Una delle domande più frequenti a proposito delle biciclette reclinate riguarda il loro rendimento in salita. Per trovare una risposta concreta a questa domanda, durante l’estate 2013 abbiamo intrapreso una serie di test comparativi che ci ha permesso di ottenere risultati molto interessanti.
METODO E STRUMENTI
L’obiettivo dei test era raccogliere e mettere a confronto i valori di potenza e frequenza cardiaca misurati in sella ad una bicicletta reclinata (Slyway endorphin700) ed in sella ad una bicicletta da corsa (Cannondale). Con entrambe le biciclette abbiamo percorso salite a pendenza costante, in assenza di vento, a velocità costante, a parità di peso (76 kg per l’insieme bicicletta + ciclista) con la stessa coppia ruote, e con lo stesso rapporto inserito. Tutti i cicloamatori sanno che il peso della coppia ruote (massa rotante della bicicletta) è determinante sulle prestazioni in salita. La reclinata endorphin montata con coppia ruote misura 700c ci ha permesso di mettere a confronto le prestazioni in salita su reclinata e BDC a parità di coppia ruote, consentendoci di verificare se la sola posizione reclinata, a parità di ogni altra condizione, comporta qualche tipo di vantaggio nei tratti di strada in salita. Durante i test è stata utilizzata una coppia ruote del peso di 1580 grammi, composta da cerchi in carbonio (profilo 40 mm) montati con tubolari 700×23, gonfiati alla pressione di 10 bar. Gli strumenti utilizzati sono un power meter PowerTap SL+ (alloggiato nel mozzo della ruota posteriore), e un GPS Garmin con fascia cardio. L’utilizzo del PowerTap ci ha offerto l’opportunità di misurare la potenza effettivamente scaricata al suolo attraverso la ruota posteriore con una precisione del 1,5%.
La ricerca di salite con pendenza costante ci ha portato in provincia di Brescia, dove abbiamo individuato quattro percorsi: una salita veloce (pendenze 2-3%) una salita pedalabile (pendenze 5-6%), una salita impegnativa (pendenze 9-10%) ed una salita molto impegnativa (pendenze 14-19%).
Vestone
Passo del Termine
pendenze 2-3% nei primi 4 km
Gargnano
Passo Capovalle
pendenze 5-6% nei primi 7 km
Edolo
Monte Colmo
pendenze 9-10% nei primi 5 km
Vobrano
Salita per Teglie
pendenze 14-19% nel primo kmChiunque utilizza un power meter conosce la variabilità dei valori di potenza istantanea misurati e visualizzati sul display durante l’esercizio. Piuttosto che fare riferimento ai valori di potenza istantanea o di potenza media, abbiamo scelto di condurre le prove a velocità costante, perché è risultato più semplice mantenere la velocità istantanea vicina al valore medio prestabilito. Durante lo svolgimento dei test abbiamo osservato che le pendenze effettive variavano in alcuni tratti anche di 1% o 2% rispetto al valore medio. La salita spesso si faceva meno ripida in corrispondenza dei tornanti e si impennava per qualche metro in altri punti. In questi tratti la velocità è stata volontariamente aumentata o ridotta di alcune unità rispetto al valore medio prestabilito. In questo modo, in sede di analisi dei dati, è stato possibile eliminare tutti i valori di potenza e frequenza cardiaca misurati in corrispondenza di pendenze diverse dalla pendenza media.
I valori di potenza, velocità, frequenza cardiaca, cadenza, e temperatura, sono stati misurati con una frequenza di un dato al secondo. Per raccogliere una quantità di dati analoga sulle diverse salite, sono state eseguite da un minimo di 2 ad un massimo di 6 ripetizioni consecutive. Le prove si sono svolte in un periodo compreso tra il 18 Giugno e il 4 Settembre 2013. Per raccogliere misure di frequenza cardiaca nelle stesse condizioni di forma su ciascuna salita, abbiamo condotto i test con le due biciclette a pochi giorni di distanza tra loro, e sempre dopo un giorno di riposo completo. La prima ripetizione è stata affrontata a riposo, e le seguenti dopo il tempo necessario per scendere a valle senza pedalare. Per ogni ripetizione sono state calcolate la potenza media e la frequenza cardiaca media, mentre da tutti i dati raccolti nello stesso giorno sono stati calcolati i valori medi complessivi. Le ripetizioni in salita sono state eseguite da un ciclista di 65 kg di peso, 183 cm di statura, 41 anni di età, abituato a pedalare sia su recumbent che su bici da corsa.
SALITA VELOCE
I test su pendenze del 2-3% si sono svolti a Vestone lungo la salita del Passo Termine. In due giorni distinti (19 Luglio e 1 Agosto 2013) abbiamo ripetuto 6 prove consecutive con le due biciclette, selezionando un rapporto 39/15 e mantenendo la velocità compresa tra 23 e 25 km/h per circa 8 minuti. La bicicletta reclinata era regolata con inclinazione dello schienale di 23° sull’orizzontale. I valori di potenza (media su 10 secondi) misurati su recumbent e su BDC sono messi a confronto nei grafici seguenti che riportano i valori registrati lungo l’intera salita.
Salita 2-3%
Vel. Media (Km/h)
Pot. Media (Watts)
bent
BDC
bent
BDC
1^ prova
24,11
24,06
208,76
227,75
2^ prova
24,11
23,90
196,17
223,45
3^ prova
24,08
23,95
199,98
221,17
4^ prova
24,13
23,97
200,66
211,01
5^ prova
24,02
23,90
201,33
213,96
6^ prova
24,06
24,05
197,24
229,20
MEDIA
24,09
23,97
200,83
220,68
La potenza media complessiva misurata con bicicletta recumbent è di circa 201 Watts, mentre è di circa 221 Watts con BDC. Possiamo ipotizzare che il vantaggio aerodinamico della recumbent alla velocità media di 24 km/h sia responsabile della minore potenza richiesta in salita. I test svolti in velodromo (Montichiari, Settembre 2013) ai quali abbiamo già dedicato un articolo su questo blog, sembrano confermare questa ipotesi. La potenza necessaria per vincere la resistenza aerodinamica (Pa) è proporzionale al prodotto della densità dell’aria (ρ) moltiplicata per l’area frontale (A), per il coefficiente di forma (Cx), per la velocità (V) elevata alla terza potenza.
Pa = 0,5 ρ A Cx V3
C = A Cx
I test in velodromo ci hanno permesso di calcolare il valore del fattore C, che abbiamo definito come il prodotto del Cx per l’area frontale. Per la recumbent endorphin700 (con inclinazione dello schienale di 23°) il fattore C è uguale a 0,26 mentre per la BDC (con le mani sulla parte alta del manubrio) ha un valore di 0,39. Tenuto conto della densità dell’aria calcolata in base alle condizioni ambientali durante i test a Vestone (temperatura 31°, umidità relativa 50%, pressione di 1013,25 mbar) troviamo che per vincere la resistenza aerodinamica alla velocità di 24 km/h la bicicletta reclinata richiede 44 Watt, mentre la BDC richiede 65 Watt. La differenza tra le potenze appena calcolate è pari a 21 Watt, valore estremamente vicino alla differenza di 20 Watt tra le potenze medie misurate. In base alle misure raccolte in salita e in velodromo possiamo concludere che la recumbent endorphin gode di un vantaggio aerodinamico che alla velocità di 24 km/h con pendenze del 2-3% corrisponde ad un risparmio di potenza del 9% rispetto alla BDC.
Il rapporto (Pa/P) tra la potenza aerodinamica calcolata e la potenza misurata in salita ci comunica quanto incide la resistenza aerodinamica sulla potenza complessiva richiesta per avanzare in salita. Quando la pendenze sono del 2-3% la resistenza aerodinamica consuma il 22% della potenza necessaria per avanzare in sella alla bicicletta reclinata, mentre consuma il 30% della potenza richiesta per avanzare in sella alla BDC.
velodromo
Salita 2-3%
bent
BDC
bent
BDC
V media (km/h)
40,06
39,62
24,09
23,97
T media (°C)
27,3
27,0
31,3
31,7
ρ media (kg/m3)
1,167
1,168
1,15
1,15
C
0,257
0,387
0,257
0,387
Pa (Watt)
206,93
301,51
44,38
65,68
P (Watt)
206,93
301,51
200,83
220,68
Pa / P
100%
100%
22,1%
29,8%
Abbiamo confrontato fino a questo punto le potenze misurate a parità di velocità. Può essere altrettanto interessante confrontare le velocità a parità di potenza (201 Watts) e densità dell’aria (1,167 kg/m3). Quando la strada sale con pendenze del 2-3%, la bicicletta reclinata spinta da una potenza media di circa 201 Watts si muove alla velocità media di 24 km/h percorrendo un chilometro in 2’29”. La potenza Pa necessaria per vincere la resistenza aerodinamica in sella alla BDC si può approssimare pari al 30% di 201 Watts, che risulta uguale a circa 60 Watts. Da questa potenza si ricava che nelle stesse condizioni esterne, la velocità della BDC sarebbe di circa 23 km/h. A questa velocità la BDC percorre un chilometro in 2’35” con un ritardo di 5” al chilometro rispetto alla recumbent.
I valori di frequenza cardiaca misurati durante le sei prove su recumbent e su BDC sono messi a confronto nei grafici seguenti che riportano i valori registrati lungo l’intera salita, compresi i tratti con pendenza e velocità superiori o inferiori alla media.
Il rapporto tra potenza meccanica media e frequenza cardiaca media al netto della frequenza a riposo è un indicatore dell’efficienza (E) con la quale il ciclista riesce a trasformare la potenza metabolica interna in potenza meccanica esterna. Per ogni prova abbiamo calcolato l’efficienza secondo la formula:
E = Pot. media / (FC media – FC base)
Le misure della frequenza cardiaca a riposo sono state eseguite in sella alle due biciclette ferme per un tempo di alcuni minuti. La posizione distesa assunta in sella alla recumbent permette alla frequenza cardiaca a riposo (62,2 bpm) di scendere al di sotto della frequenza misurata in sella alla bicicletta da corsa (75,7 bpm). La differenza misurata è di 13,5 bpm corrispondente ad un risparmio del 17,8% a favore della recumbent.
Salita 2-3%
Vel. Media (Km/h)
FC media (bpm)
E (Watts/bpm)
bent
BDC
bent
BDC
bent
BDC
1^ prova
24,11
24,06
138,51
140,85
2,74
3,50
2^ prova
24,11
23,90
138,38
144,13
2,58
3,27
3^ prova
24,08
23,95
137,60
144,77
2,65
3,20
4^ prova
24,13
23,97
144,12
142,19
2,45
3,17
5^ prova
24,02
23,90
144,91
144,58
2,43
3,11
6^ prova
24,06
24,05
146,80
149,15
2,33
3,12
MEDIA
24,09
23,98
141,53
144,39
2,53
3,21
Osservando i valori di efficienza calcolati nelle sei salite consecutive si nota che dalla prima alla seconda prova, l’efficienza messa in gioco dal ciclista diminuisce del 6% su bicicletta reclinata e del 7% su BDC; ovvero si riduce la capacità di trasformare la potenza metabolica interna in potenza meccanica esterna. Dalla terza prova in poi l’efficienza si assesta attorno a valori vicini al valore medio con variazioni medie del 2% sulla bicicletta reclinata e del 1% su BDC.
I valori di efficienza calcolati in sella alla bicicletta reclinata sono sempre inferiori rispetto a quelli calcolati su BDC. Questo risultato è determinato dalla minore potenza richiesta e dalla maggiore escursione nella frequenza cardiaca sulla reclinata rispetto alla BDC. Ciò significa che per raggiungere la velocità di 24 km/h lungo una salita veloce su bicicletta reclinata, è sufficiente che il ciclista metta in gioco una efficienza media (2,5 Watts/bpm) inferiore del 23,6% rispetto a quella necessaria su BDC (3,2 Watts/bpm).
SALITA PEDALABILE
La salita che da Gargnano porta al Passo Capovalle presenta pendenze comprese tra 5 e 6%. Su questa strada abbiamo eseguito in due giorni distinti (18 Giugno e 3 Luglio 2013) tre ripetizioni consecutive utilizzando un rapporto 39/21 per mantenere una velocità compresa tra 14,5 e 15,5 km/h per circa 22 minuti. La bicicletta reclinata endorphin era regolata con inclinazione dello schienale di 23°. I grafici seguenti mettono a confronto i valori di potenza (media su 10 secondi) misurati su recumbent e BDC lungo l’intera salita.
Salita 5-6%
Vel. Media (Km/h)
Pot. Media (Watts)
bent
BDC
bent
BDC
1^ prova
15,00
15,02
210,19
224,14
2^ prova
14,90
15,01
200,81
230,67
3^ prova
14,94
14,95
196,75
214,35
MEDIA
15,00
14,95
203,04
223,04
La potenza media complessiva misurata su bicicletta reclinata endorphin (203 Watts) risulta inferiore di 20 Watts rispetto alla potenza media misurata su BDC (223 Watts). Questa differenza è superiore a ciò che ci dovremmo attendere in base al confronto della resistenza aerodinamica. La potenza Pa necessaria per superare la resistenza aerodinamica alla velocità media di 15 km/h è pari a 10,5 Watts per la reclinata e 16,4 Watts per la BDC, con una differenza di 5,9 Watts a favore delle recumbent.
Salita 5-6%
bent
BDC
V media (km/h)
14,95
15,00
T media (°C)
33,2
26,6
ρ media (kg/m3)
1,14
1,17
C
0,257
0,387
Pa (Watt)
10,52
16,39
P (Watt)
203,04
223,04
Pa / P
5,2%
7,3%
Quando la strada sale con pendenza del 5-6% la bicicletta reclinata spinta con una potenza media di 203 Watts si muove alla velocità media di 15 km/h percorrendo un chilometro in 4’01”. Ripetendo la procedura già vista nel caso precedente troviamo che a parità di potenza disponibile e densità dell’aria, la BDC dovrebbe raggiungere la velocità di 14,6 km/h percorrendo un chilometro in 4’06” accumulando un ritardo di 5” al chilometro rispetto alla recumbent.
I grafici seguenti mettono a confronto i valori di FC misurati lungo l’intera salita percorsa su recumbent e su BDC.
Salita 5-6%
Vel. Media (Km/h)
FC Media (bpm)
E (Watts/bpm)
bent
BDC
bent
BDC
bent
BDC
1^ prova
15,00
15,02
146,16
145,63
2,50
3,21
2^ prova
14,90
15,01
144,11
146,10
2,45
3,28
3^ prova
14,94
14,95
145,73
148,67
2,36
2,94
MEDIA
15,00
14,95
145,43
146,76
2,44
3,14
Come nella salita veloce anche per la salita pedalabile abbiamo trovato un valore di FC media su recumbent di poco inferiore alla FC media misurata su BDC. I valori di efficienza misurati nelle tre salite consecutive diminuiscono dalla prima all’ultima prova del 6% su recumbent e del 8% su BDC. L’efficienza media richiesta per pedalare in salita alla velocità media di 15 km/h sulla reclinata (2,4 Watts/bpm) è inferiore del 22,4% rispetto a quella necessaria su BDC (3,1 Watts/bpm).
SALITA IMPEGNATIVA
I primi cinque chilometri della salita che da Edolo sale sul Monte Colmo presentano pendenze tra il 9 e 10%. Su questa salita, in due giorni distinti (23 e 28 Luglio 2013) abbiamo compiuto due prove consecutive, selezionando un rapporto 39/28 per mantenere la velocità compresa tra 9,5 e 10,5 km/h per circa 30 minuti. La bicicletta reclinata era regolata con inclinazione dello schienale di 25° sull’orizzontale. Abbiamo scelto in questo caso una posizione meno coricata rispetto alle salite precedenti, per rendere più efficace l’appoggio sul sedile e la spinta sui pedali. I valori di potenza (media su 10 secondi) misurati durante le due prove consecutive su BDC e su recumbent sono messi a confronto nei grafici seguenti.
Salita 9-10%
Vel. Media (Km/h)
Pot. Media (Watts)
bent
BDC
bent
BDC
1^ prova
10,00
9,95
227,01
225,16
2^ prova
9,96
9,93
223,16
234,02
MEDIA
9,99
9,94
225,56
229,48
Alla velocità media di 10 km/h la potenza necessaria per vincere la resistenza aerodinamica si riduce a valori poco significativi: in sella alla reclinata è di circa 3,2 Watts, corrispondente al 1,4% della potenza totale, mentre in sella alla BDC è pari a circa 4,7 Watts, corrispondente al 2% della potenza totale. La differenza di potenza media che ci dovremmo aspettare in base ai coefficienti di penetrazione aerodinamica è di circa 1,6 Watts, valore inferiore a quello effettivamente misurato (3,9 Watts) a favore della recumbent.
Salita 9-10%
bent
BDC
V media (km/h)
9,99
9,94
T media (°C)
32,6
30,9
ρ media (kg/m3)
1,14
1,15
C
0,257
0,387
Pa (Watt)
3,15
4,69
P (Watt)
225,56
229,48
Pa / P
1,4%
2,0%
Quando la strada sale con pendenze del 9-10% la bicicletta reclinata spinta con una potenza media di circa 226 Watts raggiunge la velocità media di 10 km/h percorrendo un chilometro in 6’00”. In base alla stima della potenza necessaria per vincere la resistenza aerodinamica, troviamo che a parità di potenza disponibile, nelle stesse condizioni esterne, la BDC raggiungerebbe la velocità media di 9,83 km/h percorrendo un chilometro in 6’06” e accumulando un ritardo di 6” al chilometro rispetto alla recumbent.
I valori di FC misurati durante le due salite consecutive (pendenze 9-10%) sono messi a confronto nei grafici seguenti.
Salita 9-10%
Vel. Media (Km/h)
FC Media (bpm)
E (Watts/bpm)
bent
BDC
bent
BDC
bent
BDC
1^ prova
10,00
9,95
153,41
151,76
2,49
2,96
2^ prova
9,96
9,93
161,59
156,00
2,25
2,91
MEDIA
9,99
9,94
156,50
153,83
2,39
2,94
Anche nel caso della salita impegnativa i valori di efficienza misurati su recumbent endorphin sono sempre inferiori rispetto a quelli riscontrati su BDC. In particolare l’efficienza media richiesta per spingere la bicicletta reclinata in salita alla velocità media di 10 km/h per 30 minuti (2,4 Watts/bpm) è inferiore del 18,6% rispetto all’efficienza necessaria su BDC (2,9 Watts/bpm).
SALITA MOLTO IMPEGNATIVA
La strada che da Vobarno sale verso la frazione di Teglie presenta nel primo chilometro pendenze variabili dal 14 al 19%. In due giorni distinti (18 Agosto e 4 Settembre 2013) abbiamo ripetuto 3 prove consecutive con le due biciclette, selezionando il rapporto più agile disponibile 39/28. Per ottenere la migliore spinta sulla reclinata endorphin lo schienale è stato alzato fino a 28° sull’orizzontale. Inoltre, per migliorare la guida della recumbent a bassa velocità il manubrio stretto (35 cm) utilizzato nelle prove precedenti è stato sostituito con un manubrio più largo (45 cm).
Salita
14-19%
Vel. Media (Km/h)
Pot. Media (Watts)
bent
BDC
bent
BDC
1^ prova
7,57
7,72
267,13
279,24
2^ prova
7,05
7,48
249,05
264,93
3^ prova
6,72
7,14
238,16
248,64
MEDIA
7,10
7,44
-
-
Il rapporto utilizzato sulle due biciclette si è rivelato non adeguato alle pendenze affrontate. Le pendenze elevate e la bassa cadenza di pedalata (circa 40 rpm) hanno reso molto difficile controllare la velocità come richiesto, infatti le velocità medie misurate su recumbent e su BDC sono abbastanza simili tra loro solo nella prima delle tre prove. Per questo motivo è opportuno limitare la comparazione tra potenza, frequenza cardiaca ed efficienza solamente ai dati ottenuti durante la prima prova.
Nei grafici seguenti sono messi a confronto la velocità istantanea e la potenza (media su 10 secondi) misurate durante la prima prova. La velocità istantanea è di circa 8 km/h nei primi minuti con pendenze attorno al 14%, e diminuisce fino a circa 6 km/h in corrispondenza di un tratto al 19%.
La differenza di potenza media misurata al termine della prima prova tra recumbent (267,1 Watts) e BDC (279,2 watts) corrisponde al 4,3%. Questo divario può essere in parte giustificato dalla differenza tra le velocità medie misurate durante la stessa prova, che corrisponde al 1,9%. Al di sotto dei 10 km/h la potenza necessaria per superare la resistenza aerodinamica è poco significativa, per questo è corretto attendersi che i valori di potenza media necessaria su recumbent e su BDC siano uguali quando si percorrono salite ripide a bassa velocità.
Osservando il grafico seguente che mette a confronto la FC misurata durante la prima prova, possiamo concludere che il valore assoluto della frequenza cardiaca in sella alla recumbent e alla BDC è sostanzialmente uguale quando si percorrono salite molto impegnative.
Salita
14-19%
Vel. Media (Km/h)
FC Media (bpm)
E (Watts/bpm)
bent
BDC
bent
BDC
bent
BDC
1^ prova
7,57
7,72
159,63
161,01
2,74
3,27
2^ prova
7,05
7,48
169,33
170,58
2,32
2,79
3^ prova
6,72
7,14
171,61
172,85
2,18
2,56
MEDIA
7,10
7,44
-
-
-
-
E’ opportuno limitare il confronto tra i valori di efficienza solo alla prima delle tre prove, la dove la velocità media finale sulle due biciclette è paragonabile. Nel caso di salita molto impegnativa il rapporto tra potenza meccanica esterna e potenza metabolica interna segnala che l’efficienza richiesta in sella alla recumbent (2,7 Watts/bpm) è inferiore del 16,2% rispetto a quella necessaria su BDC (3,3 Watts/bpm). Questo risultato è giustificato dal fatto che, anche quando la potenza meccanica e la frequenza cardiaca misurate sulle due biciclette raggiungono valori molto simili tra loro, la FC a riposo misurata su recumbent è sempre inferiore del 17,8% rispetto a quella misurata su BDC per il soggetto testato.
CONCLUSIONI
I test condotti hanno messo in evidenza le opportunità offerte della bicicletta reclinata endorphin in salita. Grazie ad un fattore C inferiore del 33,5% rispetto alla BDC, la recumbent ha permesso di affrontare le salite non impegnative (pendenze inferiori al 9-10%) con potenze medie inferiori rispetto a quelle necessarie sulla BDC, a parità di peso, velocità, e condizioni esterne. Lungo salite con pendenze impegnative (oltre il 10%) e velocità uguali o inferiori a 10 km/h non abbiamo misurato differenze significative tra le potenze medie necessarie con la recumbent e con la BDC.
Sulla bicicletta reclinata abbiamo misurato una FC a riposo inferiore del 17,8% rispetto a quella su BDC e questo si è tradotto in una minore efficienza necessaria per avanzare in salita su ogni tipo di pendenza.
pendenze
Vel. Media (Km/h)
FC media (bpm)
E (Watts/bpm)
ΔE
bent
BDC
bent
BDC
bent
BDC
2-3%
24,09
23,98
141,53
144,39
2,53
3,21
23,6%
5-6%
15,00
14,95
145,43
146,76
2,44
3,14
22,4%
9-10%
9,99
9,93
156,50
153,83
2,39
2,94
18,6%
14-19%
7,57
7,72
159,63
172,85
2,74
3,27
16,2%
Per compiere i test descritti abbiamo scelto di utilizzare strumenti già diffusi tra i cicloamatori evoluti, per dare la possibilità a chiunque lo desideri di ripetere le stesse misure e verificare i nostri risultati. Ringraziamo Luca Paolo Ardigò ricercatore in Metodi e Didattiche delle Attività Sportive presso la Scuola di Scienze Motorie dell’Università degli Studi di Verona per i preziosi consigli e la collaborazione. Ci auguriamo di poter approfondire questo studio la prossima estate, per raccogliere una quantità di dati più significativa con la partecipazione di un maggior numero di soggetti.
Pacman
Nostradamus
Magical Cat Adventure
Snake