I cerchi aerodinamici valgono un peso aggiuntivo?

Avevo l'impressione che sia importante ridurre il peso delle ruote. Tuttavia, sto notando che molti dei cerchi aerodinamici di fascia alta sono in realtà più pesanti dei cerchi più economici dello stesso produttore.

Per esempio:

• Easton relativamente entry-level EA90 SLX ruote orologio a 1398 grammi e circa $ 1000 per una coppia, mentre la loro super high-end EC90 TKO sono 1545 grammi per il doppio del prezzo.

• Le ruote Mavic Kysrium Elite S sono 1520 grammi e meno di un terzo del prezzo delle loro ruote Cosmic Carbone 80 di fascia alta a 1640 grammi.

• I 30 copertoncini di Zipp costano solo $ 850 per una coppia a 1655 grammi mentre i loro 808 copertoncini Firecrest® in carbonio costano $ 3000 e pesano 1730 grammi.

Ovviamente i prezzi sembrano supportare l'idea che l'aerodinamica conta più di qualche centinaio di grammi di peso, ma a che punto il peso aggiunto compensa il guadagno? O l'importanza di ridurre il peso rotazionale è sopravvalutata ?

Ovviamente i prezzi sembrano supportare l'idea che l'aerodinamica conta più di qualche centinaio di grammi di peso, ma a che punto il peso aggiunto compensa il guadagno?

Un calcolo esatto dipenderà dalla massa totale di te e della tua bici, dalla tua velocità, dal vento, dal suo angolo, se stai salendo, in piano o in discesa e dalla velocità che stai percorrendo (o dalla potenza che hai ' ri mettendo fuori). Tuttavia, possiamo fare stime a sfera di molte di quelle variabili per ottenere una risposta approssimativa.

Supponiamo che le ruote aerodinamiche aggiungano 100 grammi di massa totale rispetto alle ruote "di serie" e, in cambio, riducano l'area di resistenza, CdA, di 0,005 m ^ 2. Questo è un miglioramento del ballpark per una ruota aerodinamica ragionevolmente rispetto a un cerchione standard, anche se per ruote estremamente ben progettate puoi vedere forse il doppio di quella differenza (~ .01 m ^ 2) o più, specialmente ad angoli di imbardata elevati.

L'equazione di potenza di una bicicletta è ben compresa ed è stata data in questa risposta sullo scambio di pile con biciclette . Pertanto, per determinare il punto in cui è preferibile scambiare un peso inferiore per la resistenza aerodinamica, possiamo sostituire valori adeguati per massa, velocità, pendenza e così via, e tracciare il risparmio energetico, come viene fatto qui.

La figura seguente confronta un ciclista da 80 kg più una bici con cerchioni standard rispetto a un ciclista da 80,1 kg più una bici con cerchi aerodinamici. Supponiamo che i cerchi aerodinamici risparmino 0,005 m ^ 2 nell'area di resistenza rispetto ai cerchi standard. Tre linee tratteggiate mostrano il risparmio energetico per una salita del 5%, una strada pianeggiante e una discesa del 5%. L'asse x mostra la velocità del ciclista in km / h, mentre l'asse y mostra i risparmi per le ruote più leggere - quando la linea tratteggiata si trova sopra la linea zero orizzontale solida, è meglio avere ruote più leggere; quando la linea tratteggiata scende al di sotto della linea zero orizzontale solida, è meglio avere le ruote più aerodinamiche.

Come puoi vedere, è preferibile avere ruote più leggere solo per salite ripide a bassa velocità; tuttavia, per questo particolare confronto tra risparmio di peso e risparmio di resistenza aerodinamica, il vantaggio è piccolo, inferiore a un watt. All'aumentare della velocità, la linea tratteggiata alla fine scende sotto lo zero e diventa meglio optare per il risparmio aerodinamico.

Quello era per una ripida collina. In pianura e in discesa, quasi sempre starai meglio con le ruote aerodinamiche.

Si noti che il risparmio di energia è ancora relativamente modesto. Durante la corsa, possono determinare anche piccoli benefici per determinare la vittoria o la perdita, ma per la normale guida ricreativa potresti voler tenere presente l'entità delle ruote più leggere rispetto a più ruote aerodinamiche, soprattutto se il tuo budget è limitato. Solo tu puoi decidere se il relativo vantaggio è conveniente.

Ho pensato di aggiungere qualche commento in più a quegli esempi molto validi e completi degli scenari di peso aero che Robert ha fornito l'anno scorso.

In particolare lo scenario dinamico di accelerazioni su terreno pianeggiante, che è un po 'più complesso del ciclismo a regime stazionario.

Alcuni potrebbero pensare che le ruote leggere accelererebbero meglio delle ruote aero più pesanti, ma non è sempre necessariamente così. In effetti è più probabile che sia vero il contrario, poiché una volta che si viaggia a velocità elevata, la domanda di energia è dominata da due fattori; cambiamenti nell'energia cinetica (compresa la rotazione) e il superamento della resistenza dell'aria sostanziale e in costante aumento.

Se riduci la domanda di energia per superare la resistenza aerea, l'energia necessaria può invece essere utilizzata per aumentare l'energia cinetica.

Indipendentemente dal fatto che ciò comporti un aumento delle prestazioni si riduce alla velocità iniziale, per quanto tempo dura l'accelerazione e all'entità delle differenze aerodinamiche e di massa.

Esaminerò questo problema in dettaglio in questo post del blog che ho fatto l'anno scorso:

http://alex-cycle.blogspot.com.au/2013/02/the-sum-of-parts.html

In quell'articolo comparo le accelerazioni lunghe di 10 secondi dalla velocità zero e da una velocità iniziale di 30 km / h. Negli esempi ho usato una differenza aerodinamica tipica che ho misurato tra tali ruote e una differenza esagerata nella massa delle ruote di 0,5 kg.

I risultati sono tracciati sui grafici.

Si scopre che se si avvia lo sprint a partire dalla velocità (in questo caso 30 km / h), il pilota di ruote aerodinamiche più pesante si spinge immediatamente avanti e il loro vantaggio continua a crescere. La ruota aerodinamica più pesante è sempre la scelta migliore in quello scenario (nonostante la miriade di altri fattori di scelta della ruota - che traccerò nel post collegato):

Tuttavia, è un po 'diverso da un punto morto in cui il ciclista più leggero ha un vantaggio iniziale, tuttavia il pilota più pesante della ruota aerodinamica inizia a recuperare e prende il pilota più leggero dopo circa 7 secondi, e successivamente si allontana dal ciclista più leggero .

Quindi un critico di hot dog con le svolte quasi senza stop presenta un dilemma interessante e forse potrebbe beneficiare di una valutazione più personalizzata. Altrimenti se le corse non rallentano mai così tanto per le curve, allora un set di ruote aerodinamiche sarà quasi sempre più veloce e / o richiederà meno energia e accelererà più velocemente.

Naturalmente lo scenario esatto per ogni individuo dipende dalla forma della sua potenza di sprint rispetto alla trama del tempo poiché alcuni ciclisti hanno una potenza di picco più elevata, alcuni cavalieri sperimentano una dissolvenza di potenza più rapida e così via.

I principi tuttavia non cambiano, poiché la natura e la forma generale dei grafici saranno simili poiché l'approvvigionamento energetico è fisso e va a superare il totale di ciascun fattore di domanda di energia, ovvero i cambiamenti di energia cinetica, il superamento della resistenza dell'aria, la resistenza al rotolamento , potenziali cambiamenti di energia (gravità), attrito della trasmissione. Richiede meno energia per uno e più è disponibile per gli altri.

In quell'articolo tratterò anche l'impatto delle differenze nella massa della ruota rotante / momento d'inerzia, che risulta essere un fattore così piccolo che è quasi trascurabile.

Penso che dipenda dal percorso che stai guidando. I professionisti avranno più sale montate e useranno ruote diverse a seconda del percorso che stanno percorrendo per la giornata. Il peso fa davvero la differenza solo se stai salendo o accelerando. Quindi, per un corso con molta arrampicata, in cui la resistenza aerodinamica è almeno minima, spesso sceglieranno un set di ruote molto leggero senza cerchi aerodinamici. Mentre su percorsi piatti e prove a cronometro in cui l'aerodinamica offre un vantaggio maggiore, andranno con le ruote aerodinamiche leggermente più pesanti.

Di recente ho fatto alcune analisi aggiuntive sulla modellazione a cui ho fatto riferimento nella mia risposta precedente, questa volta utilizzando una curva di potenza realistica per le accelerazioni da un avvio permanente e da due scenari di avvio progressivo, invece del presunto piatto da 1000 W utilizzato nel modello precedente.

Il link completo è qui: http://alex-cycle.blogspot.com.au/2014/12/the-sum-of-parts-ii.html

Ma in breve, le conclusioni sono le stesse, solo una piccola differenza nel momento esatto in cui l'aero diventa più vantaggioso in una partenza in piedi. Se già rotoli su un terreno pianeggiante, è sempre una scelta migliore e ho aggiunto un terzo scenario, un'accelerazione su per una collina da una bassa velocità di partenza (pensa a un'inversione a U criterium in fondo alla collina). In tal caso, la ruota aerodinamica vince ancora, a meno che il traguardo non sia vicino al turno.

Si noti che il risparmio di energia è ancora relativamente modesto. Durante la corsa, possono determinare anche piccoli benefici per determinare la vittoria o la perdita, ma per la normale guida ricreativa potresti voler tenere presente l'entità delle ruote più leggere rispetto a più ruote aerodinamiche, soprattutto se il tuo budget è limitato. Solo tu puoi decidere se il relativo vantaggio è conveniente.