Aunque
tradicionalmente se tiende a decir, por parte de los profanos, que un velódromo
es más o menos rápido por su superficie y por su diseño, lo cierto es que hay
otros elementos como la aerodinámica y los factores atmosféricos que tienen
mucha mayor importancia en el rendimiento.
Por este
motivo, hemos pedido la colaboración de Eloy Izquierdo, uno de los preparadores
físicos más cualificados y con el que tuve la suerte de compartir algunos años
de trabajo con la selección de pista en la Federación Española.
Ese factor aerodinámico se denomina CdA que es
el producto del coeficiente aerodinámico (Cd) del conjunto ciclista- bicicleta
por la superficie frontal A. El CdA es lo que se calcula en el túnel de viento. No obstante, aquí podemos ver algunos valores estandar en ciclismo.
Un segundo grupo de fuerzas que intervienen en
el cálculo de la fuerza final que se opone al avance del ciclista está formado
por el rozamiento con el suelo, la pendiente, los rozamientos de todos los elementos
mecánicos y alguna otra, que hemos englobado como otras fuerzas y que pueden
reducirse utilizando los medios técnicos adecuados.
Si tenemos un CdA también optimizado y una vez considerado y realizado las
mejoras para reducir el resto de rozamientos y minimizar así las otras fuerzas
y para una velocidad deseada determinada v, la única variable que nos queda por
analizar es la densidad del aire, r, con lo cual determinamos la fórmula
adjunta.
Hay que tener en cuenta que este cálculo se
hace teniendo en cuenta un entorno sin viento en contra como es un velódromo,
ya que si hubiese viento habría que aplicar fórmulas más complejas.
En todo caso, observamos en la fórmula la
importancia de la densidad del aire, r, en la fuerza aerodinámica de
rozamiento que tiene que vencer el ciclista,
al mismo nivel que el coeficiente aerodinámico Cd y la superficie frontal A.
Factores que
influyen en la densidad del aire
Vamos ahora a ver qué factores determinan la
densidad del aire y podremos saber por qué un día “el velódromo está lento” o
por qué “hoy no me salen los tiempos”, y que son la altura, la presión
atmosférica, la humedad y la temperatura. Y todos ellos están de alguna manera
relacionados entre sí e influyen en la densidad del aire. Si queremos recordar las leyes que rigen el comportamiento de los gases e incluso calcular la densidad del aire, podemos consultarlo en este enlace.
Sabemos que cuando la altura aumenta la
presión atmosférica disminuye, es decir, “hay menos aire” -la columna de aire
sobre nosotros pesa menos conforme ascendemos-, por lo tanto, la densidad del
aire debe ser menor.
Por ejemplo, en un velódromo a nivel del mar,
20 ºC y 60% de humedad relativa, la densidad del aire es 1,118 Kg/m3,
mientras que en el de Aguascalientes (Méjico), a 1.880 m de altura y en las
mismas condiciones de temperatura y humedad la densidad del aire es 0,952 Kg/m3.
Ahora bien, esta disminución
de la presión atmosférica no es proporcional a la altura sino que
disminuye más lentamente conforme se va ganando altura.
La presión atmosférica, además de con la
altura, varía también por factores meteorológicos, y por lo tanto la densidad
del aire puede ser diferente si hay una situación de anticiclón, con presiones
más altas o bajas presiones en situación de borrasca.
Con el ejemplo del velódromo a nivel del mar,
20ºC y 60% de humedad, en una situación de altas presiones en superficie, por
ejemplo 1.024 mb, la densidad del aire es 1,211 Kg/m3, mientras que
con una presión baja, cuando hay borrasca, por ejemplo 992 mb, la densidad del
aire es de 1,173 Kg/m3.
El aire húmedo es menos denso que el aire
seco. Puede parecer extraño si pensamos que el agua es más densa que el aire,
pero lo que hay en el aire húmedo es vapor de agua, un gas, y las leyes de los
gases son particulares. Básicamente, diremos que las moléculas de vapor de agua
desplazan a las moléculas de los gases que componen el aire (fundamentalmente
nitrógeno y oxígeno) y éstas son más pesadas que las de vapor de agua.
Así, cuanto más humedad haya menos denso será
el aire, por ejemplo en nuestro velódromo a nivel del mar, en las mismas
condiciones de presión y temperatura (1.020 mb y 25ºC) con un 40% de humedad relativa la densidad
del aire es 1,186 Kg/m3, y con un 95% de humedad relativa la
densidad del aire es 1,179 Kg/m3,
diferencia más bien reducida.
Y terminamos con la temperatura. Cuando un gas
se calienta, se dilata, es decir aumenta de volumen, por lo tanto si la temperatura
del aire aumenta, al dilatarse disminuirá su densidad. Por lo tanto,
a igualdad de presión, con temperatura más alta la densidad del aire será
menor.
Como ejemplo vamos a cuantificar la influencia
de la temperatura en la densidad del aire en dos situaciones de la misma
presión atmosférica (1.020 mb) y la misma humedad relativa (40%). A 10 ºC la
densidad del aire es 1,253 Kg/m3, y a 28 ºC la densidad del aire es 1,173
Kg/m3, diferencia que resulta apreciable en la práctica y que es
sufrida por quienes entrenan en invierno en velódromos sin calefacción.
En conclusión, a las velocidades que se
alcanzan en un velódromo, cualquier variación, por pequeña que sea en los
factores que influyen en las fuerzas de resistencia al desplazamiento, puede
influir en el rendimiento. Los factores atmosféricos que influyen sobre la
densidad del aire deben ser tenidos en cuenta durante el entrenamiento y la
competición.
Si queremos practicar con los cálculos en
diferentes situaciones, aparte de los calculadores de los diferentes factores
mostrados, podemos necesitar un convertidor de unidades
y ser cuidadosos en poner todos los factores de las fórmulas que utilicemos en
las unidades adecuadas que nos aparecen en las fórmulas y nos piden los calculadores.
Eloy Izquierdo
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