Parte 5: Presión de neumáticos y aerodinámica

Comenzaremos esta publicación con una actualización rápida en el estado de la aerodinámica de la rueda moderna.  
Forma de borde y neumáticos
En 1991, Steve Hed y Robert Haug patentaron una forma de borde que se conocería como la forma 'toroidal'.  El borde toroidal era único en el que no tenía superficies planas, un neumático profundo bien para neumáticos tubulares y curvado de tal manera que el borde y el neumático combinados formaron una elipse. 

Imagen de Steve Hed Toroidal Rim Patent #US5061013
En términos simplistas, esta patente cubre cualquier borde que sea más ancho que el neumático y compuesto completamente de superficies curvas.  Ahora el problema con la patente era que realmente hacer este borde resultó ser imposible con la tecnología del día.  El borde HED CX era aproximadamente toroidal, pero con una tapa de aluminio en el pozo del neumático y la pista de freno no podía hacer la hermosa curvatura requerida para Ultimate Aero, e incluso en eso, la pista de freno de aluminio en ángulo era problemática.
En 1997, Zipp (que era dueño de la mitad de la patente toroidal, pero nunca había hecho un borde de esta forma) patentó la forma de borde 'híbrido toroidal'.  Esta patente tomó el concepto de que el borde fuera más ancho que el neumático para controlar el flujo de aire, pero lo coincidió con pistas de freno paralelas para hacer que el concepto sea más fabricable. 

Patente toroidal híbrida sargente/zipp
La regla del 105%
Los bordes de esta época tenían todas las 19-21 mm de ancho, y las llantas Zipp y HED tenían típicamente de 23 mm de ancho en el punto más ancho, que estaba optimizado para un neumático de 19-21 mm.  Durante la primera parte de mi mandato en ZIPP 1999-2013 noté en el túnel del viento que cada vez que el neumático se acercaba al ancho de la llanta, la aerodinámica se vio comprometida y de la formulación de la regla general que llamamos la regla de 105 (%).  La regla de 105 establece que el borde debe ser al menos el 105% del ancho del neumático si tiene alguna posibilidad de volver a captar el flujo de aire del neumático y controlarlo o suavizarlo.  

Regla de 105 (%) formulada en 2001 basada en el trabajo de túnel de viento temprano con neumáticos de 21 y 23 mm
Uno de los aspectos más interesantes de la regla de 105 es que antes de 2001, nadie estaba probando el túnel con neumáticos de 21 o 23 mm.  La sabiduría convencional era que tt'd o corría triatlón en neumáticos de 18-20 mm y eso fue todo.  Sin embargo, estaba en el túnel de Texas A&M con la Postal de EE. UU. En 2001 y Johan Bruyneel estaba hablando sobre el increíble viaje y el control de estos nuevos neumáticos de 21 mm que recibieron del patrocinador del equipo.  Había tomado la decisión de abandonar los neumáticos más estrechos, incluso para el TT como los corredores, así que preferían este nuevo neumático.  Inmediatamente realizamos ruedas con neumáticos de 21 mm y descubrimos que las llantas de 21 y 22 mm de la época no eran lo suficientemente anchas.  
Este sería el comienzo de un increíble juego de pollo y huevo dentro de la industria del ciclismo, ya que los fabricantes de ruedas hicieron llantas que funcionaban con neumáticos más anchos y fabricantes de neumáticos y atletas seguían superando los límites mediante el uso de neumáticos aún más amplios.  En 2007 luchamos por convencer a los ciclistas en Paris Roubaix de que usen neumáticos de 27 mm cuando siempre habían preferido los neumáticos 'ya muy amplios' de 24 mm de Paris Roubaix 2016 Tuvimos ciclistas en Roubaix en los neumáticos delanteros de 30 mm y de 32 mm con neumáticos de 25 mm que se usan en TT'ss en TT's. ¡!
Por qué la regla de 105
Esta imagen de CFD de Bontrager hace un gran trabajo al mostrar la 'por qué' de la regla de 105. Si bien a la industria ciclista siempre le ha gustado hablar sobre alas de los aviones, la realidad es que ningún ala de aviones ha tenido un neumático para bicicletas como líder. o borde posterior.  Esta fue la realización a principios de la década de 2000 que impulsó a Zipp, luego Hed, luego Simon Smart/Enve, Bontrager y ahora muchos otros para repensar por completo el problema.  El verdadero problema/oportunidad es cómo quitar mejor el aire sucio del neumático y suavizarlo con el borde en la mitad delantera de la rueda, y cómo usar el borde para impartir algunas estructuras de flujo que se cerrarán muy bien alrededor del neumático En la mitad trasera de la rueda. 

Imagen de Trek/Bontrager D3 Rim Forma Papel blanco que muestra un neumático de 25 mm
Esta es una imagen del papel blanco Trek/Bontrager de 2011, puede ver en la imagen superior cómo la separación (en azul) está completamente dominada por el neumático a medida que el borde es más estrecho.  La imagen 'Zipp' tiene el borde y el neumático en el mismo ancho que el neumático, y el Bontrager en la parte inferior tiene el borde más ancho que el neumático y puede 'recuperar' el flujo de aire separado del neumático.  Estas diferencias sutiles pueden hacer que un cambio muy grande en el arrastre y aún mayores diferencias en el manejo.  Muchas marcas tienen imágenes de CFD similares a esto en sus sitios, el punto crítico es que las variaciones sutiles en la forma del borde pueden y cambiarán la resistencia aerodinámica y el manejo, pero nada de eso es posible a menos que el borde sea al menos el 105% del neumático. ancho.
El enlace al tamaño y la presión del neumático
Entonces, ahora que entendemos cómo llegamos a este tema, volvamos a visitar nuestros neumáticos y llantas medidas de calibración de la Parte 1.

Anchos reales medidos de neumáticos en varias llantas de ancho de cuentas
El vínculo entre la presión y el aero comienza a quedarse más claro a medida que mira la tabla anterior.  Entre 87 y 115 PSI, la mayoría de estos neumáticos crecerán en casi 1 mm de ancho.  En términos aerodinámicos estrictos, este ancho adicional tiene un costo de aproximadamente 1 vatio por 2 mm de neumático en ángulos bajos de guiñada.  Sin embargo, la gran penalización puede llegar a ángulos de guiñada moderados a medida que los neumáticos se acercan al ancho del borde.
Primero, veamos un pecho Zipp 404, un borde con ancho exterior de 26.5 mm y un ancho de cuentas de 16.5 mm.  Con un neumático 23C, vemos menos de 10 gramos de diferencia de arrastre entre 6bar, 7bar y 8bar.  Sin embargo, con un neumático de 25c, vemos algunos efectos significativos en la aerodinámica de la rueda con presión cambiante a medida que el crecimiento del neumático sobre esas presiones requiere que la llanta sea del 102% del ancho del neumático a solo el 98% del ancho del neumático.

Efecto de la presión sobre el primer plato ZIPP 404 con el neumático Continental GP4000SII de 25 mm de 25 mm de 25c neumático
Las 3 presiones en el neumático de 23 mm hicieron una diferencia aproximadamente igual al margen de error del túnel de viento (túnel de viento A2), por lo que 6bar, 7bar o 8bar estarían a 10 gramos de la línea azul.  Sin embargo, el neumático de 25 mm se está acercando al umbral de la eficiencia aerodinámica debido al ancho inflado de ese neumático en un borde de ancho de cuentas de 16.5c, y en este ancho de neumático, su presión puede marcar una diferencia aerodinámica relativamente grande.  
En gaw en ángulo entre 10 y 20 grados, la diferencia entre la presión de los neumáticos de 7 y 8 bar (100.5 y 115psi) en este caso sería entre 1 y 9 vatios.  Cuando considera que una actualización de cojinete de cerámica completa para este mismo conjunto de ruedas representa un ahorro de 0.8-1.0 vatios, queda claro que estas diferencias aerodinámicas relacionadas con la presión del neumático pueden ser pequeños, ¡pero definitivamente no son cero!
Recomendaciones
Para las configuraciones donde el borde es el 105% del ancho de neumático medido o mayor, las presiones de los neumáticos tendrán efectos aerodinámicos muy pequeños.  Nuestros amigos en Flo Ciclismo Recientemente completó un estudio muy detallado sobre neumáticos de 23 mm en una de sus ruedas en incrementos de 5 PSI (el borde fue del 105-108% de los neumáticos) y encontró una diferencia de 0.5-2.0 vatios.  Puedes leer los resultados AQUÍ. Para su configuración, la presión óptima resultó ser de 95 PSI para el neumático 23C en el borde de 17.5c.
Una vez más, estos son números muy pequeños, sin embargo, en los márgenes del rendimiento, pueden ser críticos para el rendimiento y, lo mejor de todo, estas ganancias son gratuitas para aquellos que están dispuestos a experimentar.
Continuamos recomendando medir el ancho de su neumático y registrar cuidadosamente las presiones de sus neumáticos para ayudarlo a comprender mejor estos efectos.  El pensamiento debería ser que los neumáticos más anchos requieren presiones más bajas, y si está violando la regla de 105 para un evento aerodinámico, entonces quizás considere reducir la aplicación de su neumático o tratar de ver si una presión ligeramente menor puede ser la solución.
Bonificación: desgaste de neumáticos y aerodinámica
Como una ventaja adicional, hemos decidido lanzar en un gráfico divertido que muestra un nuevo GP4000SII 23C y uno que ha visto 1000 millas de uso como atleta trasero de menos de 175 libras.  El efecto del desgaste de los neumáticos fue algo que noté por primera vez en el túnel de viento hace más de 10 años y desde entonces me ha interesado.  Si bien el desgaste de su neumático variará según las condiciones de la superficie y el peso del conductor, podemos decir inequívocamente que los neumáticos con desgaste visible de la banda de rodadura o manchas planas en la corona del neumático le están costando tiempo de espera en el curso.  
¡Esto es lógico si lo piensas, la corona del neumático se usará plano y plano, es una terrible forma aerodinámica!  En aras de nuestro limitado tiempo de recopilación de datos y dinero, hemos usado un neumático trasero usado.  Los neumáticos delanteros se desgastarán más lentamente, pero recuerde, el rendimiento aerodinámico del neumático se degradará lentamente cada vez que lo use, por lo que para las carreras 'A' recomendamos que los neumáticos sean de bajo kilometraje.