La movilidad es trabajo
Cuanto más eficiente sea la movilidad, más exitoso será el organismo. El salmón y las gaviotas ocupan un lugar destacado, pero los humanos no se quedan atrás. Nuestra capacidad de movernos con un gasto energético relativamente bajo es clave para la historia de la humanidad. El movimiento bípedo, la sudoración, la flexibilidad del pie y otras características fisiológicas permitieron a los cazadores indígenas simplemente caminar sobre sus presas durante días.
Exigimos una eficiencia similar de las bicicletas y ellas la cumplen. Después de todo, miren quién las fabricó. Los rodamientos, por supuesto, son clave. Mantener la fricción baja es una de nuestras principales prioridades.
Ya casi no se ven, algunas bicicletas antiguas usaban rodamientos con pistas esféricas que seguían girando incluso si el eje se doblaba. Hoy en día intentamos evitar que los ejes se doblen, pero es innegable que es una idea ingeniosa.
Antes de los rodamientos de cartucho, los rodamientos de bolas ajustables eran la norma en el mundo de las bicicletas. Shimano y Campagnolo aún los utilizan en muchos de sus bujes de alta gama.
Un sistema de copa y cono presenta contacto angular en lugar de anular.
¿Por qué angular?
La mayoría cree que se debe a las cargas laterales regulares que debe soportar un buje. Esto es cierto en vehículos de 3 o 4 ruedas, pero las cargas laterales en una sola vía son relativamente pequeñas y estadísticamente poco frecuentes. La principal razón es la facilidad con la que se consigue que el rodamiento alcance un punto óptimo de ajuste, donde la fricción y el juego lateral son bajos.
El juego lateral es importante no solo por el ruido y la manipulación inestable, sino también por la posibilidad de armónicos. Los vehículos ligeros (como bicicletas y aviones) son vulnerables a la vibración armónica. Por eso, antes de la era del modelado computacional, los vuelos de prueba eran tan emocionantes. Muchos aviones (y helicópteros) fallaban porque la vibración armónica, que no se podía amortiguar, hacía que la estructura se desmoronara. Los automóviles y las locomotoras presentan menos riesgo porque se requiere mucha energía para hacer vibrar masas más grandes.
Todos conocemos las fluctuaciones de velocidad en la bicicleta. Rara vez causan una caída grave, pero controlarlas requiere mucha concentración. La holgura en los rodamientos agrava, e incluso promueve, las fluctuaciones de velocidad. Por eso queremos minimizarla. El rodamiento de contacto angular se puede ajustar, mientras que el anular se fabrica con un ajuste específico y no es posible. Los rodamientos anulares actuales están tan bien fabricados que, al colocarlos en cualquier extremo del buje, a menudo no se detecta ninguna holgura. Una pequeña holgura se puede ocultar aplicando una ligera carga lateral a un par de rodamientos anulares, con una mínima fricción.
Nada de esto se compara con la fricción de la grasa y los sellos. Chester Kyle realizó pruebas que deberían haber despertado al mundo sobre este factor. En un caso, balanceó un peso de 45 kg en un péndulo desde un buje con rodamientos de cartucho sellado. Luego, retiró los sellos y la grasa, y repitió la prueba. El péndulo osciló 20 veces más tiempo. Estimó que los sellos y la grasa eran responsables de un aumento del 3 al 5 % en la resistencia total a la rodadura de la bicicleta. Claramente, nuestras decisiones afectan el rendimiento; la fricción de los rodamientos no es despreciable. Dado que todos usamos rodamientos similares, el tema se pasa por alto; es como quejarse de la densidad del aire, que es prácticamente un hecho. Pero la fricción de los rodamientos ya no se da por sentado.
Cerámica Look Out
Ha comenzado una nueva era en rodamientos de bolas para bicicletas. Y está siendo impulsada por la adopción generalizada de rodamientos cerámicos por parte de los ciclistas profesionales. Estas esferas de nitruro de silicio (no cerámica auténtica) son más ligeras, duras, lisas y redondas que los mejores rodamientos de acero. Combinadas con pistas de acero al cromo de alta calidad, se conocen como rodamientos híbridos y son una gran novedad en el ciclismo y otros deportes. Inventadas hace casi 25 años por el gigante sueco de rodamientos SKF, estas unidades ahora se están incorporando a las bicicletas.
La cuestión no es si el gasto está justificado para tu propia conducción. Simplemente demuestran la importancia de los rodamientos. Una lección práctica perfecta.
Los rodamientos cerámicos que se esconden en este pedalier ofrecen un gran aumento de rendimiento, reduciendo la resistencia a la rodadura hasta en un 4 %. Es como dopar sin el delito.
Los patinadores en línea, cuyas ruedas giran miles de veces por minuto, fueron de los primeros en adoptar los rodamientos cerámicos. Después llegó la F1 (hasta 250.000 dólares por coche) y ahora el ciclismo. Los rodamientos cerámicos están presentes en las principales competiciones UCI de carretera y todoterreno. Adaptados a bujes, pedalieres y poleas, estos rodamientos representan la última mejora del rendimiento y, a diferencia de muchas mejoras inyectadas, son completamente legales.
Las ventajas son dobles: primero, la bola de cerámica es tres veces más dura que el acero. Si bien esto prolonga considerablemente la vida útil, también reduce la fricción. Aunque parezca increíble, todas las bolas se deforman ligeramente bajo carga. Esta es la principal fuente microscópica de fricción en un rodamiento. Menos deformación equivale a menos fricción.
Sin embargo, al igual que la proverbial trufa en la cocina, es un desperdicio usar bolas de cerámica si los demás ingredientes son inferiores. Así que el segundo beneficio proviene de los mejores sellos, grasa y retenedores que permiten los rodamientos de cerámica más duros y suaves. Por un precio más alto, puede usar sellos de fricción extra baja que no están disponibles en los rodamientos industriales. Al mismo tiempo, la grasa resistente a la intemperie puede reemplazarse con lubricante de viscosidad extra baja. La mayoría de los rodamientos usan un retenedor para separar las bolas entre sí. Si las bolas chocan, hay fricción adicional porque giran en direcciones opuestas en el momento del contacto. En comparación con los retenedores metálicos en los rodamientos tradicionales, algunos de cerámica tienen retenedores de baja fricción hechos de poliamidas especiales.
Muchas de estas mejoras no cerámicas (mejores/menos sellos, grasa/aceite más ligero, etc.) están al alcance de todos y, como señaló Chester Kyle hace 25 años, reducen considerablemente la fricción. Pero al combinarlas con bolas de cerámica, el rodamiento alcanza un nivel completamente nuevo.
El siguiente y último capítulo de esta excursión sobre rodamientos detalla cómo afectan la construcción de ruedas. Comprenda la función del buje y no permita que los rodamientos interfieran en su construcción.
Los comentarios se aprobarán antes de mostrarse.
Dominik
noviembre 02, 2021
Thank you for this in-depth article about ball bearings.
As you mentioned the resistance caused by grease: What type/brand of grease do you recommend when overhauling ball bearings (classic cup-cone type).
And: Can ceramic ball bearings be used in old hubs? Will this improve the performance of old hubs?
Thank you for an answer and keep up the wonderful work you do
Dominik