viernes, 4 de febrero de 2011

EL TÚNEL DEL VIENTO

El túnel del viento , fue creado por Ziolkovsy en 1897, surge como recodelación a gran escala del conocido tubo aerodinámico, ese sencillo aparato de final de S XIX es ahora en la actualidad una herramienta muy avanzada.


Interior del túnel del viento, San Diego California, el más prestigioso en el mundo para las pruebas de ciclismo.



¿ Para que sirve el túnel del viento?

En ingenería, el tunel del viento o tunel aerodinámico es una herramienta que desarrolla la investigación y el estudio de los efectos y movimientos del aire alrrededor de objetos sólidos. Con este aparato simulan las condiciones experimentales por el objeto de la situación real.
En el túnel del viento, el objeto permanece estacionado mientras se fuerza el paso del aire o gas alrededor de el. Se utilizan para estudiar los efectos del movimiento del aire en objetos como aviones, naves espaciales, misiles, automoviles, edificios, y como no, bicicletas.

 

Lance Armstrong en pleno esfurezo en el túnel del viento


¿ Como funciona el túnel del viento?


El aire se sopla o aspira por medio de un conducto equipado con una ventana y otros aparatos en que los modelos o formas geométricas se montan para su forma de estudio. Después se utilizan varias técnicas para estudiar el flujo de aire real alrededor de la geometría y lo compara con los resultados teóricos, que también deben de tener en cuenta el número de Reynolds y el número Mach para su regimen de funcionamiento.

 


Lance y Steve Hed, dos grandísimos profesionales trabajando juntos
 
El gran impulsor en el tema del ciclismo en el túnel del viento , fue sin duda Lance Asmrtrong, el y Trek trabajarón mucho a patir de finales de los 90. Lance junto con la ayuda siempre de su amigo Steve Hed trabajaron mucho en el túnel; Steve es una de las personas en el mundo que más sabe de aerodinámica. Desde entonces  son muchísimos los ciclistas y los triatletas  que trabajan con este sistema.
Por eso hasta hace poco años el túnel del viento, no se utilizaba en el ciclismo muy a menudo, solo lo utilizaba un grupo muy selecto de corredores; hoy en dia eso ha cambiado.
Pero no creais que el túnel del viento es muy asequible economicamente ya que cada sesión oscila entre los 10.000 Euros.

 
   ¿ Cómo funciona el túnel en el ciclismo?

Aqui vemos un ejemplo del una posición muy razín

Hay distintos tipos de túneles de viento según el tipo de flujo, velocidad de ensayo, capacidad de volumen de ensayo, etc...  el túnel de viento de San Diego es un túnel de flujo laminar a baja velocidad (de 0 a 435 kilómetros por hora) y en la actualidad su actividad esta centrada en dos sectores:

-aeronáutica
-deporte
En aeronáutica trabajan con maquetas a escala. Simulan aviones a baja velocidad, por ejemplo, el despegue o el aterrizaje.

Es una instalación cerrada que cuenta con tres zonas:
 -zona de control

-zona de la hélice

-zona de medidas




 
La zona de la hélice:



Es la zona donde se encuentra la hélice que impulsa el aire dentro de la instalación. La hélice tiene seis alabes de madera de 6 metros de longitud que son capaces de impulsar el flujo de aire del interior del túnel hasta una velocidad de 435 km/h. El viento hasta esta velocidad se considera baja velocidad y flujo laminar. 



La zona de ensayos:
El túnel consta de dos zonas de medición, según el volumen del objeto/persona a medir. La sección más pequeña donde se colocan los ciclistas consta de:

-Una superficie giratoria que alcanza los 30º de inclinación. Permite simular el viento lateral.

-Cuatro cámaras de control.

-Resistencia en los rodillos para controlar la potencia desarrollada por el ciclista.

-Sensores de fuerzas en el eje longitudinal y perpendicular al avance

-Sensor de control de pedaleo

-Veleta, termómetro, barómetro...
La zona de control:
 Es el lugar donde se valoran y miden las distintas variables tanto del túnel como del corredor: presión, temperatura, velocidad del viento, angulación, velocidad de ciclista,  potencia desarrollada, cadencia de pedaleo, resistencia aerodinámica, etc...




Propiedades del túnel
 -Velocidad de viento: de 0 a 435 Km/h

-Mach: de 0.04 a 0.36

-Numero Reynolds: de 0.25 a 2.50 (x106/ft)

-Temperatura de funcionamiento: Ambiente


-Presión de funcionamiento: Atmosférica


-Presión dinámica: de 2 a 190 psf


-Motor de la hélice: 2,250 CV, 6 m. diámetro hélices




¿ Qué se mide en el túnel de viento?


En un túnel de viento se mide el CxA, que es el producto del coeficiente aerodinámico (Cx) por el área (A) proyectada del conjunto ciclista-bicicleta.




Se utiliza el producto de ambos porque son las variables que indican la fuerza aerodinámica del ciclista a presión, temperatura y velocidad constante.




Además, ambas están estrechamente interrelacionadas, en el cambio de posición de un ciclista se actúa tanto sobre el Cx, como sobre el A. Por lo que más rápido y efectivo es tratar a ambas como un único conjunto.



Conjunto ciclista-bicicleta




¿Por qué es importante trabajar sobre el posicionamiento de un ciclista? El cuerpo humano no es aerodinámico y en la fuerza de retención aerodinámica total, el 80% es debido al ciclista mientras que, solamente, un 20% corresponde a la bicicleta.




Esta no es una relación absoluta, ya que varia según el tamaño del ciclista. No es lo mismo un individuo corpulento de 1,90 m. que otro de 1,60 m. En el primer caso el ciclista tiene mayor importancia.




Dentro de la bicicleta las distintas partes tienen la siguiente incidencia relativa al porcentaje de freno aerodinámico.
Eneko llanos, enseñando la zona del interior de trabajo del túnel del viento


-cuadro 50%




-ruedas 20%




-horquilla 15




-manillar 15%




Posición de ciclista




Trabajar el posicionamiento del ciclista es crítico, ya que el 80% de la fuerza aerodinámica que sufre el conjunto viene condicionada por el mismo. Estos ensayos, para que sean válidos, deben hacerse en un test dinámico (con el ciclista pedaleando en las condiciones más parecidas a la realidad) y que el corredor desarrolle toda la potencia. UNA POSICIÓN AERODINAMICA SIN POTENCIA NO SIRVE DE NADA.




En el túnel del viento es donde más partido sele puede sacar al estudio de las ruedas, P3 Cervélo de Marcel Zamora
con ruedas Hed de tres palos



Ejemplo:




En caso de trabajar en vacío (sin desarrollar potencia), la gráfica de tiempos mejorados a una velocidad de 50 km/h constantes durante una hora de un ciclista genérico puede ser la que podéis ver en la ristra de fotos titulada GRAFICO 1
Pero si el mismo ciclista tiene que desarrollar durante el ensayo una potencia de 250W, la gráfica teórica evoluciona hacia lo que podéis ver en el GRAFICO 2




Se ve claramente que el pico de posicionamiento óptimo ha modificado su nivel en la escala x,y; mientras que el tiempo óptimo mejorado pasa de 90 segundos a 50 segundos. Ésta sería la postura a adoptar.



Aerodinámica de la bicicleta




Tija, sillín, longitud de biela, potencia, manillar... son elementos críticos de la bicicleta que nos permiten una postura biomecánicamente correcta sobre la máquina y el adecuar la geometría del cuadro a la morfología particular de cada ciclista para aproximarnos al máximo, mostrado en la gráfica de arriba (en lo que se refiere al 80% del drag).




Todos los fabricantes trabajan en optimizar los componentes para minimizar el coeficiente aerodinámico en el 20% que les compete. En ese sentido los cuadros de contrarreloj se comprueban casi con una lupa, para que dispongan de un ratio de prestaciones  rigidez/coeficiente aerodinámico óptimo.




He mencionado la rigidez porque el cuadro más aerodinámico sería aquel de sección lateral mínima. Pero un cuadro así minimiza la inercias convirtiéndose en blando y flexando ante pedaladas enérgicas en y momentos de máximo esfuerzo. El óptimo se encuentra en la relación rigidez/aerodinámica.


Ruedas


Las ruedas son un elemento crítico dentro de la bicicleta.


A la hora de elegirlas se deben tener distintos criterios en cuenta. Dos de ellos son:




- Coeficiente aerodinámico




- Fuerza latera
Normann Stadler siempre trabaja en el túnel del viento de AR WIND TUNNEL
en Mooresville, Carolina del Norte


Para poder explicar el efecto de ambos se pone el ejemplo de dos bicicletas iguales montadas con las siguientes ruedas:




A-Lenticular trasera - palos delante.




B-Llantas de perfil bajo no aero en ambas ruedas.


Coeficiente aerodinámico:


Las ruedas "A" ofrecen mucha menor resistencia al viento que las "B". Además, la rueda lenticular tiene mayor inercia, de forma que es recomendable para cronos llanas.


Está claro que los radios en movimiento crean oposición al avance.


Cuando la bicicleta se encuentra en posición frontal la fuerza lateral es = 0. Cuando la inclinación va aumentando, la fuerza lateral también lo hace, ya que se incrementa el área frontal proyectada.


La fuerza lateral es mucho mayor en las ruedas aerodinámicas que en las ruedas de perfil bajo no aero. La superficie lateral de contacto es mucho mayor.


En las carreras con mucho viento lateral, se debe tener en cuenta esta consideración.

¿Que es el número de Reynold?

El número de Reynolds ( Re) es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento del fluido. Este número recibe el nombre de Osborne Reynold ( 1842-1912), quien lo descubrió en 1883.

 
    ¿Que es número Mach?

El número Mach ( M) conocido en el uso coloquial como Mach ( pronúnciese / ma:x / o / ma:k / ) es una medida de velocidad relativa que se define como el cociente entre velocidad de un objeto y la velocidad del sonido en el medio de dicho objeto. Dicha relacción puede expresarse según la ecuación V es equivalente a 1224 km / h, 760 mph o 340 m / s. Este número fue propuesto y usado por el fisico y filósofo Ernst Mach ( 1838-1916).


Impresionante video de lance armstrong y Steve Hed en el túnel del viento:




No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada