Hablemos del peso rotatorio. El peso rotatorio es un gran problema para los fabricantes de ruedas. ¿Por qué? Tomamos decisiones que determinan el peso de la rueda, su peso total y su ubicación. Los fabricantes deben comprender este tema.
El peso giratorio afecta directamente la inercia, por lo que el tema principal es la inercia. La inercia es la resistencia de una masa a la aceleración. El momento de inercia (MOI) caracteriza esta resistencia y depende de la masa giratoria y fija. Los constructores deberían medir el MOI de las ruedas.
Te mostraré cómo medir el momento de inercia (MOI) y te compartiré una hoja de cálculo para simplificar los cálculos que sustentan la medición del MOI y su efecto en la conducción. Introduce los números y obtén estimaciones de potencia utilizables.
Efectivo
La resistencia aerodinámica, la fricción mecánica y la energía inercial son las fuerzas a las que nos enfrentamos al andar en bicicleta.
La resistencia aerodinámica es la más significativa.
La fricción mecánica fue, históricamente, un obstáculo mayor. Se necesitaron numerosos inventos para iniciar la era del ciclismo.
El MOI se discute menos y a menudo se le da poca importancia. Sin embargo, todos los que pedalean son conscientes del efecto del peso, especialmente el peso de la rueda.
La rueda MOI tiene dos partes:
1/ Energía rotacional: necesaria para que una rueda gire. Girar requiere energía.
2/ Energía traslacional: necesaria para acelerar una masa. La masa requiere energía para moverse.
Beneficios de un MOI reducido
1/ Carrera de velocidad
Un menor peso giratorio significa una aceleración más rápida y los velocistas lo valoran mucho.
2/ Escalada
Se puede subir más rápido con menos peso. La gravedad prioriza el peso, por lo que la sensación se amplifica.
La velocidad varía más en las subidas y las variaciones son un porcentaje mayor. El impulso es menor. Una disminución en la fuerza del pedal produce un cambio de velocidad mayor. Por lo tanto, los expertos aconsejan que mantener el ritmo es una ventaja importante.
Los escaladores, en general, prefieren bicicletas y ruedas más ligeras.
3/ Aceleración del pedal
El pedaleo se basa en impulsos. Analizada micrométricamente, la velocidad de la bicicleta es una onda sinusoidal impulsada por un motor de dos pistones con baches. Incluso un pedaleo suave proporciona más potencia en la bajada. Las variaciones de velocidad resultantes incluyen numerosos momentos de aceleración. Si las ruedas son más ligeras, estas recuperaciones son menos costosas.
Aunque las bicicletas y ruedas más ligeras aumentan la cantidad y la magnitud de las variaciones de velocidad, el competidor percibe una ventaja. Si otro escalador aumenta el ritmo, es urgente igualarlo; un desafío de sprint puro y duro. Los frecuentes cambios de ritmo en la competición predisponen a los ciclistas a usar equipamiento más ligero.
Cuando Campagnolo presentó su disco Fluid Dynamic extraligero en 1987, afirmaron que una rueda más ligera es más rápida porque los pedaleos implican pequeñas aceleraciones afectadas por el peso de la rueda. Descarga su análisis .
4/ Manipulación
Un MOI bajo implica menos fuerza para cambiar de ángulo o dirección. Las bicicletas más ligeras se sienten más ágiles. En cicloturismo, un manejo rápido puede distraer, pero incluso los recorridos tranquilos incluyen momentos de pedaleo dinámico. En competición, un MOI bajo es una ventaja.
En última instancia, mucho es subjetivo. Algunos veneran la ligereza, otros la ignoran. A menudo se la subestima porque se asocia con debilidad, poca fiabilidad y mayor mantenimiento. Sin embargo, todos los ciclistas están de acuerdo: un peso más ligero suele ser beneficioso. Si bien un mayor peso tiene beneficios específicos (como la estabilidad), estos suelen verse superados por la sensación de velocidad, eficiencia y libertad.
En el sitio web francés Roues Artisanales se puede encontrar un análisis excelente y accesible sobre la inercia de las ruedas. Consulte la sección sobre inercia del "Gran Test" de Adrien, donde ofrece MOI para casi 80 juegos de ruedas.
Medición del MOI
¿Quién mide el MOI? En el caso de las ruedas, las cifras relevantes incluyen todos los componentes, incluido el neumático. Los fabricantes de ruedas suelen ser los únicos en posición de medir y catalogar el MOI. Muy pocos fabricantes comprueban el MOI y utilizan datos para guiar sus decisiones y asesorar a los conductores.
En consecuencia, algunos dan demasiada importancia a las ventajas del bajo peso. Otros ignoran el problema en favor de la aerodinámica o los rodamientos. El panorama completo incluye el MOI.
Independientemente de su importancia relativa, los ingenieros de ruedas monitorean de cerca el MOI. Como informó Lennard Zinn en 2006 .
Quizás algunos de ustedes recuerden cuando hice una prueba en VeloNews hace siete años (en la edición del 28/6/99) sobre la inercia de las ruedas construyendo un péndulo rotatorio en mi garaje. Estuve en un seminario técnico de Mavic en Annecy, Francia, la semana pasada y vi una máquina de prueba prácticamente igual en el laboratorio de pruebas de Mavic.
Afortunadamente, esto es física simple y cualquiera puede construir una máquina de MOI precisa. Aquí tienes un péndulo trifilar, el tipo de máquina que deberías construir y usar.
De este artículo de 1945.
Mi plataforma consta de tres tacos de 1,27 cm x 90 cm, ensamblados en triángulo. Cada esquina está conectada por encima con sedal de monofilamento de 13,6 kg. Las dimensiones exactas no importan, pero deben registrarse con precisión e introducirse en las fórmulas utilizadas para determinar el MOI.
Inercia = T^2( (W/r)*a*b)/(4*π^2*h)*1000
Inercia = gm^2
T = Periodo de oscilación
W = peso en g
r = gf/N
a = diámetro del anclaje superior
b = diámetro del fondo
h = altura
Para calcular el trabajo (acelerar de cero a 30 km/h) en julios de energía:
Energía total = Energía rotacional + Energía traslacional
Energía total = 1/2(Iw^2) + 1/2(mv^2)
Energía total = 1/2(Inercia del neumático + Inercia de la rueda)w^2 + 1/2(masa de la rueda + masa del neumático)v^2
Energía total de la rueda = 40% + 60%
w^2 = velocidad de rotación en rad/s (30 km/h = 24,54 rad/s)
v^2 = velocidad de la rueda en m/s (30 km/h = 8,33 m/s)
m = peso en kg
I = inercia en kg/m^2
Para ahorrarte los cálculos, aquí tienes una hoja de cálculo automática. Las celdas amarillas requieren tu entrada. Introduce las dimensiones de tu plantilla, el período del movimiento del péndulo y el peso, y obtendrás un MOI preciso para tu rueda, llanta, neumático o cualquier otro componente. Los valores predefinidos provienen de mi máquina y de dos ruedas probadas recientemente. Las demás celdas calculan según tus datos. Descarga la hoja (Excel) para usarla a largo plazo.
Mira este video para ver lo fácil que es contar los ciclos de un péndulo. Aquí está mi propia unidad, cuyas dimensiones están ingresadas en la hoja de cálculo integrada. Recuerda reemplazarlas con las tuyas una vez que la construyas.
Los resultados son indiscutibles. Los costos y beneficios del MOI son predecibles, pero las variables reales son numerosas. La lección es comprender el MOI y establecerlo para diversas ruedas. El diseño de ruedas requiere toda la información útil y, en igualdad de condiciones, casi siempre es preferible un MOI más bajo.
Queremos aprender cómo el MOI afecta la sensación y el rendimiento de las ruedas. Con una estructura dinámica en un contexto complejo (ciclista, moto, terreno), los datos son nuestra mejor herramienta. Además, si dos diseños de ruedas tienen peso, resistencia, coste y durabilidad similares, pero uno tiene un MOI mucho mejor, su diseño es mejor. Esto debe percibirse, cuantificarse y reconocerse. A medida que aspiramos a estándares de rendimiento más altos, debemos considerar todas las dinámicas medibles.
Diviértete construyendo tu máquina MOI; no te decepcionarás. Haz pruebas, toma notas y compártelas con clientes y otras personas como yo. El ritmo del aprendizaje fundamental puede parecer lento a veces, pero todos podemos aportar.
Para profundizar en el tema, descargue el influyente artículo de Jim Martin de 1998 sobre la potencia de la bicicleta. Agradecimientos también a Adrien Gontier, de Roues Artisanales , y al ilustre teórico Josh Deetz.
Los comentarios se aprobarán antes de mostrarse.
Doug
noviembre 02, 2021
Dropbox links have died, here’s some that are working as of 2020-01-24:
http://velobase.com/CatalogScans/Campagnolo/Campy1987_FluidDynamics.pdf
http://www.recumbents.com/wisil/MartinDocs/Validation%20of%20a%20mathematical%20model%20for%20road%20cycling.pdf