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.

En los años 30 un nuevo y extraño diseño de bicicleta apareció en Francia. En esta bicicleta, la persona se coloca en un asiento en posición baja y fácil de montar (reclinado). Esto crea mucho menos resistencia del aire. Esta bicicleta era tan eficiente (debido a que la resistencia del aire era menor) que un ciclista completamente desconocido fue capaz de derrotar a los mejores ciclistas de entonces, así como romper la mayoría de las marcas de velocidad existentes.

El "velocar" probó que la resistencia aerodinámica (resistencia del aire) juega un papel importante en el ciclismo. De hecho, a una velocidad de 8 mph (3.5 metros/segundo) la resistencia aerodinámica de un ciclista y su bicicleta es mayor que la fricción que generan las ruedas al ir rodando contra el suelo. Entonces, ¿cómo puede uno mejorar la aerodinámica de un ciclista y una bicicleta común y corriente? Existen varios aspectos que se pueden mejorar. El aspecto más importante es la posición del ciclista asume en la bicicleta. También el marco, las ruedas, y los componentes (piezas) individuales de la bicicleta se pueden mejorar aerodinámicamente.

El ciclista causa de 65% a 80% de la resistencia total del aire. Por lo tanto, la postura del ciclista es muy importante. La posición adecuada del cuerpo puede reducir la resistencia del aire hasta en un 31% con respecto a una posición vertical.

Los nuevos manubrios 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%.

Se puede 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.

En los últimos años de la década de 1890, ya se conocía el papel que desempeñaba la rueda en la generación de la resistencia aerodinámica. Una rueda típica de bicicleta tiene 32 o 36 rayos. Conforme la rueda va rotando, el flujo de aire se separa y causa turbulencia, lo cual a su vez aumenta la resistencia del aire. Las ruedas hechas de discos sólidos y las de tres rayos reducen considerablemente la resistencia producida por las ruedas normales. 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.

Aunque las bicicletas han sufrido muchos cambios a través de los últimos 100 años, su apariencia todavía es muy similar a la de la bicicleta original. Estos cambios han logrado disminuir la resistencia del aire. Sin embargo, 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.

Rozamiento aerodinámico

El rozamiento aerodinámico es producido por el choque de las moléculas que componen
el aire, que al chocar cambia su cantidad de movimiento y ejerce una fuerza normal a la
superficie. Cuanto mayor sea la velocidad a la que se desplace el ciclista mayor
variación sufrirá la cantidad de movimiento de las moléculas y mayor será la fuerza
normal que ejerzan. Por otra parte el deslizamiento de las moléculas también produce
un importante rozamiento.

El

Cr: Coeficiente de arrastre.
r : Masa específica.
A: Área Frontal proyectada.
V: Velocidad relativa del aire.

El Flujo alrededor del ciclista puede ser de dos tipos:
Flujo Laminar, y Flujo Turbulento:inar, y Flujo Turbulento:

Como hemos dicho el rozamiento aerodinámico depende de la velocidad, pero por más
razones que las anteriormente explicadas. El flujo alrededor del ciclista puede ser
laminar o turbulento. A velocidades bajas el flujo será laminar y por tanto el rozamiento
muy pequeño, pero a velocidades más altas el flujo laminar se vuelve inestable y las
capas del aire comienzan a separarse, como consecuencia el
flujo se vuelve turbulento y el rozamiento es mucho mayor. Sin embargo, la mayor
fuerza de rozamiento tiene lugar en la región cercana de transición de los dos flujos,
pudiendo ser hasta 5 veces mayor que en la región del flujo turbulento. Cuando uno se
traslada en bicicleta este rango de transición se encuentra entre los 15 y los 20 km/h, las
velocidades más frecuentadas en la práctica del deporte.

Crecimiento de la fuerza de rozamiento: