Un poco de física: Calcular tu potencia en la bicicleta

Las tres fuerzas principales que deben superarse para mantener cierta velocidad son la resistencia del aire, la resistencia a la rodadura y la gravedad. También hay cierta fuerza de fricción en la cadena, engranajes y cojinetes (las llamadas fuerzas marginales).

La suma de esas fuerzas puede ser multiplicada por la velocidad - esta es la cantidad conocida como "POTENCIA". En unidades métricas, estamos hablando de Newtons (unidad de fuerza) x metros / segundo. Es más común en la ingeniería para utilizar una unidad de energía que proviene de unidades eléctricas - vatios (w). En lenguaje automovilístico son los caballos de potencia (1CV = 746w).

Para hacer una estimación de nuestra potencia, como pueden hacer muchas aplicaciones web (Strava la calcula relativamente bien) vamos a un sumatorio de fuerzas
Fuerza atleta = Resistancia a la rodadura + Fuerza del viento + Gravedad + Aceleración
Multiplicado por la velocidad obtenemos el sumatorio de potencias:
P(total) = P(Resistencia a la rodadura) + P(viento) + P(gravedad) + P(aceleración)


Qué es lo que necesitaremos saber para caluclar nuestra potencia?
  • El peso de nuestra bicicleta (con herramientas, botellin, pedales, …)
  • nuestro peso (con casco zapatillas, traje, etc)
  • elevación precisa (altimetro con barometro, o la altura tras la correccion de la aplicación web donde tengamos la ruta)
  • Velocidad
P(Resistencia a la rodadura) http://en.wikipedia.org/wiki/Rolling_resistance
P = Cr x N x v, donde
  • P es la potencia requerida.
  • Cr es el coeficiende de rodadura. Basado en el tipo de bici que estemos usando(carretera, btt, cross)
  • N es la fuerza normal producida por la gravedad en la bici y ciclista.
  • v es la velocidad.
P(viento) http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_(physics)
P = 0.5 x ρ x v2 x Cd x A, donde
  • P es la potencia requerida.
  • ρ es la densidad del aire
  • v es nuestra velocidad relativa respect al viento (si vamos de cara al viento será la suma de nuestra velocidad y la del viento).
  • Cd es el coeficiente aerodinamico.
  • A es el area que choca contra el viento.
Para unos calculos aproximados se puede considerar el area constante, sin viento, temperature 15°C, por lo que lo único que cambiará será el coef. Aerodinámico (no será lo mismo ir en una BTT que en una bici de contrarreloj).



P(Gravedad)
P = m x g x sen(arctg(pendiente)) x v, donde
  • P es la potencia requerida.
  • m es la masa total de la bici y ciclista (con todos sus complementos)
  • g es la aceleración de la gravedad, 9.8.
  • pendiente es la inclinación de la carretera en %
P(acceleracción)
P = m x a x v, donde
  • P es la potencia requerida.
  • m es la masa total de la bici y ciclista (con todos sus complementos)
  • a es la aceleración entre el punto de partida y el final de nuestro cambio de velocidad (esta fuerza es punctual, ya que siempre intentamos ir a una velocidad constante).
Una vez tenemos estos resultados podemos ver como esta potencia puede ser, de media, un 5-10% menor que la obtenida con un potenciometro, ya que el potenciometro mide, por lo general, la fuerza que ejercemos sobre la bicicleta, y con las formula obtenemos la fuerza que transmitimos al suelo.
Si he dicho fuerzas, y no potencias, ya que potencia es fuerza por velocidad.


Ah! Las fuerzas marginales: si aplicas 200 vatios en tus músculos, ¿cuántos llegan al suelo?
Rozamiento en los cojinetes, cadena, piñones, desviador, e incluso las calas y el pedal. ¿Cuánto perdemos? ¡No creo que nadie lo sepa! Una aproximación sería 5%.
 
Los calculos más precisos para hacerlos a mano, serán aquellos que calculemos en pendientes pronunciadas en asfalto, ya que será ahí donde la Potencia por la gravedad será la mayor que tengamos que vencer, ya que nuestra velocidad es menor y los otros valores serán cuasi residuales.
 
Por ejemplo:
  • Para que un ciclista de 70kg y con una bicicleta de 10kg suba una pendiente del 10% a 10km/h serán necesarios unos 217w para subir dicha pendiente (si no tuviesemos Resistencia de rodadura, ni rozamientos, además de un viento de 10km/h que nos soplase a favor).
  • Potencia = (70+10) x sen(arctg(0,1)) x 10km/h / 3,6 = 217w
  • El 3,6 es el factor que se utiliza para pasar de “km/h” a “m/s” ya que m/s son la unidades para trabajar en el Sistema internacional.
  • A 15km/h serían 325 vatios
 




Más infomación en la página de Curt Austin, y en este link tienes una calculadora para poder calcular vuetra potencia:
BIKE CALCULATOR

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