As jantes aerodinâmicas valem peso adicional?

Fiquei com a impressão de que reduzir o peso de suas rodas é importante. No entanto, estou notando que muitas das jantes aerodinâmicas extremamente sofisticadas são realmente mais pesadas do que as jantes mais baratas do mesmo fabricante.

Por exemplo:

• As rodas EA90 SLX da Easton, que são de nível básico , chegam a 1398 gramas e cerca de US $ 1000 por um par, enquanto o EC90 TKO super high-end custa 1545 gramas pelo dobro do preço.

• As rodas Kysrium Elite S da Mavic têm 1520g e menos de um terço do preço de suas rodas de ponta Cosmic Carbone 80, com 1640g.

• O 30 Clincher da Zipp custa apenas US $ 850 por um par de 1655g, enquanto os 808 Firecrest® Carbon Clinchers custam US $ 3000 e pesam 1730g.

Obviamente, os preços parecem apoiar a idéia de que a aerodinâmica importa mais do que algumas centenas de gramas de peso, mas em que momento o peso adicionado compensa o ganho? Ou a importância de reduzir o peso rotacional é exagerada ?

Obviamente, os preços parecem apoiar a idéia de que a aerodinâmica importa mais do que algumas centenas de gramas de peso, mas em que momento o peso adicionado compensa o ganho?

Um cálculo exato dependerá da massa total de você e sua bicicleta, sua velocidade, vento, seu ângulo, se você está subindo, no plano ou descendo, e a velocidade que você está indo (ou a potência que você precisa). re colocando para fora). No entanto, podemos fazer estimativas aproximadas de muitas dessas variáveis ​​para obter uma resposta aproximada.

Digamos que as rodas aerodinâmicas adicionem 100 gramas de massa total comparadas às rodas "padrão" e, em troca, reduzam sua área de arrasto, CdA, em 0,005 m ^ 2. Essa é uma melhoria de desempenho para uma roda aero razoavelmente comparada a uma jante de caixa padrão, embora para rodas extremamente bem projetadas você possa ver talvez dobrar essa diferença (~ 0,01 m ^ 2) ou mais, especialmente em ângulos de guinada altos.

A equação de potência para uma bicicleta é bem compreendida e foi dada nesta resposta de Troca de pilha de bicicletas . Assim, para determinar o ponto em que é preferível trocar peso mais baixo por arrasto aerodinâmico, podemos substituir valores adequados de massa, velocidade, inclinação e assim por diante, e planejar a economia de energia, como é feito aqui.

A figura abaixo compara um ciclista de 80 kg mais uma bicicleta com aros de caixa padrão versus um ciclista de 80,1 kg mais uma bicicleta com aros aero. Presumimos que as jantes aerodinâmicas economizem 0,005 m ^ 2 na área de arrasto em comparação com as jantes padrão. Três linhas pontilhadas mostram a economia de energia para uma subida de 5%, uma estrada plana e uma descida de 5%. O eixo x mostra a velocidade do ciclista em km / h, enquanto o eixo y mostra as economias para as rodas mais leves - quando a linha pontilhada está acima da linha zero horizontal sólida, é melhor ter rodas mais leves; quando a linha pontilhada cai abaixo da linha zero horizontal sólida, é melhor ter as rodas mais aerodinâmicas.

Como você pode ver, apenas para subidas íngremes em baixa velocidade é preferível ter rodas mais leves; no entanto, para essa comparação específica de economia de peso e economia de resistência aerodinâmica, o benefício é pequeno, menor que um watt. À medida que a velocidade aumenta, a linha pontilhada cai abaixo de zero e torna-se melhor optar pela economia de aero.

Isso foi por uma colina íngreme. No plano e nas descidas, você quase sempre estará melhor com as rodas mais aerodinâmicas.

Observe que a economia de energia ainda é relativamente modesta. Nas corridas, até pequenos benefícios podem ser obtidos para determinar a vitória ou a perda, mas para uma corrida recreativa normal, lembre-se da magnitude das rodas mais leves em relação às rodas aero, principalmente se o seu orçamento for limitado. Somente você pode decidir se o benefício relativo é econômico.

Pensei em acrescentar alguns comentários extras a esses exemplos muito bons e abrangentes dos cenários de aerodinâmica e peso que Robert forneceu no ano passado.

Em particular, o cenário dinâmico de acelerações em terreno plano, que é um pouco mais complexo que o ciclismo em estado estacionário.

Alguns podem pensar que as rodas leves acelerariam melhor do que as rodas aerodinâmicas mais pesadas, mas não é necessariamente o caso. Na verdade, é mais provável que o oposto seja verdadeiro, pois quando você viaja em alta velocidade, a demanda de energia é dominada por dois fatores; mudanças na energia cinética (inclusive rotacional) e superação do arrasto de ar substancial e sempre crescente.

Se você reduzir a demanda de energia para superar o arrasto aéreo, a energia necessária para isso poderá ser usada para aumentar a energia cinética.

Se isso resulta ou não em um ganho de desempenho, reduz-se à velocidade inicial, quanto tempo dura a aceleração, bem como a magnitude das diferenças aerodinâmicas e de massa.

Eu passo por essa questão em detalhes nesta postagem do blog que fiz no ano passado:

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

Nesse item, comparo acelerações de 10 segundos a partir da velocidade zero e de uma velocidade inicial de 30 km / h. Nos exemplos, usei uma diferença aerodinâmica típica que medi entre essas rodas e uma diferença exagerada na massa de roda de 0,5 kg.

Os resultados são plotados em gráficos.

Acontece que, se você estiver iniciando o sprint a partir da velocidade (neste caso, 30 km / h), o piloto mais pesado da roda aero avança imediatamente e sua liderança continua a crescer. A roda aerodinâmica mais pesada é sempre a melhor escolha nesse cenário (apesar da miríade de outros fatores de escolha de roda - os quais descrevi no post vinculado):

No entanto, é um pouco diferente de um ponto morto, onde o ciclista mais leve tem uma vantagem inicial; no entanto, o ciclista mais pesado começa a recuperar o ritmo e leva o ciclista mais leve após cerca de 7 segundos e depois se afasta do ciclista mais leve. .

Portanto, um crítico de cachorro-quente com curvas quase paradas apresenta um dilema interessante e talvez possa se beneficiar de uma avaliação mais individualizada. Caso contrário, se a corrida nunca desacelerar tanto em curvas, um rodado aerodinâmico quase sempre será mais rápido e / ou exigirá menos energia e acelerará mais rápido.

É claro que o cenário exato para qualquer indivíduo depende da forma do seu poder de sprint versus gráfico de tempo, pois alguns pilotos têm um pico de potência mais alto, alguns experimentam um poder mais rápido desaparecendo e assim por diante.

Os princípios, no entanto, não mudam, pois a natureza e a forma geral das parcelas serão semelhantes, pois o suprimento de energia é fixo e supera o total de cada fator de demanda de energia, ou seja, mudanças na energia cinética, superação do arrasto de ar, resistência ao rolamento , potenciais alterações de energia (gravidade), atrito do sistema de transmissão. Exija menos energia para um e mais está disponível para os outros.

Nesse item, também abordo o impacto das diferenças na massa da roda rotacional / momento de inércia, que acaba sendo um fator tão pequeno que é quase insignificante.

Eu acho que depende do curso que você está montando. Os profissionais terão vários rodados e usarão rodas diferentes, dependendo do curso em que estiverem dirigindo durante o dia. O peso realmente só faz uma grande diferença se você estiver subindo ou acelerando. Portanto, para um percurso com muita escalada, onde o arrasto aerodinâmico é no mínimo, eles geralmente escolhem um rodado muito leve sem jantes aerodinâmicas. Enquanto em cursos planos e contra-relógio onde a aerodinâmica oferece uma vantagem maior, eles vão com as rodas aerodinâmicas um pouco mais pesadas.

Recentemente, fiz uma análise extra sobre a modelagem mencionada na minha resposta anterior, desta vez usando uma curva de saída de potência realista para acelerações de um início permanente e de dois cenários de início rotativo, em vez dos 1000W planos assumidos usados ​​no modelo anterior.

O link completo está aqui: http://alex-cycle.blogspot.com.au/2014/12/the-sum-of-parts-ii.html

Mas, em suma, as conclusões são as mesmas, apenas pequenas diferenças no momento exato de quando o aero se torna mais vantajoso no começo. Se já estiver rolando em terreno plano, é sempre melhor escolha e eu adicionei um terceiro cenário, uma aceleração de uma colina a partir de uma velocidade inicial baixa (pense em um critério de inversão de marcha na parte inferior da colina). Nesse caso, a roda aerodinâmica ainda vence, a menos que a linha de chegada esteja próxima da curva.

Observe que a economia de energia ainda é relativamente modesta. Nas corridas, até pequenos benefícios podem ser obtidos para determinar a vitória ou a perda, mas para uma corrida recreativa normal, lembre-se da magnitude das rodas mais leves em relação às rodas aero, principalmente se o seu orçamento for limitado. Somente você pode decidir se o benefício relativo é econômico.