¿Las llantas aerodinámicas valen más peso?

Tenía la impresión de que reducir el peso de las ruedas es importante. Sin embargo, me doy cuenta de que muchas de las llantas aerodinámicas de gama alta son en realidad más pesadas que las llantas más baratas del mismo fabricante.

Por ejemplo:

• Las ruedas EA90 SLX relativamente básicas de Easton registran 1398 gramos y alrededor de $ 1000 por un par, mientras que su EC90 TKO de gama alta son 1545 gramos por el doble del precio.

• Los rines Kysrium Elite S de Mavic pesan 1520 gy menos de un tercio del precio de sus rines Cosmic Carbone 80 de alta gama a 1640 g.

• El 30 Clincher de Zipp cuesta solo $ 850 por un par de 1655 g, mientras que sus 808 Firecrest® Carbon Clinchers cuestan $ 3000 y pesan 1730 g.

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 agregado compensa la ganancia? ¿O es exagerada la importancia de reducir el peso rotacional ?

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 agregado compensa la ganancia?

Un cálculo exacto dependerá de la masa total de usted y su bicicleta, su velocidad, el viento, su ángulo, ya sea que esté subiendo, plano o descendiendo, y la velocidad a la que va (o la potencia que tiene) re 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 arrastre, CdA, en .005 m ^ 2. Esa es una mejora en el estadio de béisbol para una rueda aerodinámica razonable 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 dio en esta respuesta 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 por masa, velocidad, pendiente, etc., y trazar los ahorros de energía, como se hace aquí.

La figura a continuación compara una bicicleta de 80 kg para ciclista plus con llantas de caja estándar frente a una bicicleta de 80,1 kg para ciclista plus con llantas aerodinámicas. Suponemos que las llantas aerodinámicas ahorran .005 m ^ 2 en el área de arrastre en comparación con las llantas estándar. Tres líneas punteadas muestran el ahorro de energía para un ascenso del 5%, un camino plano y un descenso del 5%. El eje x muestra la velocidad del conductor 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 sólida, es mejor tener ruedas más ligeras; Cuando la línea punteada cae debajo de la línea cero horizontal continua, es mejor tener las ruedas más aerodinámicas.

Como puede ver, solo para ascensos empinados 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 de puntos finalmente cae por debajo de cero y se vuelve mejor optar por los ahorros aerodinámicos.

Eso fue para una colina empinada. En el plano y para descensos, casi siempre estará mejor con las ruedas más aerodinámicas.

Tenga en cuenta que el ahorro en energía sigue siendo relativamente modesto. Al competir, incluso pueden acumularse pequeños beneficios para determinar la victoria o la pérdida, pero para la conducción recreativa normal, es posible que desee tener en cuenta la magnitud de las ruedas más ligeras frente a las 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 muy buenos y completos ejemplos de los escenarios de peso aerodinámico que Robert proporcionó el año pasado.

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

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 ocurra 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 del arrastre de aire sustancial y cada vez mayor.

Si reduce la demanda de energía para superar el arrastre de aire, la energía requerida para eso se puede utilizar para aumentar la energía cinética.

Ya sea que eso resulte o no en una ganancia de rendimiento se reduce a la velocidad de arranque, cuánto dura la aceleración, así como la magnitud de las diferencias aerodinámicas y de masa.

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

Los resultados se trazan en gráficos.

Resulta que si está comenzando a correr a toda velocidad (en este caso, 30 km / h), el piloto más pesado de la rueda aerodinámica se adelanta de inmediato y su ventaja continúa creciendo. La rueda aerodinámica más pesada siempre es la mejor opción en ese escenario (a pesar de la miríada 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 conductor de la rueda más ligera tiene una ventaja inicial, sin embargo, el conductor de la rueda aerodinámica más pesada comienza a alcanzarlo y lo toma después de unos 7 segundos, y luego se aleja del conductor de la rueda más ligera. .

Por lo tanto, un crítico de hot dogs con giros casi sin salida presenta un dilema interesante y quizás podría beneficiarse de una evaluación más individualizada. De lo contrario, si la carrera 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 potencia de sprint frente a la trama de tiempo, ya que algunos corredores tienen una potencia máxima más alta, algunos experimentan un desvanecimiento de potencia más rápido, 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 trata de superar el total de cada factor de demanda de energía, es decir, cambios de energía cinética, superación del arrastre de aire, resistencia a la rodadura. , cambios de energía potencial (gravedad), fricción de la transmisión. Requiere menos energía para uno, y hay más disponible para los demás.

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

Creo que depende del curso en el que estés montando. Los profesionales tendrán múltiples juegos de ruedas y usarán diferentes ruedas dependiendo del curso en el que estén conduciendo durante el día. El peso realmente solo hace una gran diferencia si estás subiendo o acelerando. Entonces, para un curso con mucha escalada, donde la resistencia aerodinámica es mínima de todos modos, a menudo elegirán un juego de ruedas muy ligero sin llantas aerodinámicas. Mientras que en pistas planas y contrarreloj donde la aerodinámica ofrece una mayor ventaja, irán con las ruedas aerodinámicas un poco más pesadas.

Recientemente hice un análisis adicional sobre el modelado al que me referí en mi respuesta anterior, esta vez usando una curva de potencia de salida realista para las aceleraciones desde un inicio constante y desde dos escenarios de inicio continuo, en lugar del supuesto plano de 1000W utilizado 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 una pequeña diferencia en el momento exacto en que el aero se vuelve más ventajoso en un comienzo estable. Si ya está rodando en terreno plano, siempre es una mejor opción, y agregué un tercer escenario, una aceleración cuesta arriba desde una velocidad de inicio baja (piense en un criterio de giro en U en la parte inferior de la colina). En ese caso, la rueda aerodinámica sigue ganando, a menos que la línea de meta esté cerca de la curva.

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