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Ponderações que devem ser aplicadas a dados de arrasto de roda para medir o desempenho aerodinâmico?

Em um passeio, o vento aparente nunca é constante, quer em termos de direção ou velocidade.

 

Aerodinâmica tornou-se uma palavra da moda real no mundo do ciclismo, e estamos vendo cada vez mais disparidades drásticas nas potências anunciados para diferentes equipamentos. Mas como são calculados esses números, e eles são realistas?

Primeiro, precisamos definir o termo "arrasto". Um objeto em movimento fluido (digamos uma roda em movimento no ar) está sujeita a forças de pressão e forças de atrito (porque o ar é um fluido viscoso). A combinação destas duas forças é chamado arrasto aerodinâmico. Este arrasto é a resistência aerodinâmica contraria ao movimento fluido do objeto para a frente. O arrasto é proporcional à velocidade ao quadrado - em outras palavras, se um ciclista se move ao dobro da velocidade (de 20 km/h até 40 km/h por exemplo), o arrasto aerodinâmico será quatro vezes mais elevado. Portanto, para velocidades elevadas (geralmente acima de 30 km/h) e em estradas planas, o arrasto aerodinâmico é a principal forma de resistência agindo contra um ciclista (muito superior resistência ao rolamento, a força de resistência causado pelos pneus rolando no chão).

Para avaliar o desempenho aerodinâmico de uma roda, um equilíbrio de forças é usado para medir a força aerodinâmica num túnel de vento. No mundo real, contudo, o ar não vem sempre no sentido de a roda - também pode chegar em um ângulo conhecido como o ângulo de incidência. Para uma avaliação mais realista da eficiência aerodinâmica de uma roda, as medições devem, portanto, ser feita com vários ângulos de incidência. Depois, os resultados são "ponderados", a fim de se obter um valor de arrasto único e mais realista para a roda.

1.       Vento aparente

A uma velocidade de 40 km/h, o movimento gera um vento contrário percebido de 40 km/h. Na realidade, porém, há sempre uma certa quantidade de "vento ambiente" vindo de qualquer direção e em qualquer velocidade.

No exemplo acima, o vento ambiente tem uma velocidade de 13 km/h, é proveniente da direita em relação à direção de deslocação. Isto significa que o vento percebido na bicicleta é a combinação dos dois "ventos" (seta verde) e é chamado de vento aparente. Neste cenário, a velocidade do vento aparente é de 42 km/h, é entendido como um ângulo de 18 ° na entrada (o chamado ângulo de guinada) em relação ao sentido de marcha. Este é trigonometria simples.

2.       A medição do vento aparente

Em um passeio, o vento aparente nunca é constante, quer em termos de direção ou velocidade. Na verdade, a velocidade de avanço varia, e o vento ambiente oscila e muda de direção como as voltas e reviravoltas de rota.

Nós desenvolvemos uma ferramenta - uma espécie de cata-vento com instrumentos -. Para medir o ângulo de guinada Ele indica o vento aparente durante um passeio, gravando o ângulo de incidência em cada rotação da roda.

Após a realização de uma série de ensaios em locais diferentes, fomos capazes de formular uma lei geral que descreve a freqüência de cada ângulo de guinada da seguinte forma:

A lei indica que, em média, mais tempo é gasto com um vento aparente de frente ou com um ângulo de guinada baixo do que com um ângulo de incidência elevada. Claro, esta é uma lei geral e está sujeita a alteração pelas condições meteorológicas e pela localização. No entanto, pode ser usada como uma base para a ponderação dos resultados de túnel de vento, como descrito abaixo.

3.       testes de túnel de vento

No túnel de vento, o arrasto da  roda é medido para ângulos de incidência entre -20 ° e + 20 °, aqueles com maior probabilidade de serem encontradas na estrada. Os dados resultantes da comparação de duas rodas é o seguinte (neste exemplo o CXR80 é contrastado com o melhor concorrente de 80 mm):

Os dados mostram que a CXR80 possui menor resistência a 0 ° (quando o vento é proveniente de frente) e existe uma disparidade substancial entre as duas rodas depois de 10 °. Isso indica que o arrasto do CXR80 é menor do que seu concorrente, tornando-se um esforço menor para o ciclista para manter a velocidade. A disparidade entre as duas rodas é maior à medida que aumenta o ângulo de guinada (em condições de muito vento no mundo real).

4.       Interpretação

Existem várias maneiras em que as disparidades entre as duas rodas podem ser interpretados em termos de desempenho

  • Arrasto frontal

Limitando o cálculo para o arrasto a 0 ° C. Neste caso, os valores são os seguintes:

No entanto, não é suficiente para considerar o arrasto frontal em isolamento, se houver um vento ambiente.

  • Arrasto média

Calculando a média de todos os valores para todos os ângulos de guinada. Em outras palavras, igual importância é dada para um ângulo de incidência de 0 ° e um ângulo de incidência de 20 °:

  • Arrasto média ponderada

Na terceira solução, uma média é calculada com base na lei formulado usando o cata-vento, o que dá mais importância nos ângulos que ocorrem frequentemente no mundo real e menos nos valores mais extremos (que, no entanto, ocorrem de tempos a Tempo):

Como mostrado aqui, curvas aerodinâmicas são altamente suscetíveis a interpretaçções e, por vezes, pode produzir grandes disparidades: poderíamos ter escolhido para calcular a média simples e anunciar uma diferença de 16,8 W entre o CXR80 e seu concorrente. Em vez disso, nós preferimos para calcular uma média que é tão preciso e realista quanto possível, tendo em conta as nossas provas de estrada. Nós chamamos este método de cálculo da média ponderada.

5.       Pedido de nossos ciclistas profissionais

É também possível levar além a lei de ponderação e aplicá-la a uma rota específica. Nós fornecemos os dados técnicos para as nossas equipes profissionais e triatletas, por exemplo, para ajudá-los a escolher o equipamento certo.

Realizou-se a seguinte simulação para o mais recente Ironman Triathlon em 2012 no Havaí:

O percurso da bicicleta é conhecido.

Usando dados meteorológicos (Centro Nacional de Dados Climáticos, por exemplo), a velocidade média do vento e, mais importante, com a data do evento a direção pode ser estimada. Melhor mesmo, é que o modelo pode ser refinado com base em previsões de vários dias antes da corrida.

Armado com os dados meteorológicos, a corrida é dividido em um número de segmentos em que  são calculado a velocidade aparente do vento e direçções. A difenreça teórica de alta precisão podem ser calculadas com base nas diferenças entre as duas rodas, como mostrado acima.

No caso muito específico do Havaí, esta simulação mostrou que a diferença total entre o CXR80 e seu concorrente era de cerca de 2:30 minutos sobre os 180 km de ciclismo no Ironman. Este é aproximadamente o mesmo que a diferença entre as categorias Pro e Open terminam, portanto, a escolha do material é crucial para eventos como este.

Fred Van Lierde, 3 rd em 2012 Ironman Hawaii

 

fonte: http://www.mavic.com

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