Kammtail Virtual Foil

El diseño de superficie aerodinámica para bicicletas requiere de un gran esfuerzo de creatividad, ya que el diseño tradicional utilizado por los aeroplanos y automóviles no considera las propiedades únicas de la aerodinámica de bicicletas. La relativa baja velocidad y empuje hacia el frente de las bicicletas las hace más vulnerables a los factores ambientales, como por ejemplo, los vientos cruzados, y requiere de una tecnología que se enfoque en algo más que mejorar la aerodinámica del viento en contra. Las formas de los tubos de bicicletas inherentemente exhiben una gran cantidad curvatura e interacciones de flujo combinadas, complicando aún más el proceso de crear un diseño verdaderamente aerodinámico.

Mientras que las superficies aerodinámicas típicamente se extienden hasta un punto final en las formas del tipo de gota, Kammtrail incorpora un extremo truncado en escuadra que incrementa la rigidez y copia el desempeño de una superficie de control en forma de ala mucho más grande.

La superficie de control está definida en términos de la proporción, o del área de superficie relativa entre el ancho total y el perfil de un cuadro o componente. Según como aumente la proporción, el arrastre disminuye. Sin embargo, como todas las cosas en la vida, hay una ventaja y desventaja con respecto a las proporciones. La estabilidad, el peso y la rigidez se ajustan de forma proporcional conforme la relación aumenta. El cuerpo de gobierno de los ciclistas profesionales y la Unión de Ciclistas Internacional (UCI), establecen límites significativos en que tan extrema puede ser la relación, limitando la máxima relación a la dimensión transversal mínima en una proporción no mayor de 3:1.

Los ingenieros de Trek para poder lograr el desempeño aerodinámico partieron de una relación alta dentro de un perfil ligero y compacto que pudiera ser rígido, estable y que cumpliera con las regulaciones de la UCI. El veterano ingeniero Dough Causack hizo equipo con el recién llegado Paul Harder para investigar las plataformas de superficies aerodinámicas específicas para ciclismo. Como Paul explica, "actualmente las superficies aerodinámicas para bicicletas (en la mayor parte de la industria) empezó diseñándose utilizando un antiguo sistema para definir las superficies de control de las alas de los aeroplanos. He visto esto como la mayor desconexión posible y decidí estudiar la superficie de control aplicadas verdaderamente a las bicicletas como mi primer “proyecto personal” de investigación y desarrollo. Para poder probar la mayor cantidad de diseños posible, el equipo creó un nuevo método para la dinámica de fluidos por computadora (CFD, por sus siglas en inglés) que actúa como un túnel de viento virtual capaz de probar dibujos 3D. Este método más eficiente permitió a Trek probar más de ocho diferentes formas, algo que no habría sido posible en el túnel de viento. Dough tuvo la corazonada de que si truncaba una superficie aerodinámica podría lograr una innovación en eficiencia aerodinámica, y el CFD tuvo como resultado que el equipo viera que tales diseños mostrarán resultados sin precedentes. Así nació el KVF.

El nuevo diseño resolvió un problema fundamental con respecto a las plataformas anteriores. Las superficies aerodinámicas de las bicicletas tiene una curvatura muy alta en comparación con una superficie aerodinámica en forma de ala de avión o de tipo estabilizador mucho más estirada, las bicicletas también experimentan un eje vertical mayor o un ángulo más grande entre el aparente viento (frecuentemente inconsistente y que viene de lado) y la dirección del movimiento de la bicicleta. Entre más grande sea este ángulo, más movimiento lateral indeseable experimentará la bicicleta. Como resultado, el aire tiene un momento muy difícil manteniéndose pegado a la pared de la superficie aerodinámica y tiende a separarse causando grandes cantidades de arrastre y reduciendo la estabilidad. El diseño truncado del KFV resuelve este problema de curvatura utilizando la porción de una relación que trabaja la parte más difícil, (el frente), y prescindiendo de la parte trasera en punta que es menos importante en aplicaciones específicas de bicicletas. El flujo del viento fluye alrededor de la parte del frontal como en un diseño tradicional y se mantiene en esta trayectoria ya que al truncar la forma se reduce su curvatura. Con el incremento del eje vertical y los vientos cruzados también aumenta la ventaja de desempeño del KVF.

El KVF fue inicialmente desarrollado como parte de un proyecto más grande para construir la bicicleta más rápida del mundo. Una vez que el diseño truncado del KVF logró ser un concepto probado en los análisis de CFD, nuestros ingenieros construyeron un prototipo completo y lo llevaron a las pruebas extensivas del túnel de viento A2 de Mooresville en Carolina del Norte, y después al túnel de viento de San Diego en California. Quedaron impresionados con los resultados, y pronto, esta bici se volvió el Speed Concept (concepto de velocidad) original de la exitosa plataforma de triatlón de Trek. Los beneficios de esta bicicleta para los triatletas fueron inmediatamente evidente, haciendo que el equipo de ingeniería rápidamente iniciara con la expansión de la aplicación del KVF a los diseños de tradicionales de bicis de carreras de pista.

El KVF fue fácil de integrar dentro de la pequeña área de superficie de los cuadros de pista tradicional que los anteriores diseños de superficies aerodinámicas, permitiendo que existieran nuevos conceptos de bicis aero. La Madone, la bicicleta de carreras aerodinámica de alto desempeño de Trek, fue traída al redil con la tecnología KVF en 2013. Desde entonces, se ha renovado el Speed Concept (concepto de velocidad) el cual es mucho más rápido que antes, en gran parte gracias al diseño revisado del KVF con una menor área frontal y arrastre reducido en todos los ángulos del eje vertical. La Madone 2016 también incorpora un diseño mejorado en el cual el KVF es un elemento integral. Los ingenieros de Trek continúan investigando más aplicaciones de esta sorprendente tecnología, y han visto un gran éxito expandiéndola a más componentes, como por ejemplo, los manubrios.