¿Dónde rebajar peso? La importancia de unas ruedas ligeras


El peso de una bici (o el de algunas de sus piezas) es un tema recurrente en el mundillo ciclista, y a la vez fuente de agrias disputas. Todos la quieren lo más ligera posible, pero pocos hacen un balance real de lo que se gana y la merma en prestaciones que supone usar componentes que transmiten peor las fuerzas o que empeoran la maniobrabilidad de la bici. Es difícil cuantificar la relación peso bici-ciclista idónea, es mejor fiarse de la experiencia y quedarnos con una bici con la que nos sintamos cómodos antes que con una absurda bici de muestrario.

Así pues, esta entrada no hablará de si se nota realmente la rebaja de peso en el rendimiento del ciclista, sino más bien de dónde conviene rebajar peso en caso de que queramos hacerlo.

La frase más escuchada y errónea es la siguiente: “donde más se nota la rebaja de peso es en las partes móviles”. Esto es falso, a efectos prácticos, sólo se nota la disminución de peso en el perímetro exterior de la rueda. No en otras piezas de la bici o partes de la misma rueda aunque se estén “moviendo”.

Voy a justificarlo con un pequeño análisis usando el momento de inercia, que según la wikipedia:mrgreen: es el valor escalar del momento angular de un sólido rígido. Nos ayudará a demostrarlo porque es una magnitud que refleja la distribución de masas de un cuerpo o un sistema de partículas, respecto de un eje, en un movimiento de rotación. Para un cuerpo de masa continua se formula como:

bae0183eff7520fb04da2cb8f06cd040.png(*)

Haremos un balance de energía cinética de la pieza en cuestión (rueda, pedales, bielas, disco…).

La energía cinética total de un sólido rígido en rotación puede descomponerse como suma de la energía cinética de traslación (que es la asociada al desplazamiento del centro de masa del cuerpo a través del espacio) y la energía cinética de rotación (que es la asociada al movimiento de rotación con cierta velocidad angular). La expresión matemática para la energía cinética es:

6e816f8ad0dd141fb1355a2d59221d1d.png

Donde:

efe31ca4e9147abee61695b41dcac54a.png Energía de traslación

20ecd89ece3e8817a0bbafdf65c7e090.png Energía de rotación

79dd9720ffa5bbe026e23afc9ab4df3c.png masa del cuerpo

99390491be8757c2d00ba9ba45ee07d7.png tensor de (momentos de) inercia

66641104ecec99814d0deeffb040a18d.png velocidad angular del cuerpo

e7e0e02c139353bdf91c02a343665c9f.png traspuesta del vector de la velocidad angular del cuerpo

3b6b8b9feddb9118b7a3b3ab53174f3f.png velocidad lineal del cuerpo

Como primer ejercicio vamos a calcular la energía cinética de una rueda (dibujo1) simplificando la distribución de su masa (dibujo2), concentrándola en un radio R=0.3 m y m=1.2 kg, suma del peso de la llanta (400 g)+cubierta(650 g)+otros(150 g de las cabecillas, sellante, etc). Los radios y buje los supondremos despreciables, hipótesis que debe ser verificada, sino habría que incluirlas en el modelo y repetir su análisis.

2890516219_f3045abf3d_m.jpg 2890538491_c6ebf6c6d0_m.jpg

Si el ciclista va a 25 km/h (6.94 m/s) se tiene:

efe31ca4e9147abee61695b41dcac54a.png = 1/2*m*v^2 = 0.5*1.2*(6.94)^2 = 28.9 J

20ecd89ece3e8817a0bbafdf65c7e090.png = 1/2*I*w^2 = aprox (*) =1/2*m*R^2*w^2= 1/2*m*v^2 = 28.9 J

En este último cálculo habría que haber resuelto la integral (*) pero como hemos simplificado el modelo de rueda la integral queda fácil, I=m*R^2. Además se ha hecho uso de la definición w=v/R, por lo que al final vuelve a quedar la misma fórmula para ambas energías (realmente si hiciésemos la integral de los radios y el toro que es la rueda nos daría un valor algo más bajo en julios para 20ecd89ece3e8817a0bbafdf65c7e090.png que el que nos sale para efe31ca4e9147abee61695b41dcac54a.png).

Así podemos concluir que la energía se reparte a partes iguales entre la de rotación y la de traslación. Es decir, que la rueda porta el doble de energía que otra pieza suspendida y misma masa (un cuadro que pese 1.2 kg, por ejemplo). Es por lo que algunos dicen que el peso de las ruedas cuenta doble. No es así exactamente, pero aceptemos pulpo como animal de compañía:mrgreen: Digo esto porque aunque energéticamente es cierto, las ruedas son todavía más importantes si hacemos un estudio de aceleraciones (sólo hemos supuesto velocidad constante).

Como segundo ejercicio podemos analizar el fenómeno inercial en otras partes de la bici como pedales, bielas o rotores. ¿Tendrán la misma importancia?

En el estudio de bielas/pedales, observamos que el peor de los casos lo tendremos con los últimos ya que su masa está toda situada en el punto más alejado del eje imaginario de rotación (extremo de la biela). Circulando a 25 km/h con un pedal de 0.3 kg de masa su energía cinética de traslación vale:

efe31ca4e9147abee61695b41dcac54a.png = 1/2*m*v^2 = 0.5*0.3*(6.94)^2 = 7.23 J

Para calcular la energía cinética de rotación supondremos que se usan bielas de 175mm de largo y que pedaleamos con una cadencia de 80 pedaladas por minuto:

w=80 ppm –> 1.333rev/s —> 2*pi*1.333 rev/s = 8.37 rad/s

20ecd89ece3e8817a0bbafdf65c7e090.png = 1/2*m*R^2*w^2 = 0.32 J

0.32 J << 7.23 J

Es decir, el peso de unos pedales se puede considerar a efectos prácticos como el de cualquier otro componente que no gire y de misma masa. Esto se debe a un radio de giro y velocidad angular pequeños.

En el caso de unas bielas, por lógica, la energía rotacional es ínfima comparada a la de traslación ya que su masa se distribuye linealmente hasta el eje de giro. Se podía hacer una integral lineal y comprobar que es casi 2 órdenes de magnitud más pequeña que la de traslación.

Conclusión: que nadie vuelva a decir que reducir peso en bielas y pedales es más importante que en otra parte  por el simple hecho que giran👿 ¡Da igual de dónde lo restemos siempre que hablemos de la misma cantidad de peso!.

27 responses to “¿Dónde rebajar peso? La importancia de unas ruedas ligeras

  1. Brillante!!!!!!
    Muy interessante y explicito
    Gracias

  2. que tal te felicito por tus comentarios , y estoy haciendo mis ruedas tubeless, lo que no logro es sellar bien el fondo de llanta, lo que hasta ahora solo me dio resultado es poner una camara 20 pero no la corto para que quede dentro de la llanta , sino que la hago salir por fuera y luego la corto lo cual le agrega un poco de peso extra, pero cuando la corto para que quede dentro por algun lado me pierde , tengo unos aros rolf propel de 22 mm delante y 24 mm detras con unas cubiertas flyweigth . mi pregunta es, la camara que le pones al fondo de llanta la cortas al borde del interior de la llanta o la haces subir un poco por los costados para que selle con la cubierta ? porque creo que ami se me filtra por ahi , y otra cosa , el latex que usas es latex acrilico que se usa para sellar paredes o es otro tipo ? espero tu respuesta por mi mail, desde ya muchas gracias

  3. No estoy deacuerdo con lo que comentas, ya que veo que dominas las formulas fisicas, me puedes sacar el momento de inercia que tienen unas bielas de 175 que llevan pedales de 400grms y de unas que llevan unos pedales de 100. Y luego me haces lo mismo con una tija de 400 grms y una de 100. Asi si veremos la diferencia.

    Sds

  4. Muy buen ejemplo, me gusta😉 porque es un caso claro de pesos límite entre los que se mueven las tijas y los pedales, piezas de masa parecida y que podemos intercambiar para demostrar de forma práctica que hay poca diferencia a velocidad constante, que es una de las premisas de las que parte esta entrada.

    Vamos a ello:

    Caso a) Tija 0.1 kg y pedales de 0.4 kg

    Etra tija= 2,41 J
    Erot tija= 0 J
    Etra pedales= 9,63 J
    Erot pedales= 0,43 J

    Caso b) Tija 0,4 kg y pedales de 0.1 kg

    Etra tija= 9,63J
    Erot tija= 0 J
    Etra pedales= 2,41 J
    Erot pedales= 0,11 J

    Sumando las energías tenemos para ambos casos:

    Ea)= 12,47 J
    Eb)= 12,15 J

    Una energía muy parecida es la que hay que emplear, y eso que estamos con casos límite de peso. Aprovecho para recordar que no hay otra pieza que gire con mayor radio que los pedales en una bici, si exceptuamos las llantas, por lo que lo podemos hacer extensible este análisis a otras piezas como bujes, discos, etc.

    Gringo no te confundas y te quedes sólo en el momento de inercia, que sea cero para una tija no significa que sea gratis llevarla de un punto A a B.

    Estaría bien hacer un análisis con otra magnitud muy útil, el trabajo W, y si puede ser con aceleraciones pero ya la energía nos anticipa que no habrá cambios notables.

  5. Entonces según esto, en una rueda es mejor cambiar a unas cubiertas más ligeras que gastarte una pasta enuna llantas y bujes ligeros?

  6. Claro, y a igualdad de precio/prestaciones que puedas conseguir con las nuevas piezas, interesa cambiar por este orden: cubiertas, cámaras, aros, cabecillas y luego radios. Por ejemplo, si tienes 100€ de presupuesto para aligerar te interesa cambiar mejor las llantas que los bujes. Y esto lo digo sin entrar en otras consideraciones.

    Los bujes no se diferencian en cuanto a peso a otra pieza de la bici que no gire, sólo quizás, si te planteas cambiar el reparto de pesos en la bici porque esté descompensado.

  7. demagogia

  8. Hola!, he leido este interesante artículo, y…después de llevar más de 40 años montnado en bici, y… también probando componentes, estoy totalmente de acuerdo con la totalidad del artículo, sólo se nota el peso en las inercias en la parte exterior de las ruedas, suponiendo que se utilizen a diario, porque si no te acostumbras a ellas y no se notan tanto en las arrancadas. Pero como dice el artículo vale la pena sacrificar el peso, comprometiendo el rendimiento total de la bici?, creo sinceramente que no, de hecho hablando con mecánicos muy viejecitos ya, siempre han dicho que lo principal es una rueda bien montada con 32 radios, patada dada patada aprovechada, sin flexiones, ni sensaciones extrañas en las subidas, lo que ocurre hoy día es que tenemos mucha información, y creemos con ello que la experiencia de las generaciones anteriores no es importante ya, porque no estan a la altura de las circunstancias, y…esto es un error, también hay una guerra entre los materiales, pues bien, si tuviera que montarme una bici a mi gusto ahora sería una cuadro con Reynols acero 953. Actualmente tengo dos bicis
    de montaña Merlin y Laitespeed de titanio, aunque creo que el Reynolds 953 supera todas las espectativas, ahora faslta encontrar un soldador a la altura para poder hacer un buen cuadro.

    saludos

  9. Hola! como he dicho anteriormente, me ha gustado mucho tú artículo, lo de las inercias de las ruedas, sobre todo la trasera se nota un poco el peso, bueno…decirte también que soy un fanático del titanio, tengo dos montanbike de titanio, en cuanto a los platos después de todas mis experiencias y pruebas, suelen ser muy resistentes al desgaste, aunque pueden que flexen un poco o no, debido a lo minimalistas que se veeen

    deportivamente, saludos

  10. Gracias por tus comentarios jose carlos, ya me creía yo un loco de “mis teorías”, puesto que poca gente las comparte.

    Lo primero decirte que me alegra saber que hay gente que todavía monta con bicis de acero. Sin ir más lejos me deshice de los aluminios modernos y me quedé con mis 2 MTB de acero de los 90’s.

    Para carretera sigo usando aluminio, pero es un Columbus pata negra eh!. No tengo mucho dinero para rarezas, pero me gustaría una de carbono si bien es cierto que si es exclusivamente para cicloturimo la escogía de titanio o acero.

    En resumen, para mí el acero es el material más noble junto con el titanio pero este se escapa de precio. como se notan tus 40 años montando en bici, yo sólo soy un “joven” de 28.

    por cierto, es fundamental hacer caso a los mecánicos más veteranos… esos se las saben todas. El que quiera saber de bicis tiene que empezar por aprender del pasado.

    Es cierto lo de las ruedas de carretera. Pero hoy en día ya hay muy buenas llantas de aluminio pudiendo hacer montajes de 24/28 radios para 70-75 kilos sin perder rigidez. Que la llanta sea muy sólida te permite ahorrarte unos cuantos radios. es algo que hace Shimano, no sé si has comprobado que ahora se lleva el radiado 16/20 delante y el 20/24… en parte para ahorrar costes: menos radios = menos material = menos tiempo en radiar. Todo un negocio puesto que los hacen en gamas bajas sin conificar.

    Un saludo

  11. Hola! me he vuelto a meter en éste interesante artículo, y muy currado, y paso de nuevo a comentar que sí en la rueda trasera sobretodo en las aceleraciones se nota unas ruedas ligeras, siempre que estas no las usemos por costumbre
    se nota el peso en las arrancadas, pero… esto de la ligereza no compromete la rigidez? en cuanto al pedalier y bielas tienen que ser sobre todo rígidos al igual que la cadena, para que nos de sensación de aprovechar la fuerza, y por último los pedales, cuando más base mejor se aprovecha la fuerza, os acordaís de aquellos primeros times…., Si no son muy pesados y de calidad de rodamientos, también se nota en el pedaleo, si quitamos peso perdemos rigidez, si ponemos peso ganamos rigidez , hay que buscar el término medio, pero… el termino medio existe
    para enfermos graves como estamos casi todos
    los de este mundillo, perdón es sólo una reflexión

  12. y la energia potencial q? i la resistencia del aire q? y el coeficiente de fricción q? de la dureza i dibujo de los neumáticos que es lo que mas influye nada. Menos radios mejor aeordinàmica. a ver las rudas famosas de 600g si las tenemos que subir a 100 m
    Ep= 0,6*9,81*100 = 588 J, nada despreciable respecto a los 28,9 J o sea la inluencia de las ruedas es superior a la del cuadro o cualquier parte movil pero para nada serà el doble, en temas de acceleración importa más el coeficiente de friccion de los neumaticos que dista mucho en función de dibujo y dureza.

  13. Yo, no entiendo mucho de formulas pero si de la enseñanza que me la la edad y la practica de montar en MTB. Os comento: tengo dos juegos de ruedas y la diferencia de peso entre una y otra es suntancial, las monto las ruedas ligeras con cubiertas ligeras tubeless Ready y tubeless casero sin camara y las otras menos ligeras las monto con cubiertas normales y camara con liquido antipinchazos y la diferencia en peso entre una y otras sera superior al kilo y medio calculo, no es que sea mucho, pero la diferencia a la hora de usarlas es abismal, la diferencia de velocidad punta y aceleracion entre una y otra es increible, por eso tengo que dar la razon a fernandoj que la diferencia de peso en el extremo de la rueda es la causa del comportamiento positivo en la de menor peso en la zona exterior de la rueda.
    Saludos.-

  14. buenas tardes ante todo! saludos desde panamá, soy bastante nuevo en esto del ciclismo pero como todos ustedes muy apasionado por este lindo deporte, soy de la mentalidad de que primero ahí que tunear el cuerpo lo mejor posible, para luego ver la bicicleta, pero no niego que me vuelvo loco con los materiales nuevos, en fin muy interesantes todos sus aportes y demostrados desde un punto científico que es lo mas importante, ahora bien yo voy a realizar una pregunta un poco tonta para el nivel de exponentes acá presentes, de que rango se consideran unas ruedas ligeras? quiero comprar unas pero no tengo la pasta para invertir demasiados y quiero hacer una buena elección, alguien aqui a utilizado la marca Vuelta? vi unas corsa lite estan por los 2000gr que opinión se merecen

  15. Las ruedas de 26″ se consideran ligeras en torno a los 1500 g. la pareja, y ya quizás menos de 1400 g.

  16. Ante todo me ha gustado mucho el articulo, pues parte de una analisis cientifico y no de suposiciones, asi como tambien entiendo que una parte importante de cada caso son las sensaciones personales, forma del ciclista, estilo de conduccion, etc.
    Supongo que con las bicis de ruedas de 29 pulgadas el efecto de aligerar sera todavia mayor. ¿Se puede estimar a que peso muerto (del ciclista o del resto de la bici) equivale una unidad del peso de la cubierta de la rueda? Yo tengo una bici de 29, y me da muchas ventajas para mi estilo de conduccion, pero indudablemente penaliza a la hora de subidas, sobre todo largas y en las aceleraciones, respecto de una de 26. ¿Se puede estimar en que medida aproximadamente? He leido que tambien afecta mucho el dibujo de la cubierta, sobre todo para la aceleracion, algo que ya se supone, pero ¿Tanto como el peso en el extremo de la rueda? Se que las respuestas pueden no ser muy exactas, y que influiran mas variables, pero en mi caso me gustaria saber hasta que punto merece la pena invertir en mejoras o como me han dicho, cambiar la bici de aluminio por una de fibra de carbono, algo que por ahora no puedo permitirme.
    Tambien he leido antes que se puede conseguir rebajar mucho con unas tubeless ligeras sobre unas cubiertas tradicionales de camara con liquido interior. Yo pensaba que era al reves, que las tubeless siempre seran mas pesadas.

    • Vamos por partes.

      A medida que aumentas el diámetro de una rueda se hace mucho más importante el momento de inercia I.

      Esto trae como consecuencia que necesitemos aplicar mayor energía para alcanzar la misma aceleración que en una rueda de 26″ pero la ventaja de ser una rueda que mantiene mejor la velocidad debido a su mayor momento angular. Además su menor ángulo de ataque hace que se trabe menos ante los obstáculos con el añadido de una ventaja teórica en la resistencia a la rodadura.

      Esto último es difícil de comprender. Entre una rueda de 700c y una de 650c a igualdad de presión y peso de ciclista el área de contacto es la misma. Es decir que podemos calcular el área de contacto con la presión de inflado y el peso del ciclista ya que el diámetr del neumático no tiene efectos en su cálculo. Lo que sí sabemos es que el neumático sí tiene efectos en la forma de la huella. Una rueda de 26″ tiene un 11% menos de diámetro (559mm vs 622mm) lo que resulta en una huella un 11% más corta y ancha que las 29ers. Así pues una cubierta para 26″ tiende a deformarse más, fenómeno perjudicial al contabilizar la fricción interna del neumático y por tanto resistencia a la rodadura.

      También podríamos entrar a evaluar el efecto que tiene sobre la maniobrabilidad ruedas de diferente tamaño pero ya empieza a ser larga la respuesta.

      Yo diría que es casi el doble la importancia del peso en el exterior de una rueda que el muerto, crucial en disciplinas de continuas aceleraciones como el MTB.

      Y efectivamente con un sistema tubeless se puede conseguir una rebaja de ahorro de peso importante ya que se prescinde de cámaras usándose una cubierta que pesa prácticamente lo mismo con el añadido del sellante. La cinta que se le pone al aro pesa muy poco y viene a ser lo mismo que la que se usa para proteger las cabecillas de los radios en cuanto a peso por lo que la rebaja media por rueda suele ser de 100 gramos.

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  19. Muy interesante el articulo, coincido contigo, el peso en bielas y pedales no es tan determinante como en cubiertas y llantas. Sin embargo le veo poca utilidad al haber hecho el estudio respecto a la velocidad, ya que esto se traduce en que costara mas conseguir cierta velocidad, pero también costará menos mantenerla a dicha velocidad. Seria mas interesante un calculo sobre la potencia o par (aunque obviamente bastante mas complicado) para así hacer un calculo sobre la dificultad de la arranca, la capacidad de frenada o la potencia necesaria para distintas situaciones.

    Es interesante tambien tener en cuenta la altura de la posición de los componentes y su peso a la hora de tener en cuenta la agilidad de la bici. A componentes mas pesados mas altos mayor dificultad para inclinar la bicicleta.

    En cualquier caso un gran aporte esta entrada, te felicito por ella, me ha servido de gran ayuda😉

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  23. Hola! Tengo una pregunta para ti:
    Dos ruedas idénticas (misma anchura, perfil, pulgadas, etc) con la única diferencia del peso en el extremo de la rueda. Cuando dejas de pedalear la de mayor peso recorrerá mas metros, no? Y para ir a velocidad constante el esfuerzo que hay q hacer es igual o mayor en la rueda que pesa menos en el extremo?
    Muchas gracias y un saludo.

  24. Hola, te hago una consulta, en la rueda posterior de mi bici tengo un aro de doble pared (Vuelta) y como aro delantero tengo uno ultraligero de aluminio. He notado que mi bici es bastante más veloz que muchas otras (esto es en puro descenso y sin pedalear) tendrá que ver la diferencia de peso de ambos aros? . Cabe señalar que aun en descensos de reducidísima pendiente se hace notoria la velocidad de la bici.

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