Una de Cascos (I)

Ir al índice

Como ya sabéis me gusta investigar todo lo posible en todo aquello que hago así que no iba a ser menos para los cascos de bicicleta, que sirven tanto para triatlón como para ciclismo.

Hace unos meses estuve en Unibike y escribí dos entradas de lo que vi, una orientada a lo que había en general y otra más específica de dos de nuestros principales baluartes en equipamiento ciclista: Spiuk y Catlike. Así que ahora que llega el buen tiempo me he lanzado a probar desde un punto de vista técnico dos de las novedades de Spiuk que me causaron una grata impresión: el casco Aizea y el Dharma.

En esta primera entrada redactaré mis primeras impresiones y cómo quiero hacer el ensayo de efectividad aerodinámica entre ambos.

Esta entrada no pretende ser una comparativa estética o de comodidad de uso ya que para eso hay otras entradas en diferentes revistas, como en http://www.triatlonweb.es/bike/material-ciclismo/articulo/spiuk-aizea-vs-dharma Por ello los ligeros apuntes que hago abajo son sólo como breve introducción.

¿Qué esperamos obtener?

Como muestra esta imagen frontal con líneas de referencia, el casco Aizea claramente queda más bajo que el Dharma (4 cm) y además el área total es de 0.3491 m2 con el Aizea frente a 0.3580 m2. Por lo tanto simplemente debido a la mejora en el área frontal tenemos una reducción de la resistencia aerodinámica de un 2.5%. Como también muestra dicha imagen, el casco Dharma tiene una forma mucho más comprometida a nivel aerodinámico, con numerosos orificios de ventilación, aristas y con un tamaño alejado del cuerpo bastante grande, lo que hace que se pierda capacidad aerodinámica.

Si nos fijamos en la fotografía siguiente, que aun no teniendo la misma posición en ambas en cuanto a la cabeza, podemos apreciar que los bordes de salida en el Dharma son afilados y con un cambio abrupto en su sección, creando una zona de turbulencia que puede venir muy bien para refrigerar pero mal a efectos aerodinámicos; situación típica de un casco de ruta. Además el Aizea al llevar un visor evita el saliente que forma el casco con la frente atacando el aire de forma más “dulce”.

Es importante que no nos lleven a engaño las fotografías ya que están realizadas en estático salvo la última, la posición de la cabeza siempre va a ser la misma ya que la batería de pruebas al ser tan larga sólo es posible realizarse con una posición natural y no una forzada. Es decir, la de la última fotografía.

Es por eso, que en principio esperamos que el CDA con el casco de ruta Dharma sea de hasta un 10% mayor que el CDA con el Aizea, debido a que no sólo se trata de una mejora en la forma aerodinámica sino en una reducción del área frontal de resistencia. Sin embargo, para dar una idea de las bondades del Dharma intentaré probar con mi antiguo casco de ruta y con el Dharma con carcasa, donde espero ver diferencias sustanciales.

  

Según el MIT http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/40486  y por cortesía de Diego Calderón y Alejandro Martínez ( https://wallace78tria.wordpress.com/2013/11/26/datos-independientes-de-cascos-aerodinamicos/ y http://www.amtriathlon.com/2006/11/cascos-aerodinmicos-john-cobb-es-uno.html ) en la posición “pegado al cuerpo” la resistencia es sólo del 25% frente al tradicional y en la posición “cola horizontal” la resistencia es de 40-45% frente al tradicional. Esto que puede parecer mucho viene a significar una reducción de unos 10-14W en la posición “pegado al cuerpo” y 8-12W en la “cola horizontal” a 36 km/h.

Unboxing del Dharma:

Cuando sacas el casco Dharma de la caja y de su funda como si fuera un casco de moto es innegable que su presentación es impresionante, la cola del casco ligeramente ascendente para ayudar a refrigerar la nuca le da un aspecto aún mejor. El peso, al ser un casco in-mold multicarcasa es muy contenido, de hecho al subirlo a la báscula arroja 220 gramos frente a los teóricos 250 de la talla grande. Para los que no estamos habituados a cascos ligeros, ya que el mío pesa unos 450 gramos es una pasada.

Los canales y tomas de ventilación son grandes, contando con 20 tomas que recorren longitudinalmente el casco. Dada la forma de las mismas permiten pasar el aire sin tener una incidencia solar directa sobre la cabeza, algo que se agradece cuando se pasan muchas horas sobre la bici, así evitaremos quemaduras solares. El sistema de sujeción trasero del casco con la típica ruleta es algo complicado si no te has leído las instrucciones o si quieres agrandarlo por primera vez para ponértelo, ya que tienes que hacer presión contra la cabeza. Una vez que te haces a él es mucho mejor y más seguro que otros cascos.

Por último trae la visera para MTB y un acolchado de repuesto y dispone de una red antimosquitos opcional además de una carcasa que habréis podido ver en el pelotón ciclista. Esta carcasa en invierno nos va a proteger del frío en los descensos de los puertos pero ventilando por la nuca donde el viento no afecta.

Este casco será el que lleve en la Titán Desert donde sin duda la ventilación va a jugar un papel muy importante.  Además será el casco contra el que probaré el Aizea, tanto en versión cerrada como abierta.

http://www.spiuk.com/cas/site/producto-ficha.asp?id=769

Unboxing del Aizea:

Sacar el Aizea de su caja y verlo ahí metido en su funda hace que la presentación sea innegablemente buena. Ha mejorado muchísimos enteros desde el Spiuk Kronos que te daba la sensación de ser una carcasa de plástico blando parecido al Giro. Este casco, con orejeras, visor, ventilación, dos colas para escoger e inclinación regulable tiene muy buena pinta. El peso en su configuración “con todo” de nuevo es más contenido que lo que aparece en la web. 470 vs 480.

Es un casco hecho para ir con todas sus mejoras, el visor y la cola larga para así sacar el mejor rendimiento posible. Sin embargo, como la larga distancia en bicicleta se puede hacer pesada muchos no llevan todo el tiempo la postura óptima, así que se han buscado algunas soluciones de compromiso.

La cola corta opcional ayuda a aquellos que tienen la tendencia a mirar hacia abajo, lo que hace es reducir el área frontal del casco en esas situaciones sin comprometer la mejora aerodinámica que supone llevar una cola cuando vamos bien situados. La cola elimina la zona de remanso tras la nuca mejorando el coeficiente de penetración en el aire. Al ser un casco aerodinámico toda su superficie es prácticamente lisa, sin oquedades, por lo tanto mejora la resistencia aerodinámica frente a un casco de ruta.

El visor puede retirarse si queremos una ventilación extra en la cara o si queremos usar nuestras gafas. La calidad de visión del visor es limitada ya que al ser un policarbonato curvo deforma ligeramente la imagen sin llegar a ser un factor limitante. Por mi parte y a falta de pruebas concluyentes prefiero el visor a no llevarlo. Sin embargo, en un Ironman como el que se planea en Madrid, en Lanzarote o el Enbrunman donde hay un gran desnivel y tramos a baja velocidad probablemente la mejor solución sea sin visor.

La capacidad de regulación de la inclinación del casco permite buscar que la cola se acerque más a la espalda. Esto tiene su punto de interés si nuestra capacidad de “acoplarnos” es limitada ya que buscaremos que sea lo más efectivo posible. Sin embargo si vamos muy horizontales podemos relajar esa inclinación para evitar que nos golpee en la espalda.

Para mi gusto el sistema de intercambio de la cola no está muy conseguido ya que tienes la sensación de que se va a romper, pero realmente no vas a estar cambiando de cola todos los días, con lo cual cuanto más difícil más robusto.

http://www.spiuk.com/cas/site/producto-ficha.asp?id=773

El modelo de la batería de pruebas

Mi intención es probar ambos cascos para establecer una diferencia en tiempos para la misma potencia. Además evaluaré la temperatura obtenida bajo el casco, en uno de los canales de ventilación frente a la temperatura ambiental.

Con estos dos datos pretendo ayudar a escoger nuestra mejor opción a la hora de competir y las ventajas e inconvenientes de los diferentes modelos. También quiero probar la diferencia entre llevar o no carcasa en el Dharma, tanto a nivel aerodinámico como de temperatura.

Para ello haré dos baterías de pruebas, una en velódromo abierto, de cuerda corta en la que iré siguiendo la línea en la medida de lo posible ya que no usaré GPS porque al ser un recorrido relativamente corto y cerrado el error va a ser muy grande. La segunda prueba será en un circuito de 8.5km de longitud en una carretera con poco tráfico, buen asfalto, sin grandes pendientes y una rotonda cómoda para hacer el giro de vuelta por el mismo tramo de carretera.

Como herramientas para el test contaré con mi bicicleta de contrarreloj montada con ruedas de entrenamiento y powertap como método de medición. El ordenador de a bordo será un Garmin Edge 1000 y probablemente aprovecharé las pruebas para hacer un test a un prototipo de un nuevo sensor de potencia situado en los pedales controlado con un reloj Garmin 310xt y así obtener una segunda medición por si hubiera incoherencias en los resultados. Como método de control de temperatura usaré una unidad Arduino con dos resistencias para medir la temperatura con una precisión de décimas de grado. Una de ellas irá bajo el tubo horizontal del cuadro y la otra situada en el canal principal de ventilación del casco.

A efectos de calibración:

-          Para el powertap se harán una comprobación de precisión del par bloqueando la rueda trasera y cargando la biela derecha situada en horizontal hacia adelante con 20kg de peso. Se espera un resultado de par de 34.3 Nm dado que la biela es de 175mm. Además se hará una puesta a cero de la unidad en cada grabación de datos.

-          Para calibrar la velocidad se marcará la rueda a la presión del test y se le dará una vuelta completa para así saber la circunferencia correcta. Se introducirá dicho dato en las unidades de medición de Garmin.

-          Para calibrar la temperatura se hará un test de temperatura en una habitación sin incidencia del sol frente a la temperatura obtenida por el Garmin Edge 1000. Se hará tanto a temperatura ambiente de unos 20-25ºC como en una nevera para obtener la posible desviación de la curva. El cableado de la unidad Arduino estará soldado para evitar desconexiones que variarían la resistencia y por tanto la medición de temperatura.

-          Al ser un prototipo la otra unidad de potencia se hará el mismo test que en el powertap pero no se usarán los datos salvo para contrastar posibles errores.

Simplificaciones del modelo y ecuación matemática

El modelo se va a basar en el consumo de potencia en un ciclista sobre una bicicleta de contrarreloj no UCI pero sí válida para triatlón de larga distancia. Esto se debe principalmente a que el ángulo de la tija del sillín respecto a la horizontal y al eje del pedalier es de unos 80º, superior lo permitido por la UCI.

Sin embargo esto no resta validez a la posible extrapolación a una bicicleta de contrarreloj legal, siendo simplemente un poco peor el resultado de la resistencia aerodinámica del conjunto bicicleta-ciclista.

Como resulta algo complicado medir la potencia respecto a la velocidad a una velocidad constante e igual para toda la batería de pruebas vamos a hacerlo en una horquilla de velocidades lo más parecida posible. Con estos datos obtendremos la curva de potencia para todas las posibles configuraciones y así podremos comparar con más precisión.

Nota: si queréis ver más datos sobre la potencia en la bicicleta aquí hay más información http://lustaufzukunft.de/pivit/aero/formulas.html y en mi entrada sobre el modelo matemático también.

La ecuación que regula la potencia necesaria para desplazarse a una velocidad determinada es:

Potencia en el buje = Prodadura + Paerodinámica + Pascensión + Paceleración

Y

Potencia en el buje = Fuerza x Velocidad de movimiento

Como quiera que el recorrido va a ser de ida y vuelta (velódromo o recorrido de carretera entre rotondas) y voy a trabajar a velocidad constante, la potencia de ascensión y la de aceleración es nula. Además, al ser la velocidad estable podemos suponer que la velocidad instantánea es igual a la media y por lo tanto vamos a trabajar con potencias promedio y no instantáneas (simplificación 1).

Por lo tanto,

Potencia en el buje = Prodadura + Paerodinámica

Como la presión atmosférica y la temperatura más o menos no van a variar al hacerse el mismo día y más o menos a la misma hora la batería de pruebas, la presión de las ruedas es estable y se va a mantener, el área y la posición va a ser la misma para cada configuración, tenemos (simplificación 2):

Potencia en el buje = A x V + B x Vaparente² x V = Prodadura + Paerodinámica

Siendo Vaparente = Velocidad del viento (positivo si es en contra, negativo a favor) + Velocidad del ciclista (V).

Dado que la velocidad del viento es sólo la velocidad del viento que incide en contra (simplificación teórica 3) y se va a hacer en un terreno con vientos que no suelen encañonarse sino que se suele mitigar por la presencia de árboles, se medirá sólo el viento en la dirección del recorrido con un anemómetro de mano en 3 puntos diferentes.

Se podría hacer una 4 simplificación que consiste en suponer la Vaparente = V y el error cometido en la potencia aerodinámica sería de tan sólo un 0.5% con un viento de 4km/h. Esto directamente se puede aplicar en el caso del velódromo abierto donde los vientos rara vez superan los 2km/h, con un error del 0.1%.

Por lo tanto la ecuación para el velódromo es:

Potencia en el buje = Avelódromo x V + B x V³

Gracias a estos datos podremos proyectar la curva Potencia vs Velocidad para cada una de las configuraciones de cascos y así poder evaluar la mejora que supone el casco.

Esto se debe a que:

Avelódromo = m x crr)velódromo x g = masa (peso en la báscula) x coeficiente de rodadura en el velódromo x 9.81 es constante aunque cambiemos de casco (suponemos que la aerodinámica no ejerce fuerzas ascensionales).

B = rho x ca x Afrontal x V³ /2 = densidad del aire x coeficiente aerodinámico x área frontal x velocidad, al saber la B podemos saber el ca x Afrontal = CDA, con valores típicos de 0.3. Este punto sí que varía según la configuración de los cascos y es el dato que queremos obtener.

En cuanto al uso en carretera simplemente servirá para refrendar los datos obtenidos en el velódromo, donde el CDA obtenido en el velódromo será el mismo y la ecuación tomará la forma:

Potencia en el buje = Acarretera x V + B x Vaparente² x V que sólo podrá simplificarse si el viento es menor de 4 km/h en la dirección de la carretera

Con estos datos podremos sacar la curva en ambos casos (Dharma y Aizea) y con ello obtener las mejoras.

¿Por qué es tan importante la curva?

La curva de potencia respecto a la velocidad nos va a permitir cuantificar la mejora que supone el uso de cada tipo de casco. Una vez sacada la curva bastará poner una velocidad objetivo y obtener la potencia o poner una potencia objetivo y obtener la velocidad.

Dicho de otra forma, si nosotros sabemos qué potencia podemos obtener podemos saber qué mejora de tiempos podemos sacar al usar el Aizea frente al Dharma o frente a un casco de ruta menos evolucionado. Básicamente es saber qué supone de mejora un casco frente a otro en tiempo para una competición.

Para ello haré estimaciones objetivas en distancias de media distancia y larga distancia en triatlón. Además de la contrarreloj llana de 40km.

Método de medición

Sabiendo estos datos se puede hacer una batería de pruebas consistente en 5 vueltas lanzadas al velódromo por cada velocidad y configuración. Es importante que la vuelta sea lanzada para evitar la influencia de la aceleración, que la velocidad sea lo más estable posible y que cuanto mayor sea el número de vueltas menos influencias va a tener la posible variación de velocidad. Para ello se usarán desarrollos fijos en cada una de las velocidades y así trabajar con una cadencia que sea la más cómoda, en torno a 90 pedaladas por minuto en mi caso y así no ir forzado.

Se va a medir con un anemómetro en el centro de la pista la velocidad del viento, si superase 4km/h se suspende la prueba, ya que al ser un velódromo abierto habría mucho “ruido” debido a las turbulencias generadas en curvas y puntos singulares. Para evitar modificaciones en la postura se hará la batería de pruebas en velódromo de corrido sin parar para cada configuración.

En el caso de la prueba en ruta será sólo una vuelta por velocidad y configuración. Se tratará de mantener una velocidad lo más estable posible con un arranque de unos 300m para llegar a dicha velocidad. No se frenará hasta pasados unos 100m para evitar levantarnos antes de tiempo. Se anotará la velocidad del viento en 3 puntos del recorrido.

Al menos se tomarán tres velocidades como referencia, con un mínimo de 5km/h entre ellas para las dos pruebas.

La temperatura se anotará en una libreta tanto al final de todas las pruebas en cada casco para así dar tiempo a que se estabilice.

En ambos casos las pruebas se harán el mismo día y a la misma hora, para evitar las posibles interferencias en la temperatura.

Y no os olvidéis que cada vez que hacéis click sobre el anuncio que hay arriba de la página google contribuye al mantenimiento de esta web con 10 céntimos.