la resistencia aerodinámica todavía más, los ciclistas olímpicos utilizan bicicletas que está hechas especialmente a la medida de su cuerpo.

Algo más complejo es el estudio de la aerodinámica de las ruedas, ya que el giro produce ciertos cambios en las turbulencias que producen los vórtices y las presiones cambian su posición. Los estudios desarrollados por Kyle (1990) en túneles de viento, sobre la aerodinámica de las ruedas, nos informa sobre las ventajas aerodinámicas que tienen las actuales ruedas de tres radios, comportándose igual o mejor que las ruedas lenticulares. Tanto las ruedas de tres radios como las lenticulares se comportan mejor que todas las probadas con radios de acero, incluidas las de 16 radios. La resistencia del aire producida por estas ruedas aerodinámicas disminuye o aumenta dependiendo del viento de costado. El viento que viene de los lados puede causar la resistencia o sustentación.

Otro tema relativamente sencillo son los cables, los cuales deben estar bien montados.

Las bicicletas han sufrido muchos cambios a través de los últimos 100 años, estos cambios han logrado disminuir la resistencia del aire. Sin embargo, no hay que dejar de considerar que cuando uno viaja en bicicleta en grupo, las ventajas que se obtienen al escudarse con los ciclistas de enfrente son aún más importantes que cualquier otra ventaja adquirida por el uso de equipo aerodinámico.

Finalmente, claro que hay más aspectos que influyen, pero nunca se debe perder de vista que la aerodinámica debe ser subordinada por la comodidad y la transmisión de energía