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Università degli studi di Udine Velo Vision Top - Informatica x Sport Ares Group
 

DIPARTIMENTO DI SCIENZE E TECNOLOGIE BIOMEDICHE - UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI UDINE - (Italia).

 
La collaborazione tra l’Ares Group ed il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biomediche dell'Università di Udine è iniziata nell’Ottobre 1996 quando furono avviate prove scientifiche per determinare l'efficienza meccanica di un veicolo a pedali denominato Karbyk in versione da gara (Race).
La collaborazione riprende nel 1999 in vista della partecipazione ai Campionati del Mondo di Human Powered Vehicles, quando viene esaminata anche la versione da strada (Road).
Le due serie di prove sono state effettuate con gli stessi metodi e procedure in modo da permettere una valutazione quantitativa dei miglioramenti tecnici applicati nel frattempo dall’Ares Group.
La nostra valutazione mira a determinare il coefficiente di penetrazione aerodinamico e la resistenza al rotolamento nelle due versioni del Karbyk.  

 

Raffaele durante le prove con L'universita di Udine

Per fare questo viene misurata la potenza meccanica (p, espressa in W), a velocità sottomassimali (da 5 a 9 m x s-1), tramite uno strumento in grado di misurare lo sforzo applicato sulla guarnitura anteriore dei pedali (“Powermeter”, prodotto in Germania dalla ditta “SRM”).
L'energia meccanica richiesta per unità di distanza (w, misurata in J x m-1) necessaria per procedere a una specifica velocità (v, misurata in m x s-1) fu calcolata dal rapporto: p / v.
La relazione tra la potenza meccanica ed il quadrato della velocità di progressione viene descritta da: w = Rr + k x v2, dove Rr è la resistenza al rotolamento e k x v2 rappresenta il lavoro necessario per superare la resistenza aerodinamica.
Il coefficiente di resistenza al rotolamento (Cr) è stato ottenuto da Rr = Cr x M x g, dove M x g è il peso complessivo (pilota più Karbyk).
La costante k è proporzionale alla densità dell’aria (r), all'area frontale (A) e al coefficiente di penetrazione aerodinamico (Cx): k = 0,5 x A x r  x Cx.
Il Cx è stato quindi calcolato sulla base dei valori misurati di A, r e k.
Il coefficiente della resistenza al rotolamento (Cr) è risultato essere circa due volte quello di una tradizionale bicicletta da corsa (ma con due ruote) per la versione “Race 1996”, mentre il Cr della versione “Road 1999” risultò essere circa il 20% inferiore a quello della versione precedente.
Questo miglioramento è stato ottenuto principalmente grazie ad una riduzione della sezione dei pneumatici e con un aumento nella loro pressione di gonfiaggio.
Questo miglioramento è straordinario perché la versione “Road 1999” è più pesante (circa 3 kg) di quella “Race 1996”.
Il coefficiente di penetrazione aerodinamico (Cx) è risultato essere circa il 30% più alto di quello misurato su una bicicletta tradizionale (con il soggetto in posizione da corsa) ed essere solo leggermente inferiore nella versione “Road 1999” (circa 5%) rispetto al modello “Race 1996”.  
Questo miglioramento è stato ottenuto carenando i cerchi delle ruote e parte del telaio.  

Prelievo sanguigno

Il costo energetico (C, espresso in J x s-1) per lo spostamento del Karbyk è stato misurato (solo per la versione “Road 1999”) dal rapporto di energia metabolica consumata (al di sopra del metabolismo basale e la velocità di progressione (v, m x s-1).
Il consumo di ossigeno (VO2, misurato in l x min-1) è stato rilevato da un sistema telemetrico (“K4 RQ”, prodotto in Italia dalla ditta “Cosmed”).
I dati di efficienza meccanica sono stati quindi calcolati dal rapporto tra w (J x m-1) e C (J x m-1) e sono risultati essere comparabile a quelli di una tradizionale bicicletta da corsa.
La collaborazione con l'Università di Udine è solamente all’inizio: l'idea originale vuole infatti studiare questo veicolo a propulsione umana non solo per il divertimento (sport o turismo) ma anche come una soluzione alternativa al trasporto urbano ed al problema del traffico.  
 
Per ulteriori informazioni, potete contattare la Dottoressa Paola Zamparo alla seguente e-mail:
PZamparo@makek.dstb.uniud.it  

Un tracciato tipico della Velocità, Potenza e Frequenza (della pedalata) misurate dal “Powermeter” (prodotto in Germania dalla SRM) durante le prove sottomassimali alle velocità di 18 e 20 Km/h, in corse effettuate da un pilota con il Karbyk “Road 1999”. 
Ai soggetti è stato chiesto di percorrere nei due sensi (andata e ritorno) una pista lunga 1 km mantenendo la velocità costante, e di aumentare di 2 km/h la velocità di progressione al termine di ogni ciclo completo di 2 km.   

 

I valori medi di potenza, velocità e frequenza, sono stati misurati mentre venivano percorsi i 2 km di distanza a velocità costante, eliminando i valori corrispondenti alle fasi di accelerazione e decelerazione (che si verificavano quando i soggetti dovevano invertire la direzione di movimento). 
Questo ha permesso di compensare gli effetti del vento e l’inclinazione del terreno (se presenti).   

I valori di Velocità e di Consumo di Ossigeno (misurati dal “K4 RQ”, Cosmed, - Italia) ottenuti alle velocità sottomassimali di 18 e 20 km/h (versione “Road 1999”). 
I valori medi del consumo di ossigeno sono stati calcolati come descritto nella figura 1 per potenza, velocità e frequenza. 
Il costo energetico della progressione con il Karbyk è stato ottenuto dal rapporto tra i valori medi di consumo di ossigeno ed i valori medi di  velocità (vedere testo per ulteriori dettagli).