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Siempre se ha dicho que el mayor enemigo del ciclista es el viento. Cualquier persona que haya montado en bici sabe que una ligera brisa en contra supone doblar el esfuerzo para tratar de mantener la misma velocidad. Esto sucede de igual forma aunque no tengamos viento en contra: la resistencia del viento es la mayor fuerza que el ciclista tiene que vencer cuando circula en llano. Por estos motivos, optimizar la aerodinámica debería ser una prioridad para cualquier ciclista competitivo.

Yago Alcalde. Licenciado en Ciencias de la Actividad Física y el Deporte. Máster en Alto Rendimiento Deportivo. Entrenador Nacional de Ciclismo – Ciclismo y Rendimiento

Conceptos básicos sobre aerodinámica

Cuando un ciclista circula en llano, debe vencer dos tipos de resistencias: rodadura y aerodinámica. La resistencia de rodadura es la resultante del roce de las ruedas con el asfalto. La resistencia aerodinámica es la que ofrece el aire frente al conjunto ciclista más bici. A medida que la velocidad de desplazamiento aumenta, el porcentaje de la potencia que se emplea para vencer cada una de estas dos resistencias va variando. A 15km/h, el porcentaje de la potencia que se destina a vencer la resistencia de rodadura es muy similar al destinado a vencer la fuerza aerodinámica. Sin embargo, a 30km/h, el 76% de la potencia se necesita para vencer la fuerza aerodinámica, mientras que a 40km/h este porcentaje alcanza el 90% (Di Prampero, 2000). Estos datos nos sirven para corroborar que el mayor enemigo del ciclista es el viento, que cualquier mejora aerodinámica se va a traducir una mayor velocidad y que cuanto mayor es la velocidad de desplazamiento mayor importancia cobra la aerodinámica. Cuando se pedalea en subida, la resistencia aerodinámica va perdiendo importancia a favor de la fuerza de la gravedad. Y en ese momento es cuando el peso del ciclista es realmente determinante.

La resistencia que ofrece un ciclista cuando pedalea contra el viento se denomina fuerza de arrastre aerodinámico (FA) (drag en inglés). El FA de un ciclista se calcula mediante la siguiente fórmula matemática:  .  es igual a la densidad del aire. S es el área frontal del conjunto bici+ciclista. Cx es el coeficiente de arrastre aerodinámico, que determina como afectan las formas del ciclista o de la bici sobre la resistencia al aire.  es la velocidad al cuadrado, es decir, que la FA respecto a la velocidad tiene una relación exponencial. Esto significa que pasar de 30 a 35km/h no es lo mismo que pasar de 35 a 40km/h como se puede ver en el gráfico 1.

Gráfico 1. Potencia necesaria para circular a diferentes velocidades

Respecto a la densidad del aire, tan solo señalar que disminuye con la altitud, por lo que cuando se disputan pruebas a una mayor altura las condiciones aerodinámicas serán más favorables. Esta ventaja es relativa, puesto que el ejercicio en altitud disminuye el rendimiento deportivo en términos fisiológicos, y por lo tanto, es necesario valorar ambas circunstancias en conjunto.

El área frontal del ciclista más la bicicleta es uno de los factores que mayor influencia tiene sobre la resistencia aerodinámica. Como es lógico, la forma más efectiva de reducir el área frontal de un ciclista es colocar el tronco en posición horizontal así como juntar los codos, es decir, lo que se busca en la posición de contrarreloj o triatlón. En  cuanto a la bicicleta, los fabricantes cada vez intentan hacer cuadros y componentes que ofrezcan una menor área frontal.

El Cx (coeficiente de arrastre aerodinámico) del ciclista se puede mejorar principalmente con el uso de material aerodinámico: ruedas de perfil alto y/o lenticulares, cascos aerodinámicos, ropa del ciclista y diseño del cuadro de la bici.

Métodos de valoración aerodinámica: medición del drag en un velódromo.

Existen varios métodos para cuantificar la fuerza de arrastre aerodinámico. Entre ellos, el que se realiza en el túnel del viento es el que realmente ofrece las mediciones más fiables sobre cuál es la posición del ciclista y los materiales más rápidos. El túnel del viento tiene dos inconvenientes a tener en cuenta. El primero es que su acceso es limitado, principalmente por la poca oferta que hay (al menos en España) y por su elevado coste. El segundo es que las posiciones más aerodinámicas que se pueden estudiar en el túnel del viento no tienen por qué ser las más útiles en la carretera si no se tienen en cuenta las repercusiones metabólicas y posturales que esa posición puede generar. Llega un momento en que la posición más aerodinámica no es sostenible por el ciclista en términos de comodidad, especialmente si nos referimos a triatletas de media (90km) y larga (180km) distancia. En cuanto al metabolismo, forzar mucho la posición aerodinámica (ángulo del tronco demasiado bajo, codos muy juntos y brazos más estirados) puede suponer una merma en la capacidad del ciclista para generar vatios sobre los pedales y tolerar la fatiga. Por este motivo, la posición más rápida sobe una bici se debe determinar en función de la unión entre aerodinámica y sostenibilidad de la posición.

Cuando no se tiene acceso a un túnel del viento, es posible hacer unas estimaciones sobre aerodinámica con la ayuda de un medidor de potencia y unas circunstancias externas lo más estables posible. Sin necesidad de hacer una gran cantidad de cálculos y complejas estimaciones matemáticas, la idea principal es comparar los datos de velocidad y de potencia en función de la posición adoptada sobre la bicicleta o de los materiales empleados. Para ello,  el único requisito imprescindible que se necesita para que los datos tengan la precisión y la fiabilidad necesaria es que las condiciones de viento sean totalmente estables. Como es lógico, esto solo se consigue en un velódromo cubierto. Si no se tuviera acceso a uno cubierto, estos tests también se podrían hacer en uno exterior siempre y cuando las condiciones de viento fueran las óptimas. Incluso, se podría hacer en una carretera abierta llana y controlando que las condiciones de viento sean totalmente estables. En cuanto al medidor de potencia a emplear, tanto SRM como Powertap gozan de la suficiente validez y reproducibilidad como para poder emplearlos en la medición precisa de la potencia desarrollada por el ciclista.

El protocolo a seguir se resume en lo siguiente: recorrer una distancia fija a una determinada velocidad y registrar la potencia media empleada en función de las variables que queramos comparar: posiciones del ciclista sobre la bici o diferentes materiales. Mediante el análisis de los datos de potencia podremos estimar la posición y los materiales con los que el ciclista ha sido capaz de ahorrar una mayor cantidad de vatios, y por lo tanto, reducir su FA. Existe otra forma de realizar el protocolo en la que en vez de fijar una velocidad fija, se fija una potencia media y se ve la repercusión sobre la velocidad. Es lo mismo, pero para el ciclista suele ser más sencillo fijar una velocidad fija en vez de una potencia.

Como ya se ha señalado, los datos que se obtienen en un túnel del viento gozan de una mayor precisión y fiabilidad. Sin embargo, hacer estas pruebas en un velódromo aportan un mayor grado de realismo en cuanto a las sensaciones del ciclista pedaleando “de verdad” sobre una bici en movimiento y durante una mayor número de minutos. De esta forma, se obtiene una mejor información acerca de la ergonomía de las diferentes posiciones, ya que el ciclista tendrá que rodar en cada una de ellas durante el tiempo que estimemos necesario y podrá valorar la sostenibilidad en el tiempo de cada una de ellas.

En cuanto a la duración de cada una de las pruebas, cuanto más duren más fiables serán los registros. Se debe tratar de hacer pruebas que oscilen entre 1 y 2 kilómetros. Y lo ideal es hacer al menos un par de pasadas con cada posición. Así obtenemos datos más fiables al obtener la media de ambas pasadas. La mayor o menor duración de cada una de las pruebas así como el número de pasadas a realizar depende sobre todo de la cantidad de pruebas que queramos hacer, teniendo en cuenta que el cansancio y la concentración del ciclista a lo largo de los diferentes tests puede hacer que se prolongue demasiado la sesión.

A la hora de hacer las diferentes pruebas sobre la optimización de la aerodinámica en función de la posición del ciclista sobre la bici, habrá que valorar la influencia de las siguientes variables sobre la velocidad/potencia así como la comodidad o el coste metabólico que pueden suponer:

  • Angulación de la espalda, que estará definida por la altura del manillar/acople así como la distancia del acople respecto al sillín. Habrá que buscar un compromiso entre aerodinámica (espalda lo más horizontal posible) y sostenibilidad: molestias cervicales según pasa el tiempo.
  • Anchura del acople. Cuanto más pegados vayan los codos más aerodinámica será la posición. También es más incómoda…
  • Posición de los antebrazos respecto a la horizontal, asumiendo que cuando se colocan en posición exactamente horizontal se minimiza el drag.
  • Alcance del acople, es decir, una posición más o menos estirada. Se valora midiendo la angulación del brazo respecto al tronco. En la bici, se mide la distancia entre la punta del sillín y el acople.

A la hora de optimizar la posición aerodinámica es fundamental tener en cuenta el tipo de competición en la que el ciclista va a competir, especialmente en cuanto a la duración de la misma. Como ya se ha comentado anteriormente, la posición más aerodinámica no tiene porque ser la más rápida en la competición real, ya que para que sea la más rápida también debe ser suficientemente cómoda como para que el ciclista la pueda mantener sin sufrir molestias y dolores. Las molestias y dolores que las posiciones aerodinámicas suelen producir están muy relacionadas con el tiempo que el ciclista tenga que pedalear en esa posición. Por este motivo, es diferente la posición que se puede adoptar para realizar una contrarreloj de 20 kilómetros si la comparamos con la posición que se lleva en una bici de triatlón para recorrer los 180km que dura un Ironman. Incluso dentro de una misma distancia, también podemos encontrar diferencias en función de la orografía del recorrido, ya que si hay muchos kilómetros de subida en los que no se adopte la posición aerodinámica el tiempo total de rodar acoplado será mucho menor…

Tests realizados en bici de ruta.

De forma experimental, hemos hecho una serie de tests en un velódromo cubierto para valorar la influencia de la aerodinámica sobre la velocidad y la potencia. Se hicieron 8 tests de 1km de duración, es decir, el ciclista recorrió un kilómetro a velocidad constante en diferentes bicis, diferentes posiciones y con diferentes cascos. La potencia desarrollada en cada una de las pruebas fue registrada con un buje Powertap G3 recientemente calibrado. Para conocer y describir la posición del ciclista en las diferentes posiciones utilizamos el sistema Retül, con el que es posible hacer una captura del movimiento del ciclista en tres dimensiones.

Primeramente, quisimos comparar las diferencias entre rodar en una bici de ruta a 30 o a 40km/h, con las manos en las manetas (arriba) o con las manos en la parte baja del manillar. En el cuadro 1 podemos apreciar el ahorro de potencia que conseguimos si colocamos las manos en la parte baja del manillar: 20w rodando a 30km/h y 32w rodando a 40km/h. Esta diferencia pone de manifiesto la importancia de realizar un correcto ajuste de la bicicleta de forma que el ciclista pueda pedalear de forma cómoda con las manos en la parte baja del manillar de cara a mejorar su aerodinámica cuando rueda a velocidades elevadas. El beneficio aerodinámico es muy evidente. También nos llamó la atención la relación exponencial que supone el pasar de 30 a 40km/h: ¡casi el doble de vatios!. De 149 a 288w con las manos en la parte baja del manillar.

Test realizados en bici de crono

El primer test realizado sobre la bici de contrarreloj nos sirve para comparar la cantidad de vatios que se pueden ahorrar cuando se reduce el área frontal del ciclista a base de flexionar más la cadera y colocar los brazos sobre un manillar de triatlón. Rodando a 40km/h, se ahorraron 24w más que cuando se rodó a 40km/h con las manos en la parte baja del manillar, y 56w si lo comparamos con la posición sobre la bici de ruta con las manos en las manetas. Si hacemos una simulación en la que la potencia es el valor fijo, obtendríamos las siguientes velocidades si un ciclista pedalea a 250w: 32,5km/ con las manos en las manetas, 36,5km/h si coloca las manos en la parte baja del manillar y 38,7km/h si usa un manillar de triatlón.

El segundo test realizado sobre la bici de contrarreloj se realizó para estimar la influencia del uso de un casco aerodinámico en comparación con un casco de ruta. Como se puede ver en el cuadro 1, el uso del casco aerodinámico supuso un ahorro de 22w, lo que supone una gran ventaja si se tiene en cuenta lo fácil que es ponerse un caso u otro. Respecto a los cascos aerodinámicos es necesario especificar que la casi ausencia de ventilación puede ser un factor a tener en cuenta en situaciones de mucho calor, puesto que podría contribuir a una insuficiente refrigeración corporal. Asimismo, es interesante apuntar que los beneficios del casco aerodinámico se producen cuando se va mirando hacia delante y no si se va mirando un poco hacia abajo por motivos de molestias en la zona cervical. Es decir, que si se opta por usar un casco aerodinámico, es necesario asegurarse de que se podrá mantener la cabeza mirando hacia delante con normalidad.

El tercer test hecho sobre la bici de contrarreloj sirvió para ver la influencia de colocar al ciclista en una posición más recogida y con los codos más flexionados. Esta posición se asemeja en parte a la que emplea el ciclista Levy Leipheimer. Para adoptarla, no variamos la posición del sillín. Acortamos la potencia en 4cm y colocamos el acople con las barras hacia arriba en vez de horizontales (foto 2), situando el ángulo del antebrazo respecto a la horizontal en 20 grados en vez de los 0 grados en los que estaba en la posición anterior. Esta posición resultó ser más rápida que la que en teoría sería la ideal: antebrazos totalmente horizontales y brazos un poco más extendidos hacia delante (foto 1). La explicación podría venir porque se ha reducido el área frontal a la altura del pecho. En ambas posiciones, el ángulo de la espalda respecto a la horizontal fue el mismo: 14 grados.

El cuarto test consistió en experimentar con una posición más propia de triatlón que de contrarreloj. La principal diferencia es que se buscó una posición más cómoda a base de elevar ligeramente la altura del acople (20mm) y adelantar el sillín 5cm. Este cambio supuso una mayor angulación de la espalda respecto a la horizontal, pasando de 14 a 18 grados. Igualmente, el ángulo del brazo respecto a la espalda se redujo, pasando de 84 grados a 73, que es la forma de conseguir un mejor soporte del peso corporal cuando se trata de pasar varias horas pedaleando en la posición acoplada. En las anteriores pruebas, se respetó el reglamento de la UCI respecto al retroceso del sillín, que nunca puede ser menor de 5cm. Esta medida se realiza colocando una plomada en la punta del sillín y midiendo la distancia entre la plomada y el eje del pedalier de la bici. Como era de esperar, el aumento de angulación de la espalda supuso un incremento en el área frontal, y por lo tanto, un mayor FA, que se tradujo en un coste extra de 24w para mantener los 40km/h. Una pequeña muestra de la influencia del ángulo de la espalda sobre la aerodinámica.

Por motivos logísticos, no nos fue posible hacer una estimación de la mejora aerodinámica que hubiera supuesto el uso de ruedas de perfil alto frente a ruedas de perfil normal/bajo. Los estudios realizados al respecto nos muestran que el empleo de las ruedas de perfil supone una clara ventaja aerodinámica que debería ser utilizada siempre que se pueda.

Conclusiones finales

  • En competiciones donde no se pueda rodar a rueda de otros ciclistas, la resistencia aerodinámica es la mayor fuerza que el ciclista debe superar para ir más rápido cuando se circula en llano.
  • La importancia de la aerodinámica se incrementa de forma exponencial a medida que el ciclista es capaz de desarrollar una mayor potencia, y por lo tanto, ir más rápido.
  • Siguiendo un protocolo bien diseñado y con la ayuda de un medidor de potencia es posible hacer una estimación bastante precisa sobre la optimización de la aerodinámica del ciclista.
  • A altas velocidades (por encima de los 35km/h), pequeñas modificaciones aerodinámicas pueden suponer un gran ahorro de tiempo en una prueba de larga duración.
  • No se debe olvidar que la posición más rápida es aquella que es suficientemente cómoda como para que el ciclista pueda mantenerla en el tiempo sin molestias ni con un mayor coste metabólico.

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Agradecimientos

Estas pruebas no hubieran sido posibles sin la inestimable colaboración del Excmo. Ayuntamiento de Galapagar por ceder sus magnificas instalaciones, el ciclista Noel Martín y Tamalpaís, que nos cedió las ruedas Powertap y Enve para el análisis de los datos de potencia.

Bibliografía

JIMENEZ DÍAZ, JF Y COL. Medicina y fisiología del ciclismo Tomo 1. Femede 2009.

DI PRAMPERO, PE. Cycling on Earth, in space, on the Moon. Eur J Appl Physiol. 2000 Aug;82(5-6):345-60.

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