Desde su creación, la Madone ha apostado por la velocidad. Pero conforme las bicis y las carreras de bici se van volviendo más rápidas, mantenerse a la vanguardia implica mejor tecnología que nunca.

Desde que se lanzó la primera Madone en 2003, la velocidad promedio de los corredores profesionales de las carreras de las Clásicas de Primavera aumentó cerca de 1.5km/h. Esto significa que un ciclista de hace veinte años necesitaría aumentar su potencia a más de 35 watts para competir a la velocidad de hoy, asumiendo que su equipamiento no progresó para ayudarlo a ser más rápido. A estas velocidades, el arrastre aerodinámico es responsable de casi el 90% de la potencia de resistencia, por lo tanto, mejorar la aerodinámica es una prioridad para cualquiera que quiera ganar.

La totalmente nueva Madone es la siguiente evolución de lo que puede considerarse una bici de carrera. Seguí leyendo para aprender más sobre la aerodinámica detrás de nuestra bici de carrera más rápida de toda la historia.

IsoFlow, presión total y arrastre de cuadros

El cambio más notorio en la nueva Madone es el innovador sistema IsoFlow, que mejora la aerodinámica, el peso y la comodidad del ciclista. Pero ¿cómo reduce el arrastre?

Inicialmente, IsoFlow se creó identificando las áreas de mayor arrastre en la Madone de sexta generación y estudiando el flujo de aire en estos puntos. En las primeras etapas del diseño, logramos esto utilizando un software de simulación del flujo de aire llamado dinámica de fluidos computacional (Computational Fluid Dynamics, CFD).

Por lo general, no nos preocupa tanto modelar componentes más pequeños, como porta caramañolas y rayos en este punto del proceso de diseño. Por el contrario, estamos centrados en aumentar la velocidad de la simulación para replicarlo en más diseños. El resultado es una simulación con la que se modela, de manera relativa y apropiada, el movimiento en masa del flujo del aire, y que puede solucionarse en cuestión de horas, en lugar de días, utilizando nuestras supercomputadoras. El único elemento que nunca omitimos es el ciclista (aunque a veces lo escondemos para la visualización), al que lo incluimos en la CFD, ya sea de manera dinámica, pedaleando, o modelando una gama de posiciones de las piernas en todo el ciclo de pedaleo. Simulamos miles de condiciones y prototipos en la CFD para estudiar rápidamente la mayor cantidad de diseños posibles con túneles de viento o pruebas de manejo.

Abajo vas a encontrar una ilustración de la primera etapa de la CFD en la Madone de la generación anterior comparada con una bici con el concepto IsoFlow. Acá visualizamos las áreas de gran arrastre como “nubes”, en las que el rojo representa el mayor arrastre que se produce. En este ejemplo, el ciclista está oculto para permitirnos ver mejor lo que está haciendo el flujo de aire en el cuadro. La ilustración muestra claramente cómo se limpian los epicentros de arrastre mediante la inclusión del nuevo IsoFlow.

Si bien las nubes rojas son indicadores de arrastre, lo que realmente representan es la “presión total”. Sin sumergirnos demasiado en los conceptos de aerodinámica, pensá en la presión total como una medida de energía dentro del flujo. Nosotros queremos evitar áreas de presión total baja (o energía baja) porque esto genera arrastre. Dependiendo de qué tan interesante era tu profesor de física, tal vez recuerdes haber aprendido sobre la conservación de la energía. Acá se aplica: si se está eliminando la energía del flujo de aire, la energía viene de algún lugar. En este caso, ¡ese lugar son las piernas!

En el nuevo diseño de la Madone SLR, IsoFlow puede aumentar la energía del flujo alrededor y a través de la unión del soporte del asiento proporcionando un camino limpio para el flujo de aire. Esto es una mejora sobre el diseño tradicional en el que el aire debe comprimirse alrededor del tubo de asiento y de la tijera superior del asiento, haciendo que interactúe con las piernas en movimiento y, al mismo tiempo, aumente el arrastre.

IsoFlow y arrastre del ciclista

IsoFlow hace más que solo reducir el arrastre en el cuadro. El movimiento rápido del aire que recorre a través de IsoFlow agrega energía al área donde se genera la mayor cantidad de arrastre: detrás y debajo del ciclista. Cuando pedaleás, se forman vórtices que giran en sentido contrario mientras el aire intenta negociar todas las vueltas y giros que necesita para recorrer tu espalda y tus piernas. Este efecto está documentado en algunos estudios universitarios respetables, y también podemos verlo en nuestra CFD. En la animación de abajo, los vórtices que giran en sentido contrario están coloreados según la magnitud y la dirección de la rotación para diferenciar ambas.

La mayor parte del arrastre del sistema bici-ciclista proviene del ciclista y gran parte se origina en este mismo efecto. IsoFlow ayuda a dirigir el aire a esta área de presión baja y a reducir el arrastre que crea el ciclista. El efecto es pequeño, pero cualquier pequeño cambio a la enorme cantidad de arrastre que genera un ciclista puede, generalmente, tener mayor impacto que las reducciones en el arrastre del cuadro. La animación de abajo muestra nuevamente los vórtices del ciclista, pero esta vez coloreados según la presión total y resaltando las líneas de corriente a través de IsoFlow que suben para agregar energía a la activación del ciclista.

Los efectos del pedaleo y del “aire sucio” se pueden estudiar en mayor detalle en el túnel de viento, que es a donde llevamos nuestros prototipos luego de que surgen nuestros conceptos más prometedores de la dinámica de fluidos computacional. Los túneles de viento que usamos están respaldados por agencias aeroespaciales líderes para su diseño e investigación debido a su capacidad de medir pequeños cambios en la fuerza de arrastre y de presumir flujos de aire de alta calidad.

Al igual que la CFD, siempre ponemos a prueba la aerodinámica con un ciclista sobre la bici. Después de todo, las bicis no andan solas. El ciclista tiene un impacto enorme en las cualidades aerodinámicas de un cuadro. Pero la inclusión del ciclista presenta un problema. Por lo general, cambiamos las superficies por solo milímetros entre los diseños, por lo tanto, nuestros resultados en el túnel de viento deben ser muy repetitivos para detectar las diferencias en el arrastre de un modelo a otro. Incluso los ciclistas profesionales más experimentados no pueden repetir sus movimientos con la exactitud suficiente para que nosotros aislemos un sutil efecto de un único y pequeño cambio de diseño. Entonces, ¿qué hacemos?

Ponemos a Manny, el maniquí que pedalea.

Manny combina los beneficios de hacer pruebas con un ciclista (incluidas la aerodinámica real y la capacidad de estudiar los efectos de la turbulencia generados por el cuerpo y por el pedaleo) mientras se evitan las desventajas de un humano que no puede mantener una posición perfecta (y que puede quejarse luego de un largo día de pruebas en el túnel de viento). Con Manny, podemos estudiar los cambios de los diseños con una repetibilidad de alrededor ±1 Watt a 45km/h. Aún llevamos a cabo pruebas en túneles de viento con ciclistas humanos para verificar nuestros resultados y estudiar el impacto en corredores del equipo Trek-Segafredo, pero con Manny comienza la magia.

Estos datos muestran que las mejoras en el arrastre que se estimaron en la CFD se validaron en el túnel de viento. Con solo un cambio de bici de la generación previa a la nueva Madone de séptima generación, el arrastre se pierde drásticamente a medida que el ciclista entra en condiciones de viento transversal incluso menores. En este escenario, el ciclista está exactamente en la misma posición si comparamos la generación previa y la generación nueva.

Sin embargo, si el ciclista usa el nuevo poste de manubrio de Madone y mantiene el tamaño de la barra de las generaciones anteriores, los mandos se mueven hacia el interior 3cm. La posición aerodinámica final deriva en una reducción del arrastre adicional en casi todos los ángulos de viraje, especialmente en condiciones de viento transversal bajo.

Si el ciclista quiere renunciar a una posición más ajustada de los brazos, puede usar una barra o un poste de manubrio nuevos de mayor tamaño o usar otra solución para el manubrio. Aún así, notará las mejoras en la bici, pero no en el cambio de posición.

¿Qué significa esto para los ciclistas?

Para comparar las bicis de un modo más sencillo, podemos promediar el arrastre en todos los ángulos de viraje para obtener un número de arrastre de cada bici. Sin embargo, un promedio simple no es representativo de lo que sucede en la vida real, porque no se encuentra cada ángulo de viraje durante un periodo de tiempo igual. En cambio, debemos aplicar un promedio ponderado que represente la frecuencia con la que se encuentra un ángulo o una condición de viento transversal.

Para hacer esto, calculamos el porcentaje teórico de tiempo que el ciclista pasará en cada ángulo de viraje a lo largo de varias rodadas y condiciones de viento utilizando la distribución de viento de Rayleigh que se aproxima a las condiciones normales de viento en la Tierra. Luego, validamos esos cálculos con datos que recolectamos durante recorridos en la vida real con un sensor de viento integrado en la bici. Las condiciones más frecuentes son de viento transversal bajo, o ángulo de viraje bajo, (0° es lo más frecuente). Ninguna rodada coincidirá exactamente con esta distribución de viraje, pero cuanto más larga sea su rodada, más se acerca a ella con el tiempo.

Finalmente, para que los datos sean más significativos, el arrastre de viraje ponderado se convierte en un ahorro de energía y de tiempo de la bici nueva. Por ejemplo, los cambios de bici y de posición se combinan con un ahorro de tiempo de 60 segundos sobre una hora para un ciclista que utiliza el mismo esfuerzo en relación con la Madone de la generación anterior.

La Madone se diseñó pensando en nuestro equipo ciclista profesional, pero todos los ciclistas pueden aprovechar estos beneficios en la aerodinámica. El ahorro de tiempo que un ciclista observará no es tan sensible a la velocidad de pedaleo como podrías pensar, ya que a velocidades más bajas tenés más tiempo para aprovechar el beneficio de la aerodinámica.

Y para los ciclistas profesionales que necesitan competir a velocidades de carrera cada vez más altas, la Madone nueva es una incorporación crucial al conjunto de avances aerodinámicos a su disposición. Con estos resultados de los túneles de viento, al promedio de las velocidades de las Clásicas de Primavera de hoy, la nueva Madone SLR y la posición de su manubrio aerodinámico pueden ayudar a un ciclista a cambiar la Madone vieja y aumentar su velocidad otros 0.7km/h. Eso es casi la mitad del aumento total en la velocidad de carrera desde la Madone original en 2003, y una verdadera evolución en la aerodinámica.

Acerca del autor

John Davis es el Líder del Equipo de Aerodinámica en Trek Bicycle. Tiene una licenciatura en Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Princeton y una maestría en Ingeniería Aeroespacial en el Instituto de Tecnología de Georgia.