Comparación aerodinámica de dos posiciones ciclistas

Abstract

Aquest document té com a objectiu estudiar com l'aerodinàmica d'un ciclista en moviment es veu alterada per la posició que aquest adopta. En particular s'analitzen les dues posicions habituals del ciclista: una en la que aquest manté l'esquena recta i una altra en la qual s'inclina cap a endavant. En primer lloc, es presenten uns conceptes teòrics tant dels fluxos externs, com de la mecànica de fluids computacional, que estableixen les bases per al posterior desenvolupament de l'estudi principal. Aquest últim es realitza mitjançant un software de mecànica de fluids computacional, CFD, que permet simular com el flux de l'aire afecta al ciclista en moviment. La CFD és una eina valuosa per a avaluar la resistència a l'aire de diferents posicions dels ciclistes, amb l'avantatge que permet obtenir informació detallada, que si s’hagués d’obtenir de forma experimental resultaria més difícil. Els resultats d'aquesta anàlisi es complementen i validen amb resultats experimentals: mitjançant un potenciòmetre es duen a terme mesuraments de potència a un ciclista adoptant les posicions d'estudi en condicions similars a les establertes en la simulació. La finalitat d'aquest estudi és corroborar mitjançant l'anàlisi d'un ciclista en moviment, com el canvi de la posició d'aquest permet millorar la resistència aerodinàmica, podent aconseguir una velocitat superior sense haver d'aplicar més potència. En definitiva, permet conèixer millor les causes de la força d'arrossegament i proporciona una millor orientació per a optimitzar la posició.

Este documento tiene como objetivo estudiar cómo la aerodinámica de un ciclista en movimiento se ve alterada por la posición que éste adopta. En particular se analizan las dos posiciones habituales del ciclista: una en la que éste mantiene la espalda erguida y otra en la que se inclina hacia delante. En primer lugar, se presentan unos conceptos teóricos tanto de los flujos externos, como de la mecánica de fluidos computacional, que sientan las bases para el posterior desarrollo del estudio principal. Este último se realiza mediante un software de mecánica de fluidos computacional, CFD, que permite simular como el flujo del aire afecta al ciclista en movimiento. CFD es una herramienta valiosa para evaluar la resistencia al aire de diferentes posiciones de los ciclistas, con la ventaja de que permite obtener información detallada, cuya obtención de manera experimental presentaría mayor dificultad. Los resultados de este análisis se complementan y validan con resultados experimentales: mediante un potenciómetro se realizan mediciones de potencia a un ciclista adoptando las posiciones de estudio en condiciones similares a las establecidas en la simulación. La finalidad de este estudio es corroborar mediante el análisis de un ciclista en movimiento, como el cambio de la posición de éste permite mejorar la resistencia aerodinámica, pudiendo alcanzar una velocidad superior sin tener que aplicar más potencia. En definitiva, permite conocer mejor las causas de la fuerza de arrastre y proporciona una mejor orientación para optimizar la posición.

The aim of this paper is to study how the aerodynamics of a cyclist in motion is modified by the position he/she adopts. In particular, two common positions of the cyclist are analysed: one in which the cyclist keeps his/her back upright and the other in which the cyclist leans forward. First, some theoretical concepts of both external flows and computational fluid dynamics are presented, which form the basis for the subsequent development of the main study. The latter is carried out using Computational Fluid Dynamics (CFD) software, which allows us to simulate how airflow affects the cyclist in motion. CFD is a valuable tool for evaluating the air resistance of different cyclist positions and has the advantage of providing detailed information that would be more difficult to obtain experimentally. The results of this analysis are complemented and validated by experimental results: a power meter is used to measure the power output of a cyclist adopting the positions under study in conditions similar to those established in the simulation. The purpose of this study is to confirm, through the analysis of a cyclist in motion, how changing the cyclist's position improves aerodynamic resistance, allowing a higher speed to be reached without having to use more power. In short, it provides a better understanding of the causes of drag and a better guide to optimising position.