La velocidad en bici es sobre todo una pelea con el aire

Tres resistencias, y solo una que se dispara

Todo el modelo cabe en una línea. La potencia que llega a la carretera vale P = Crr·m·g·v + m·g·sin(θ)·v + ½·ρ·CdA·v_aire²·v, donde v es tu velocidad respecto al suelo, v_aire tu velocidad respecto al aire, θ la pendiente, ρ la densidad del aire y CdA tu superficie de arrastre — el área frontal que presentas multiplicada por lo mal perfilado que estás. Divide todo entre unos 0,97 para obtener la potencia que deben producir tus piernas: una cadena y un cambio pierden en torno al 3 %.

El primer término son los neumáticos deformándose contra el asfalto y el asfalto deformándose de vuelta. Como fuerza apenas cambia con la velocidad, así que su potencia es proporcional a v. El segundo término es la gravedad, y en llano vale exactamente cero — de ahí la elegancia del llano como experimento. El tercero es el que importa. La fuerza de arrastre va con el cuadrado de la velocidad del aire, y la potencia es fuerza por velocidad sobre el suelo: en un día sin viento el término aerodinámico va con v al cubo. Lineal contra cúbico no es una carrera reñida durante mucho tiempo.

Dónde el aire adelanta al asfalto, y es más lento de lo que crees

Iguala los dos términos y resuelve. Crr·m·g·v = ½·ρ·CdA·v³ cancela una v de cada lado y deja v = √(Crr·m·g ÷ (½·ρ·CdA)). Mete un conjunto de 80 kg, un Crr de 0,005, ρ = 1,225 kg/m³ y un CdA de 0,32 m², y la respuesta es 4,47 metros por segundo — 16,1 km/h. Por debajo, tu enemigo principal son los neumáticos; por encima, el aire. Dieciséis kilómetros por hora es un paseo tranquilo por un carril de sirga. Casi cada kilómetro que has recorrido con intención se ha pagado sobre todo en aire.

Relee la fórmula del punto de cruce y fíjate en lo que no contiene: no contiene tu forma física, y la velocidad se ha simplificado de una manera muy concreta. Lo que sí contiene es la masa y el CdA, ambos modificables. Ciclista más pesado, cruce más alto; posición más aerodinámica, cruce más bajo. Mejores neumáticos también lo bajan, y esa es la razón práctica por la que unas cubiertas flexibles dan sensación de velocidad gratis y un cuadro más ligero no: el término del neumático es el que pagas de verdad a baja velocidad, y el aerodinámico es el que pagas a todas las velocidades que importan.

Cuadrados, cubos, y por qué doblar la velocidad no cuesta cuatro veces más

El tópico dice ocho veces la potencia para el doble de velocidad. El tópico acierta exactamente en el término aerodinámico y falla en tus piernas. Pasar de 20 a 40 km/h lleva el término aerodinámico de 33,6 W a 268,9 W, un factor 8,000 con tres decimales — el cubo de dos, exactamente como exige la fórmula. Pero la rodadura solo pasa de 21,8 W a 43,6 W, un factor dos, y los dos montones se suman. La potencia total en los pedales pasa de 57,1 W a 322,1 W: 5,6 veces, no ocho.

La distinción importa porque la proporción se desplaza con la velocidad. Dobla desde una velocidad baja y obtendrás bastante menos de ocho, porque la rodadura todavía pesa mucho en un total pequeño. Dobla desde una velocidad ya alta y te acercarás a ocho, porque el término aerodinámico ha desplazado a todo lo demás. El enunciado general honesto es que el exponente que sufres está entre uno y tres, y sube a medida que aceleras — de ahí que el último km/h de una contrarreloj cueste tantísimo más que el primero, y que las ganancias marginales se cacen en la superficie de arrastre y no en otro sitio.

La asimetría del viento, demostrada

Todo ciclista conoce la ida y vuelta en la que el viento debía anularse y no se anuló. La razón está en la ecuación: el término de arrastre usa tu velocidad respecto al aire, pero el término de potencia multiplica por tu velocidad respecto al suelo. Un viento de cara infla por tanto una cantidad al cuadrado dejando intacto el multiplicador, y un viento de espalda desinfla esa misma cantidad menos de lo que esperarías.

Ponle una letra y se vuelve demostrable. Sea k el viento expresado como fracción de tu velocidad sobre el suelo. De cara, el término aerodinámico se multiplica por (1+k)²; de espaldas, por (1-k)². El sobrecoste vale entonces (1+k)² - 1 = 2k + k², y el ahorro vale 1 - (1-k)² = 2k - k². Su cociente es (2+k)/(2-k), mayor que uno para cualquier viento y creciente con él. En k = 0,5 — un viento igual a la mitad de tu velocidad — vale exactamente 2,5 ÷ 1,5 = 5/3. El viento de cara te cuesta cinco tercios de lo que el de espalda devuelve, y ninguna pedalada cambia esa aritmética.

Ahora la versión que se siente. Toma a nuestro ciclista que mantiene 150,6 W en los pedales, es decir 30 km/h en día calmo, y dale al día un viento de 15 km/h. De cara, esos mismos 150,6 W solo empujan a 21,68 km/h. De espaldas, la misma potencia da 39,79 km/h. Haz 20 km de ida y 20 de vuelta: 55,4 minutos contra el viento, 30,2 minutos para volver, 85,5 minutos en total frente a 80,0 en día calmo. Has perdido 5,5 minutos y tu media cae a 28,07 km/h en lugar de 30 — y eso que el viento estaba exactamente equilibrado. Fíjate en la trampa de las velocidades brutas: promedian 30,7 km/h, por encima de tu velocidad en calma. Lo que decide es el tiempo que pasas en cada una, y pasas mucho más tiempo con el viento de cara.

Ir a rueda es la velocidad más barata del ciclismo

Si la mayor parte de tu potencia compra aire, entonces todo lo que reduzca el aire que has de mover vale más que cualquier otra cosa. Ir a rueda recorta típicamente el arrastre entre una cuarta parte y un tercio; más adentro de un grupo la reducción es aún mayor, y los trabajos en túnel de viento y simulación numérica sobre pelotones completos han medido a corredores resguardados en el centro sufriendo solo una pequeña fracción del arrastre de un corredor solo. Aplica un 30 % de reducción a 40 km/h a nuestro ciclista modelo: 322,1 W en solitario pasan a 239,0 W a rueda, un ahorro del 26 % de la potencia total por el mero trabajo de mantener la trayectoria.

Léelo al revés y resulta más llamativo. Mantén constante la potencia y esa misma reducción del 30 % te lleva de 40 a 44,76 km/h — casi 5 km/h gratis. Reduce el arrastre a la mitad, como un corredor bien metido en un pelotón grande, y la potencia para sostener 40 km/h cae de 322,1 W a 183,5 W, un 43 % menos. Ningún cambio de posición, ningún material y ningún entrenamiento produce un efecto de ese tamaño, y por eso el ciclismo en ruta es un deporte táctico y no una contrarreloj con público dentro.

Dónde se acaba el modelo del llano: las cuestas, y qué es realmente el CdA

Pon una pendiente bajo el mismo ciclista y la jerarquía se invierte. A 20 km/h en una cuesta del 5 %, la gravedad se lleva 217,7 W, la rodadura 21,8 W y el aire solo 33,6 W — el 12 % del total. Esa es toda la razón por la que subir es cuestión de relación potencia-peso mientras rodar en llano es cuestión de potencia frente a arrastre: un término que era cero en llano pasa a dominar, y el término aerodinámico que ocupaba toda la sección anterior queda arrinconado. También explica por qué unas ruedas aero más pesadas son un buen intercambio en carretera ondulada y uno malo en montaña.

La última honestidad va sobre el propio CdA. No es una especificación que puedas consultar: es una propiedad medida de ti, tu bici, tu ropa y tu posición en un día dado, y cambia cuando mueves las manos, levantas la cabeza o te pones una chaqueta que ondea. Las cifras publicadas cubren una banda amplia, desde unos 0,4 m² sentado con las manos arriba hasta bastante menos de 0,25 m² para un corredor entrenado en posición aerodinámica, y la diferencia entre los extremos de esa banda vale más que cualquier componente. Todos los números de este artículo supusieron 0,32; la forma de cada conclusión se mantiene igualmente, pero tu punto de cruce personal y tus vatios personales no coincidirán con los nuestros hasta que midas los tuyos.

Preguntas frecuentes

¿Una bici más ligera me hace más rápido en llano?

Apenas. En llano la masa aparece solo en el término de rodadura, que ya es el pequeño. Quita 1 kg a un conjunto de 80 kg y la potencia de rodadura a 30 km/h pasa de 32,7 W a 32,3 W — unos 0,4 W ahorrados de 151. Ese mismo kilo vale muchísimo más en cuesta, donde la masa entra en el término de gravedad, y vale algo en cada aceleración. La velocidad en llano se compra en superficie de arrastre, no en gramos.

¿Por qué mi velocidad baja en un día caluroso aunque me encuentre bien?

El aire caliente es menos denso, así que debería hacerte más rápido, no más lento — esa es la parte contraintuitiva. La densidad del aire baja en torno a un 0,3 % por grado Celsius, así que una diferencia de 20 grados cambia tu potencia aerodinámica alrededor de un 7 %. Si vas más lento con calor pese a ese regalo, la causa eres tú y no el aire: deriva cardiaca, deshidratación y sangre desviada a la piel para refrigerar cuestan más de lo que da la densidad. La misma lógica funciona al revés una mañana de invierno, cuando el aire denso encarece calladamente cada salida.

¿Cuánto cuesta un viento cruzado?

Más de lo que sugiere solo su componente frontal, y el modelo de este artículo no lo captura. Un viento cruzado se combina con tu propia velocidad en un viento aparente que llega en ángulo, y el arrastre de una bici con ángulo de guiñada no es una simple proyección — las ruedas de perfil alto y algunos cuadros llegan a producir una pequeña fuerza hacia delante con ángulos moderados, mientras que un cuerpo de tres cuartos presenta más área. La observación de campo es más simple que la física: un viento cruzado sale caro porque te saca de la línea recta y del abrigo de la rueda de delante.

¿El punto de cruce es realmente el mismo para todos?

No, y la fórmula dice exactamente cómo se mueve. Vale √(Crr·m·g ÷ (½·ρ·CdA)): sube con la raíz cuadrada de la masa y del coeficiente de rodadura, y baja con la raíz cuadrada del CdA. Una bici de viaje cargada, con cubiertas anchas y blandas, tiene un punto de cruce muy por encima del nuestro; un ciclista ligero, recogido, con cubiertas rápidas, lo tiene por debajo. En nadie es lo bastante alto como para cambiar la conclusión, eso sí. Incluso doblando el coeficiente de rodadura el cruce solo se multiplica por √2, y sigue siendo una velocidad que pasas en el primer minuto de salida.

Si hago siempre el mismo circuito, ¿por qué mi tiempo empeora los días de viento aunque el viento medio sea nulo?

Por la razón demostrada arriba, más otra. El cociente de asimetría (2+k)/(2-k) es mayor que uno para cualquier viento no nulo: así que cualquier viento te cuesta en un circuito cerrado, aunque sus direcciones se compensen. Encima, el tiempo que pasas en cada dirección es desigual — estás mucho más rato en el tramo de cara que en el de espaldas — lo que pondera más la parte cara. Ambos efectos empujan en el mismo sentido, y por eso un día de viento es lento aunque el viento sea favorable en la mitad del recorrido.