En las primeras horas del sábado 6 de mayo, en el circuito de carreras de Monza en Italia, Eliud Kipchoge corrió 26.2 millas en 2 horas y 25 segundos, batiendo el récord mundial de maratón existente por 2 minutos y 32 segundos. La carrera fue la culminación de proyecto de Nike “Breaking 2” , un programa de dos años destinado a demostrar que es físicamente posible para un ser humano para correr un maratón en menos de dos horas.

Para el intento de tener éxito Kipchoge tendría que correr alrededor de 7 segundos más rápido por milla que el actual poseedor del récord mundial Dennis Kimetto (que dirigía 02:02:57 en Berlín en 2014). Aunque sobre el papel el aumento de rendimiento del 2,5% requerido no suena demasiado difícil, para los corredores que operan en el límite de la resistencia humana, cualquier ganancia se ganaría muy duro. Muchos en la comunidad de las ciencias del deporte habían predicho que la barrera de 2 horas no se rompería durante 50 años o más en competición regular.

Aunque Kipchoge corrió mucho más rápido que el actual récord mundial, el proyecto Breaking 2 empleó deliberadamente una serie de tácticas que se refería a su vez no se reconoce como un récord mundial legítima. Yo no quiero entrar en demasiados detalles aquí, pero el equipo Nike aparentemente ha aplicado un enfoque “científico” para la optimización de cada parte de sus tácticas de juego, de entrenamiento, nutrición, y en la carrera.

Antes de la carrera, la mayor parte de la publicidad que se había centrado en la primavera de Nike cargado Vaporfly Elite zapato para correr , que habían reclamado mejora la eficacia de la carrera hasta en un 4%. Sin embargo, en los días después, gran parte de la conversación giró en torno a la aerodinámica, y la influencia del enorme marcador del tiempo que se montó en la parte superior del coche de paso que conducía frente a Kipchoge, y la “formación delta” adoptado por su equipo.

Con el fin de determinar hasta qué punto tuvo influencia la “aerodinámica” para que Kipchoge bajará esos 26 segundos y cruzar la  mítica barrera de las 2h, decidieron realizar un estudio de dinámica de fluidos computacional usando STAR-CCM + ,  SimCenter de Siemens de herramientas de simulación.

Simulación CFD

Con el fin de extraer la influencia tanto del coche, y la formación del delta de la pantalla del coche, realizaron cuatro simulaciones:

El primer caso es el peor de los casos – un corredor en solitario no reclutado – mientras que el cuarto caso simula las condiciones reales de la tentativa Breaking 2, en el que nuestro Kipchoge virtual está siguiendo el ritmo de coches (con tabla de tiempo) mientras va rodeado de un equipo de atletas en la formación de delta.

Las simulaciones comprenden 4 millones de células computacionales para el corredor en solitario, 8,5 millones para la formación del paquete, 22,5 millones para el coche y Kipchoge virtual y 24 millones para todo el lote con el refinamiento alrededor, coche y los corredores. Se utilizó el modelo de turbulencia k⍵-SST (para aquellos que se preguntan) y también se verifican las simulaciones utilizando un modelo realizable k-ε, que estaba dentro de acuerdo 2% para la línea de base y los casos finales. Para simplificar, cada uno de los corredores se supone que es un maniquí estático congelado en una sola actitud , es decir, no modela el movimiento de rodadura de los brazos y las piernas.

Discusión de los Resultados

Las parcelas a continuación muestran el campo de velocidades en torno a nuestra Kipchoge virtual en cada uno de los cuatro escenarios. Las áreas de color azul oscuro muestran áreas en las que la velocidad del aire es inferior a 5 mph. En ambos casos con los Pacers, Kipchoge se está ejecutando en un 5 mph “viento” a pesar de que viaja a casi 13,1 mph.

A partir de las tramas de velocidad, se puede ver que los Pacers hacen un gran trabajo de proteger Kipchoge del viento. Nuestros cálculos sugieren que el único beneficio real de la combinación de coche y las liebres es en la prevención de Kipchoge para controlar el viento en la cara. La estela detrás del tablero de tiempo tiende a sesgar hacia arriba más debido al alto flujo de velocidad por debajo del coche (que tiene un piso plano) El grupo perseguidor tiene una zona de presión más alta por delante de él, que luego desvía el flujo alrededor.

Más útil, podemos integrar actuando sobre la superficie de nuestro Kipchoge virtual de la presión, y calcular la fuerza de arrastre que actúa sobre él en cada uno de los cuatro escenarios:

Es más fácil de interpretar estos resultados si tenemos en cuenta la “energía necesaria para superar la fricción”, que es la fuerza que actúa sobre nuestra Kipchoge, multiplicada por su velocidad de avance (un poco menos de 13,1 mph). La energía que Kipchoge ahorra al no tener que vencer la resistencia aerodinámica debe estar disponible para trasladarlo a la superficie de la carretera, y, en principio, correr más rápido:

Teniendo en cuenta que Kipchoge es capaz de funcionar en aproximadamente unos 300 W , la diferencia entre los escenarios no reclutados y totalmente elaborados es de alrededor de 31W, lo que significa que probablemente puede dedicar un 10% adicional de su esfuerzo para correr más rápido en el último caso.

Quizás sorprendentemente, la mayor parte de ese ahorro se genera por la formación del delta cerca del marcapasos alrededor de Kipchoge que genera un ahorro de 28W incluso sin el coche, que sólo se suma otros 3W al total.

Debido a que la potencia de salida varía con el cubo de la velocidad, es posible estimar la cantidad de tiempo que se ahorra en comparación con el corredor seleccionado en el draft. Los cálculos sugieren que los Pacers guardan  a Kipchoge aproximadamente 4:09 (t) en comparación con un corredor en solitario, y los Pacers y el resto de la combinación creada con el vehículo lo salvaron aproximadamente 04:35 (t).

A tener en cuenta

No es un caso del todo irreal. Los corredores de maratón de élite no establecen récord mundial al correr solo,  sino que van normalmente en un paquete de corredores hasta más allá de ese punto a mitad de camino. Dennis Kimetto no se colocó en la parte delantera de la carrera hasta cerca de 21 millas en su récord mundial funcionar en Berlín en 2014. No creemos que no es razonable suponer que Kimetto, o Kipchoge correría varios minutos más lento si se vieron obligados a correr en solitario toda la maratón. El corredor de maratón femenino más rápido, Paula Radcliffe, corrió casi 2 minutos más rápido cuando está rodeado por corredores masculinos (que fueron presumiblemente redactando ella) que cuando se ejecuta delante en una única carrera femenina.

Los casos de redacción, como el simulado aquí, son hechos en el mejor de los casos (excluyendo un viento de cola fuerte). A pesar de estar organizados, hubo momentos en los que los corredores no se ejecutan en la formación del delta perfecto. Los movimientos naturales de funcionamiento de los atletas probablemente también exponen a Kipchoge fricción adicional.

Habrá otros factores limitantes que no estamos considerando. la capacidad de Kipchoge para disipar el calor, probablemente habrá sido comprometida como consecuencia de la redacción – especialmente cuando se considera que cualquier aire de refrigeración que le llegó habrá recorrido por los cuerpos de los otros corredores antes de llegar a él, y llegará caliente. Esto podría estar en un segundo o tercer orden efecto, pero vale la pena considerar tal vez para un atleta que compite en los límites absolutos de la actuación humana.

Además, el maniquí no es una representación perfecta de Kipchoge, y parece que el “virtual Kipchoge” podría utilizar útilmente algún tipo de nutrición a medida para perder unas cuantas libras de grasa virtual.

conclusiones

Kipchoge es absolutamente el mejor corredor de maratón en el mundo, probablemente el más grande de todos los tiempos. Esperamos que establezca el récord mundial legítimo que merece en algún momento y pronto. Sean cuales sean las ayudas que hayan tenido, legítimas o no, esto ha sido una de las mayores hazañas de la resistencia que se han ejecutado en la historia.

Las simulaciones muestran que la reacción causada por el reloj, probablemente redujo el esfuerzo necesario para superar la fricción, y por lo tanto permitió a Kipchoge y a sus marcapasos a correr más rápido para un nivel dado de esfuerzo. Sin embargo, aunque significativa, el efecto del coche era mucho menos importante (por un factor de 10) que el de la formación de delta cuidadosamente orquestada. Pensamos que el “gran reloj” tomó más importancia a nivel de publicidad de Kipchoge de la que merecía.

Estas simulaciones sugieren que la influencia combinada de los automóviles, el reloj y las liebres, redujeron la resistencia aerodinámica experimentada por Kipchoge por un máximo de aproximadamente un 83%, ahorrando más de 30 Watts, (alrededor del 10% de su nivel general de esfuerzo), en comparación con un corredor totalmente solitario a la misma velocidad. Esta reducción en la fricción que podría ser un valor de hasta 4,5 minutos, en comparación con un corredor seleccionado en el draft a la misma velocidad. Sin embargo, desde el récord mundial legítima se llevó a cabo en condiciones parcialmente elaborados y nuestras simulaciones se idealizó tanto, que es probable que el tiempo real salvado fue significativamente inferior a 4,5 minutos, en comparación con un maratón regular de la gran ciudad.

Sin embargo, a pesar de todos las mejoras de todo tipo que Nike ha publicitado en el período previo a este evento, la evidencia sugiere que la gran mayoría de la mejora del rendimiento alcanzado fue abajo a la redacción aerodinámica.

Quizás la conclusión más sorprendente es que el ritmo del coches valía la pena sólo unos 30 segundos de la mejora del rendimiento, lo que sugiere que si se pudiera organizar un grupo de liebres que fueran capaces de correr en la formación delta la mayor parte de la distancia, entonces probablemente podría conseguirse el récord mundial cerca de 2:01:00.

Traducido de Dr. Christopher Beves y Stephen Ferguson , Siemens PLM