Comparación Aerodinámica de Cascos: Giro Advantage, Bell Javelin, Kask Mojito.

Con esta entrada, que es la 500 en el blog, voy a comenzar la publicación y análisis de algunos datos recogidos en diferentes pruebas realizadas en el velódromo abierto de Gamarra desde hace unos meses.

Llevaba bastante tiempo sin ir al velódromo, pero raíz de unas pruebas un poco cutres que intenté hacer para comparar la aerodinámica de las Laminar COver frente a una rueda lenticular estándar ( Prueba no oficial de Laminar Cover vs Lenticular Plana.) le volví a coger gusto al asunto y además he tenido la suerte de que desde Tamalpais y Powertap me dejaran unos pedales P1 con sensor de potencia integrado para probarlos, lo que me ha dado la oportunidad de hacer muchas mediciones y pruebas y repetir alguna que había hecho (Prueba Aerodinámica de cascos) pero con material diferente.

El otro día me preguntaban por qué no me iba a un velódromo cerrado a hacer las pruebas. La explicación es muy sencilla: además de que Anoeta me pilla a 120 km de distancia de casa y Gamarra a 3, la aerodinámica bien sea del material, o de la posición del ciclista, depende del CdA, que es el producto del coeficiente aerodinámico y del área frontal, y el Cd depende del ángulo de incidencia del viento. (Para más información respecto a esto, ver Aerodinámica en la bicicleta) Si no hay viento, lógicamente, el ángulo de incidencia es cero. Por un lado, no se trata de una condición real ya que está demostrado que lo más normal es tener entre 5 y 15 grados de ángulo de incidencia.

Ejemplo de ángulos de incidencia en Arizona y Kona. Fuente: Trek Speed Concept White paper

Por otro lado, con ángulo de incidencia 0, la variación de una situación a otra, sobre todo en el caso de las ruedas sería prácticamente imperceptible, como se puede ver en las gráficas siguientes de varios fabricantes.

Como ya expliqué hace unos años, estuve un tiempo intentando desarrollar una macro en Excel para la utilización del método de medición directa del CdA, pero finalmente lo dejé, porque tenía que introducir un ángulo diferente en cada paso pora cada recta y por cada curva, y ello me obligaba a tener una medición en cada instante del viento… algo que intenté hacer hasta que Patri se cansó de sujetar el anemómetro, la bandera que indicaba la dirección del viento  y además apuntar la velocidad…J: Medición indirecta del CdA.

Así que opté por simplificar el sistema y limitarme a hacer comparaciones de material en el mismo día, haciendo varias repeticiones con cada situación e intentando que sólo cambiara el parámetro material a estudiar. Para que las variaciones del viento con el paso de los minutos no penalizara a una de las configuraciones, intentaba intercalar las pruebas de cada uno lo máximo posible. Es decir: en el caso que voy a exponer en esta entrada, en el que comparo tres cascos, no cambio nada más que el casco a utilizar, hago tandas de 10 vueltas (2,5km) y entre cada una de ellas me cambio de casco.

Después de aprovechar mi visita a Eurobike para probar todos los cascos que pude (aunque evidentemente no era el objeto del viaje), comprobé que de todos los que había, el Met Drone era el que mejor me encajaba, pero no ha habido forma de conseguirlo de momento, y el Bell Javellin más o menos me entraba. Así que aproveché que Alberto González me podía dejar su Bell cuatro días antes del triatlón Bajo Gállego de Zuera para probarlo contra mi Giro Advantage tuneado con el visor LG con el que llevo ya unos cuantos años. Ya puestos, me llevé el Kask Mojito que llevo desde este año en carretera para comparar… No fuera a ser que no se notara diferencia entre uno y otro y que todavía no lo había probado en velódromo.

Un casco de carretera y dos con forma de gota de agua.

Área frontal de los tres.

Área frontal con el protector de la nariz descolgado.. L

Área frontal del Bell, apretando las mejillas y las orejas más tapadas

El MET Drone en Eurobike. Parece (al menos en la foto) que tiene mucho área frontal pero cola más corta, pero no he podido probarlo en la bici.

Así que con las siguientes condiciones de viento, me puse a dar vueltas.

Como he dicho antes, se trata de ir cambiando de casco cuantas más veces mejor, para que el aumento de viento según avanza la tarde no perjudique a ninguno de ellos.

Así que hice tres tandas con cada casco, lógicamente con la cabra y considerando que el viento es cero (promedio lo de un lado con lo del contrario) y un Crr=0,004 que probablemente sea bajo para cómo está el velódromo de rugoso y bacheado, pero que para comparar cascos da igual .

El resumen en promedio es que el Advantage sale un poco mejor que el Javellin y mejor que el Mojito.

He dibujado los tres intentos de cada caso para ver si se apreciaba algo raro. Lo único que se ve es que el Mojito es peor en todos los casos.

¿Y de cuánto estamos hablando? Pues si esas condiciones se reprodujeran exactamente en la realidad, y aplicando que más o menos la regla de que 1w de ahorro son 6,5 segundos en 40 km:

Ahora, lo de siempre. El método es el que es, las diferencias pueden parecer pequeñas (son muy parecidas a las que me salieron en Prueba Aerodinámica de Cascos en 2013) y que cada uno decida, pero en Zuera me quedé a 20 segundos del primero.

También es importante mencionar que esto no quiere decir que el Advantage sea mejor casco. Sí lo es para mí y para mi posición, pero cada casco se acopla a cada espalda de forma diferente y no a todo el mundo le irá mejor. Es una pena que no se puedan hacer esas pruebas antes de comprarte un casco.

Próximamente, análisis de ruedas.

Datos (independientes) de cascos aerodinámicos.

En las últimas semanas han salido un par de debates interesantes sobre aerodinámica de ruedas lenticulares y cascos en la sección de triatlón y duatlón del foromtb, en los que como suele ocurrir en estos casos la gente confunde términos como sustentación, resistencia aerodinámica, etc, basándose en lecturas de peligrosas webs de más que dudosa base académica. No voy a entrar a hablar del efecto Bernoulli, del Coanda, por qué vuelan los aviones, etc. No trabajo en aerodinámica, aprobé mecánica de fluidos hace casi 15 años y estas discusiones no son objeto de este blog. Como me gusta hacer en estos casos, vamos a los datos.

Sin embargo, cuando se recurre a datos publicados por marcas comerciales hay que hacerlo con cuidado. Voy a dedicar un poco de tiempo a poner un ejemplo bastante claro: últimamente, en los datos aerodinámicos de ruedas obtenidos en túnel de viento, pasa algo curioso que no consigo explicarme. De repente, desde hace un par de años  casi todas las ruedas de perfil tienen drag negativo!!

Creo que fue Zipp la que hace unos años  sacó la primera lenticular que supuestamente tenía drag negativo. Luego (sinceramente no recuerdo si este fue el orden exacto, pero no es relevante) fue la Stinger de HED la que “empujaba” en lugar de frenar al incidir el viento sobre ella con un determinado ángulo aparente. Ahora resulta que casi todas las marcas consiguen tener ruedas de perfil (ni siquiera hace falta que sean lenticulares) que presentan una resistencia negativa con un viento aparente aproximado de unos 15°. Sospechoso, ¿no? O han cambiado la forma de medir o algo raro pasa aquí.

 Algunos ejemplos:  Datos de Flo Cycling.

Datos de las nuevas HED Jet con aro de 25 mm. Fuente: Slowtwitch:

Es más, si comparamos los datos de la HED6FR C2 (que se pueden ver en la web de HED) respecto a los publicados hace unos años de la HED 6 C2 (prácticamente el mismo si no es exactamente el mismo perfil!!) el drag ha bajado 100 gramos.. (¡!)  (línea roja de la primera gráfica vs línea azul de la segunda gráfica)

En estos casos yo prefiero quedarme con los datos cualitativos, como por ejemplo, las mejoras aproximadas que da cada tipo de perfil de rueda con el ángulo aparente (que como se ve en todas las curvas son en todas las marcas parecidos), y sólo me fío de comparaciones entre diferentes marcas de ruedas cuando lo hace algún medio supuestamente independiente. Este tipo de datos sirve para rebatir la típica frase de que la lenticular no funciona con viento cruzado o para escoger si merece la pena o no llevar una rueda de 90 en lugar de una de 60.

Respecto a los cascos, donde cada marca dice que su casco es el mejor y ofrecen algunos datos de mejoras por llevarlos, he encontrado en la red un estudio del MIT (Massachestts Institute of Technology) de 2007: Benchmark of Aerodynamic Cycling Helmets Using a Refined Wind Tunnel Test Protocol for Helmet Drag Research. Por lo tanto, se trata de un estudio realizado por un centro serio e independiente de diferentes cascos aerodinámicos en el que en ningún momento se hace referencia a ninguna marca comercial.

En este estudio, se comparan 13 cascos aerodinámicos diferentes frente a un casco de referencia estándar. Se mide en el túnel de viento el drag (expresando la resistencia aerodinámica en N) creado por el casco :

-sobre un maniquí en posición de contrarreloj,

-viento a 48 km/h (más alto de lo que solemos movernos los mortales, por lo que la resistencia real sería algo menor)

– para diferentes ángulos aparentes (0°,5°, 10°, 15°) que son los que estadísticamente se ha comprobado que son los más habituales

-con cada casco colocado en 3 posiciones. De esta forma se pretende comprobar cuánto afecta que la punta del casco no esté apoyada en la espalda, creando distorsiones/turbulencias en el flujo de aire a su paso por esa zona y por lo tanto aumentando el drag

Posición 1: casco horizontal

Posición 2: casco ligeramente levantado

Posición 3: casco vertical.

Los resultados expresados en drag son los siguientes, siendo el casco de referencia la línea roja que se ve claramente por encima del resto.

Cosas a resaltar:

-de la posición 1 a la 2 hay diferencia, pero no demasiada.

-en la posición 3, en la mayoría de condiciones no hay apenas beneficio entre un casco aerodinámico y uno normal.

-con el aumento del ángulo aparente (mayor viento cruzado) no se produce una reducción de la resistencia aerodinámica como ocurre en el caso de las ruedas, pero tampoco una mejora.

Como el drag en unidades de fuerza (N) probablemente no nos dice demasiado, he pasado la fuerza a potencia multiplicando la fuerza de la resistencia aerodinámica por la velocidad en la que los triatletas aficionados nos podemos mover en una carrera unos 36 km/h que son (10 m/s) para redondear (aunque los datos están sacados a 48 km/h) y he dibujado el ahorro en watios por llevar un casco aerodinámico:

Resumiendo:

  • con el casco perfectamente horizontal, se ahorran entre 12 y 16 watios.
  • Si levantamos un poquito la cabeza podemos perder unos 2-3 watios.
  • Y si miramos hacia abajo, y levantamos la cola del casco, aunque seguimos estando mejor que con el casco normal en la mayoría de los casos, hemos perdido prácticamente cualquier beneficio aerodinámico.

Pasado a tiempo: un ahorro de 15 watios (la diferencia de ir a 200 w o a 215w, por ejemplo) puede ser una diferencia de 7 minutos en un Ironman.

Como suelo decir en estos casos, no hemos descubierto nada que no intuyéramos o ya hubiéramos leído por ahí, pero creo que es bueno poner números a las cosas y si es basándonos en una fuente independiente, mejor.

Otra opción, es irse con un sensor de potencia a un velódromo y medir las dos (o más opciones). En este caso, al ser la aerodinámica del casco menos dependiente de la dirección del viento, un velódromo abierto da resultados mucho más fiables que en el caso de las ruedas.

Ahora que cada uno se ponga el casco que prefiera en las carreras.

Prueba aerodinámica de cascos.

Hacía bastante tiempo que no hacía pruebas aerodinámicas en velódromo abierto. Ya he comentado alguna vez que me rendí después de comprobar que era demasiado complicado sacar algo fiable cuando las diferencias son pequeñas debido a la variabilidad y dificultad de medir algunos factores, como es el caso del viento. Por ejemplo, para comparar el rendimiento de unas ruedas, donde influye sobre todo el viento cruzado, con los medios que tengo, no puedo estar registrando el viento (velocidad y dirección) en cada instante de tiempo, que es lo que necesitaría.

Pero para mediciones de variaciones debidas a la postura o los cascos, sí que se pueden hacer cosas interesantes si no hay viento. Así que, el día de Reyes, con una niebla que hacía bastante peligroso salir a la carretera y un frío del carajo (pero nada de viento), me fui al velódromo. Además, todavía no tenía vídeos rodando con la Blue. Sólo tenía grabaciones en casa, en el rodillo, pero sin calzar correctamente el soporte delantero del Bkool. Así que el objetivo era doble: ver en vídeo mi posición en la Blue y probar y sobre todo medir las diferencias de mi CdA con tres cascos:

  • mi Atmos frente a mi casco Advantage con visor tuneado, para decidir si me lo llevo a Abu Dhabi o no (por aquello del calor),
  • y también quería probar el nuevo Selector de Giro, que me dejó Jubera, para ver si me aportaba mejoras frente al Advantage.

Así que vueltas y más vueltas al velódromo. Hice 3 series de 10 vueltas con cada uno de los tres cascos. Patri me grabó con cada casco. El objetivo, como siempre, tomas frontales, para intentar medir área frontal y ver si hay “cosas” que sobresalen demasiado y tomas laterales, para ver si la cola del casco se acopla con la espalda, si hay estiramientos excesivos en piernas o articulaciones, ángulos raros…

Posición

Aunque el día no ayudaba mucho a conseguir imágenes nítidas, dejo los vídeo con los tres cascos.

Atmos

Advantage

Selector

 

Ya puestos, he calculado la diferencia de área frontal entre la posición que llevaba en la Razesa en 2010 (cuando era capaz de llevar el manillar abajo) respecto a la de ahora en la Blue. Tenía curiosidad por ver si iba más bajo ahora que entonces. Pues sí. Unos 3 cm no es mucho y menos con la fiabilidad del método de medición, pero creo que está bastante bien, sobre todo teniendo en cuenta, que con la Razesa tuve que acabar levantando el manillar girándolo 30º, lo que suponía casi 10 cm porque no era capaz de ir tan bajo sin que me doliera el psoas. Por lo tanto, de nuevo, los beneficios de llevar una bici que permite ir muy adelantado.

Los resultados de la medición del área frontal:

Temporada(cm)

2010

2012

Altura (cm)

153

149

Área (cm2)

4281

4148

Reducción de Área

3.2%

Aerodinámica.

Como estaba recién salido de la bronquitis, tampoco tenía fuerza para derrochar, así que me puse un desarrollo más suave de lo normal en otras pruebas: 53×16. Esta vez iba con el OCP5 de Rotor, pero sigo sin notar diferencias diferencias. El objetivo: velocidad constante de unos 38 km/h y a guardar datos de potencia.

Llegado el momento del análisis: consideré un Crr de 0.003 e hice un primer tiro, considerando valores medios de cada parámetro en cada serie y aplicando la ecuación de la Potencia para despejar el CdA en cada una, y posteriormente aplicando un promedio entre cada una de las 3 tandas que hice con cada casco.

Casco

Atmos

Advantage

Selector

CdA

0.333

0.325

0.327

sest

0.3%

0.3%

0.6%

Dif

-2.5%

-2.0%

No obstante, a pesar de que la desviación estándar de los valores entre las tandas de cada casco es muy pequeña, o sea que los datos no se diferencian mucho en cada tanda con el mismo casco, después de ver los vídeos y sobre todos los picos de potencia que me salen en cada salida de curva debido a mi falta de pericia y práctica en velódromo, decidí aplicar el método de medición indirecta de R.Chung para determinar el CdA.

Clipboard01

Como ya expliqué hace tiempo, con este método, se trata de determinar el Crr y el CdA realizando las iteraciones necesarias para que el perfil del recorrido (creado a partir de variaciones en cada instante de tiempo) se ajuste al real.

Esto en un velódromo, es bastante “sencillo”, ya que la altitud es siempre la misma, y por lo tanto, el perfil, constante. Hace un par de año empleé bastante tiempo en hacerlo con unas macros en Excel, y ya que lo tengo hecho, pues podía aprovecharlo. Básicamente lo que hace esta macro, es hacer todas las posibles combinaciones de Crr y CdA para obtener el “perfil” más plano posible, el que tiene un incremento de pendiente más bajo en cada instante de tiempo.

En primer lugar fijé el Crr en 0.003 y obtuve los valores de CdA para cada uno casco.

Casco

Atmos

Advantage

Selector

CdA

0.327

0.320

0.321

sest

0.4%

0.3%

0.6%

Dif

-2.2%

-1.8%

Posteriormente corrí la macro completa, para determinar la combinación más adecuada de Crr y de CdA para cada uno de ellos.

Casco

Atmos

Advantage

Selector

Crr

0.0027

0.0025

0.0027

CdA

0.331

0.325

0.325

sest

0.5%

0.5%

0.8%

Dif

-1.6%

-1.6%

Las conclusiones en cuanto a los números, son que el Advantage me da un poco mejor resultado que el Selector, y ambos mejor que el Atmos, aunque la diferencia me esperaba que fuera bastante mayor. Creo que tendría que probar el Selector con la carcasa más grande, ya que todavía me queda hueco entre la espalda y la cola. Y probablemente, con más viento la diferencia sería mayor, aunque eso es más difícil de medir con fiabilidad, como ya he dicho al principio.

A lo importante: pero eso, ¿cuánto es en tiempo? Pues para Abu Dhabi, donde parece que a pesar del viento y de la distancia, parece que se va rapidillo y pretendo hacer unos 200w de media, suponiendo un Crr=0.003 (digo yo que con la pasta que tienen, el asfalto será bueno), suponiendo viento= 0, para compensar lo que da de un lado con lo que da del otro: pongo la calculadora en “Calcular velocidad” e introduzco los diferentes CdA para cada caso.

Abu Dhabi

Atmos

Advantage

Selector

CdA

0,327

0,320

0,321

tiempo

5:44:22

5:42:00

5:42:20

Dif

0:02:22

0:02:02

En una carrera de 8 horas, no es mucho, pero como digo, con viento estoy seguro de que se notará más (tengo algunos datos anteriores aunque no lo suficientemente fiables como para publicarlos), y en cualquier caso, menos es nada.

En cuanto a comodidad, el Advantage lo llevo bien, no me molesta como para no escogerlo en una carrera, y tampoco me da calor (esto lo he comprobado otros días, no el 6 de enero…). Pero tengo que hacer algo con las aberturas de ventilación del visor que le puse, por las que entra aire, y molesta bastante si es lateral, como ya me pasó en el Mundial de Vitoria, cuando se me durmió un párpado en la segunda vuelta en bici con el viento lateral desde Elgea.