NOTIO. Medición del coeficiente aerodinámico (CdA) en “tiempo y condiciones reales”

Nociones de aerodinámica y antecedentes.

Llevo haciendo pruebas aerodinámicas en velódromo abierto desde hace 11 años. Desde entonces, he mejorado mucho mis protocolos hasta ser capaz de obtener resultados creo que bastante fiables y con una repetitividad muy alta.

Como ya expliqué de forma bastante “prolija” en el post Aerodinámica en la bicicleta, la potencia que hace falta para mover la bici (la que aplicamos en los pedales) a una determinada velocidad es igual a la suma de los siguientes factores:

1. La resistencia del aire o aerodinámica, que es proporcional al coeficiente aerodinámico (el producto Cd x A)
2. La resistencia del rozamiento con el suelo
3. La fuerza de la gravedad para ascender una pendiente
4. La fuerza necesaria para acelerar.

Como también he repetido muchas veces en este blog, en el velódromo asumo una serie de hipótesis para simplificar el cálculo del coeficiente aerodinámico, CdA.

Punto 3: En el velódromo, al ser plano, no hay pendiente, por lo que la fuerza de este apartado es 0.

Punto 4: intento hacer las pruebas a velocidad constante, en vueltas lanzadas, por lo que asumo que no hay aceleración y esta fuerza también es 0.

Por lo tanto, nos queda:

Punto 2: la resistencia con el suelo, que es M*g*Crr*V, M es la suma de la masa de la bicicleta y el ciclista y Crr es un factor que depende del neumático, de la rugosidad del suelo y de la presión… Y que es muy difícil de medir, y por lo tanto es casi mejor ni tocarlo, pero sí tener en cuenta, ya que puede ser relevante si cambiamos de ruedas y de entorno/carretera.  Para más información, recomiendo esta página: https://www.bicyclerollingresistance.com/ En mi caso, al ser siempre el mismo velódromo, no cambiar mucho de cubiertas e hinchar siempre las ruedas a la misma presión antes de entrenar, el error es despreciable.

 Y finalmente, sólo me queda  Punto 1 y el más importante, ya que supone alrededor del 80% de la potencia total en llano y que es la resistencia aerodinámica:

 Potencia aerodinámica =0,5 x ρ * CdA * Va² *V

Como se puede ver en la ecuación hay dos velocidades:  Va y V:

• V es la velocidad de la bicicleta 
• Va la velocidad aparente.

La velocidad aparente, es la que vemos nosotros encima de la bicicleta; es la suma algebraica (es decir, con signo) de nuestra velocidad y la del viento medido en la misma dirección en la que vamos. Es decir, si voy a 30 km/h, pero con un viento frontal de 10 km/h, la velocidad aparente es de 40 km/h. Mientras que si el viento es de culo, la velocidad aparente es 30-10= 20. Complicando un poco más la cosa, porque aunque nos lo parezca, el viento casi nunca el viento es completamente de cara:  si voy a 30 km/h y tengo un viento de 10 km/h incidiendo sobre mí con un ángulo de  45º, me está dando de cara un viento de 7,1 km/h (10x cos(45º)), por lo que sería 30+7,1 = 37,1.

En el velódromo, lo que hago es despreciar ese viento frontal. Asumo que lo que me da cara en un lado, lo tengo de culo en opuesto, y al final me quedo como estoy.

Hay otro factor que no tengo en cuenta que es el cambio del CdA con la dirección con la que incide el viento, que es un factor bastante relevante, del que no suele haber datos de túnel de viento disponibles salvo en el caso de cuadros y ruedas.

 

Resumiendo, creo que tengo un método bastante bueno dentro de un velódromo, pero yo compito en carretera.

Qué es Notio

En Eurobike 2017 se presentó Notio. Un dispositivo que se anunciaba como medidor de CdA en tiempo real. ¿Cómo?

• Midiendo con una serie de sensores y acelerómetros casi todos los parámetros que afectan a la ecuación de la potencia aerodinámica y despejando para cada instante de tiempo el valor de CdA.

• Mide la presión del aire y la velocidad frontal con un tubo Pitot, exactamente igual que el de los aviones. 

• También mide la Temperatura, que es un factor bastante importante a tener en cuenta, porque influye en la densidad del aire al que nos enfrentamos.

• Tiene acelerómetros pare determinar lo que aceleras y si estás subiendo o bajando pendientes.

• Notio no mide ni la velocidad ni la potencia, pero sí se vincula por ANT+ al sensor de velocidad que hay que llevar en la rueda  si quieres tener una medición fiable (el GPS no lo es en este caso) y a tu sensor de potencia por ANT+.

• Tampoco mide el Crr, por lo que hay que darle un valor, que por defecto es 0,004.

Con todos esos factores, despeja el CdA de la ecuación y te lo enseña al instante en la pantalla del Garmin. Una pasada, ¿no?

Eso me pareció en su momento. Pero también tenía una serie de inconvenientes que hicieron que no me lo comprara entonces:

-Precio: casi 1000€.

-Dudas de fiabilidad: Por un lado me parecía que eran demasiados sensores, con demasiada posibilidad de error, para que al final diera una medida fiable.

-Madurez del producto: Llevo unos cuantos años en esto y creo que lo productos electrónicos relacionados con la bicicleta se sacan al mercado sin que hayan alcanzado una madurez suficiente y terminan haciendo falta alrededor de 2 años para que las cosas funcionen en condiciones.

El caso es que:

• este verano estaba siendo un poco más aburrido de lo normal ya que más o menos por junio decidí que no iba a competir aunque hubiera carreras a partir de septiembre,
• que los apoyacodos personalizados me han abierto un horizonte nuevo en la aerodinámica con un montón de posibilidades
• que había una oferta del 40% en la web,
• que Jaime Menéndez de Luarca me lió para variar

me lo compré a final de septiembre.

Primeros pasos

En primer lugar, es necesario vincular todos los dispositivos entre sí: Notio, sensor de Potencia, velocímetro. Para eso hace falta la aplicación de Notio, que sólo está disponible para iOs. Como yo soy de Android y Windows, tuve que buscarme un Iphone viejo, pero no demasiado, para que pudiera soportar al menos iOS 11. Por suerte, mi madre le acababa de regalar un teléfono a mi padre, así que el antiguo quedaba libre .)

Todas estas cosas están basten bien explicadas en la página de FAQs de Notio

Esta app también indica el estado de la batería y de la memoria del Notio. En ella, se introduce el valor de Crr, la masa del conjunto bicicleta + ciclista y el del factor de calibración (de este factor hablaré más tarde).

También, hay que vincular el Garmin con el Notio para poder ver (sólo ver, en el Garmin no se almacenan los datos del Notio) en tiempo real el CdA y la velocidad del viento frontal. De momento son los únicos datos que puedes ver en la pantalla, junto al CdA promedio de la última vuelta. Para esto hay que bajarse en el IQ de Garmin la app de Notio.

Una vez que está todo vinculado, a la carretera. Hay que encender el Notio manteniendo el botón pulsado 3 segundos, y cuando haces Start en el Garmin empieza a grabar.

Lo primero que se ve en la pantalla es que el CdA fluctúa bastante en el tiempo. En la app de Notio se puede configurar el intervalo de tiempo al que se extiende el promedio de la medición que se ve en pantalla y que puede ser el promedio de los últimos 15, 30 o 60 segundos. Es exactamente lo mismo que se hace con el Garmin par ver los datos de potencia instantánea, que puedes poner e 1, 3, 10 segundos y casi todo el mundo lleva en 3 segundos.. Así que de la misma manera: cuanto mayor es el tiempo, más estable es el valor, pero si quieres tener un tiempo de respuesta a algún cambio más rápido, por ejemplo, ver cuánto baja el CdA al agachar la cabeza, cuanto más corto sea el intervalo, mejor. 

De todas formas, luego veremos que el dato en pantalla tampoco es demasiado importante.

Llegamos a casa. Stop en el Garmin, el Notio deja de grabar automáticamente. Ahora hay que ver los datos. ¿Cómo se descargan?. Primero hay que subir los datos la nube. Hay que coger el Iphone, entrar en la app y conectar el Notio para que suba los datos a la cuenta que has tenido que crear previamente.

Para descargarlos, dos opciones:

1. A través de una versión de Golden Cheetah adaptada a Notio, Golden Cheetah Notio
2. Conectarse a https://cloud.notio.ai y descargar los archivos en json o en csv. 

Resultados

A partir de ahí, se pueden ver en la propia app, o lo más recomendable, en Golden Cheetah Notio. Aquí es donde empieza la parte compleja del tema. De momento, no voy a enrollarme demasiado con esto por diversos motivos pero voy a resumir. Hay que ser muy fino con:

-el factor de calibración. Este factor lo que hace es “tunear” la medición de la velocidad del viento para que en el intervalo escogido de calibración, que puede ser en vueltas a un velódromo o la suma de los intervalos de ida más el de vuelta en un recorrido en principio recto y llano, la velocidad promedio del viento sea casi cero.

-la interpretación de los datos. Estamos bastante acostumbrados a sacar promedios, y estos sólo vale en casos muy concretos. En cada intervalo hay bastantes fluctuaciones del CdA, unas por cambios en la posición, otras por cambios en la incidencia del viento y otras por errores de lectura.

Como dice en las FAQs de Notio, este chisme en una HERRAMIENTA. Pero muy delicada y hay que saber interpretar correctamente la información que da. Si el intervalo de estudio es muy amplio y el CdA relativamente constante (desviación estándar baja), puede que el promedio sirva. Si no, hay que aplicar algo de observación, sentido común y si se puede Estadística.

Pongo un par de ejemplos de datos obtenidos.

Ejemplo 1: Tramo ida y vuelta de 30 minutos acoplado.

Nanclares-Armiñon, ida y vuelta. Sin curvas pero algún tobogán. 

Qué se ve:

empezando por abajo, viento variable, que no tiene una dirección marcada a la ida y otro a la vuelta. Ese tramo es un cañón, donde el viento se comporta de forma «caprichosa». 

El Cda, bastante variable. Con muchos tramos alrededor de 0,25 pero otros a 0,35 que coinciden con los de velocidad más baja = repecho en el que me puse de pie.

La cadencia, la mayor parte del tiempo a 97 con bajadas en 3 repechos y las dos rotondas de giro.  

Velocidad: la línea verde es la velocidad real y en la sombreada aparece la aparente: (Vreal+Viento)

Potencia: un día bueno, terminando fuerte 🙂 

Se puede ver cómo el valor que se presenta en esta gráfica de Golden Cheetah Notio, no es el CdA instantáneo, si no que está suavizado. Aquí están los datos «brutos». 

Como se puede ver, el valor de CdA constante, no es… Y si hacemos el promedio, pues aunque mucho la mayor parte del tiempo estoy acoplado, los picos de hasta 0,4 me van a sobreestimar mucho el valor de CdA. Es decir, si lo que busco es el CdA de mi posición acoplada, el promedio no es el método. 

 

Ejemplo 2: 13 vueltas a la «Pista» de Gamarra. 5 minutos

Qué se ve en los resultados:

empezando por abajo, se ven claramente las 13 vueltas, con sus 13 picos de velocidad del viento de cara (positivo) en la recta de contrameta y los 13 picos de viento a favor (negativo). Entre 2 y 3 km/h. Puede parecer poco, porque estamos acostumbrados a ver datos de viento de estaciones metereológicas que están a muchos metros de altura, pero la diferencia de ir a 40 o 42km/h es notable.

El CdA, en este caso bastante estable entre 0,29 y 0,28, aunque también se aprecian 13 ondulaciones.

La cadencia, entre 95 y 99 rpm, que es como me gusta ir. 

Velocidad: la línea verde es la velocidad real y en la sombreada aparece la aparente: (Vreal+Viento)

Potencia: mucho menos estable de lo que me gustaría, pero creo que bastante afectado por el viento. 

 

Conclusiones

Dicho esto, después de algunos meses de análisis ya he podido sacar algunos datos y conclusiones.

-La más importante para mí, tras tantas vueltas al velódromo, es que los datos que tenía sacados de forma analítica, es decir, con la ecuación descrita arriba y sus correspondientes hipótesis simplificativas, valen. No estaban perfectos, porque había alguna cosa que no estaba teniendo en cuenta bien, pero puedo corregir mi base de datos sin problemas y aprovechar todo lo que tengo de los últimos años, que no es poco.

-El CdA promedio que da Notio, es válido en muy pocos casos. 

-Mi CdA en carretera es mejor que en velódromo. ¿Por qué? Hay dos opciones:

1. me he dado cuenta de que en las curvas del velódromo nos soy capaz de seguir con la cabeza abajo, lo que empeora el CdA.
2. puede que el Crr de la carretera sea mejor que el de la «pista» de Gamarra, y que me esté sobreestimando el CdA del velódromo. Hasta que no vuelva a un velódromo de verdad, no podré comprobarlo, aunque cuando estuve en Anoeta vi que el Crr de Gamarra es más del doble que el de Anoeta, que no es que sea el mejor del mundo. 

A partir de ahora, cosas que me quedan por delante:

• Afinar en lo que me permite mi manillar actual la posición de la Blue. Como no tengo demasiado margen con mi manillar y barras actuales, tengo que ver cómo afecta a todo esto los nuevos aerobar que están al caer.

• Ver si otro casco puede irme mejor (lo dudo).
• Repetir y aplicar todo lo aprendido a la bici de pista, y seguir jugando al «récord de la hora» con las correspondientes restricciones UCI. 

Haya o no competiciones en 2021, voy a estar entretenido.