Los héroes anónimos de la bicicleta, creemos que ya es hora de que los radios reciban el respeto que merecen
Estos hilos delgados de alambre realizan un trabajo implacablemente duro, siendo estirados y comprimidos repetidamente con cada revolución de nuestras ruedas. También transportan las fuerzas de aceleración del pedaleo desde el buje hasta la llanta y también transmiten las fuerzas de frenado. Su papel en el hecho mismo de que podamos andar en bicicleta es casi mágico: hebras tan delgadas que soportan cargas tan grandes. Así que sentimos que ya era hora de que el humilde discurso tomara algo de crédito, donde se debe una carga completa.
'La genialidad de la rueda de radios es que puede transferir las fuerzas, a menudo muy grandes, creadas por el ciclista, la bicicleta y las diferentes superficies de la carretera a estas varillas delgadas, cada una de las cuales se comprime sistemáticamente a medida que la rueda gira y las cargas se transfieren de uno le hablaba a otro, y así continúa', dice el profesor Mark Miodownik, director del Instituto de Fabricación del University College London, autor de Stuff Matters, presentador de televisión y ciclista entusiasta. Continúa: "Es una hermosa forma de optimizar el peso, el costo y el rendimiento de una rueda".
Los radios, una vez tensados, en esencia sujetan la llanta utilizando el buje como anclaje central. En un escenario del mundo perfecto, cada radio tira con la misma tensión para distribuir la carga uniformemente por toda la rueda mientras mantiene la llanta recta y circular. Los radios deben soportar la rueda contra la flexión lateral y la deformación de la llanta y también resistir el aplastamiento efectivo de la rueda por la carga vertical (compresión radial). No es una tarea pequeña. No es de extrañar que, desde la aparición de la rueda, se hayan explorado muy pocas soluciones más.
Tensión de radios
Ahora las cosas empiezan a ponerse técnicas, y no estará solo si lo que sigue es un poco confuso y contrario a la intuición. Existe un fuerte desacuerdo sobre si una bicicleta en efecto cuelga de los radios superiores (aquellos que están sobre el buje cuando se ve la bicicleta desde un lado) o si está sostenida por los inferiores, actuando como pequeños pilares."Esta última opinión, por extraña que parezca, es definitivamente el caso", dice Jim Papadopoulos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Northeastern en Boston, EE. UU., y coautor de Bicycling Science.
Aunque es fácil creer que el radio de una bicicleta simplemente colapsaría bajo el peso de la bicicleta y el ciclista, continúa explicando que la tensión creada en un radio durante el proceso de construcción de la rueda (llamado 'pretensión') es lo que permite que los radios inferiores aguanten la carga sin pandearse, como lo harían si no hubiera una tensión previa. Cada radio de la rueda descargada tiene una tensión del orden de 100 lb [445 N]. Cuando el eje se presiona hacia el suelo con una fuerza de 100 lb, el único efecto significativo en las tensiones de los radios es reducir las que están directamente debajo del cubo; por lo general, uno se reduce a aproximadamente 50 lb y los radios a cada lado se reducen a aproximadamente 75 lb. Esto es exactamente lo que uno vería con radios de madera maciza como una rueda de carreta vieja: la de abajo llevaría 50 libras y las de cada lado llevarían 25 libras. La diferencia con las ruedas de radios de alambre es que un radio de alambre no puede soportar una carga de compresión: colapsará. Así que todos los radios están ingeniosamente pretensados. Un cable no puede soportar una carga de compresión de 50 libras, excepto cuando ya lleva una carga de tensión superior a eso.
'Por supuesto que la rueda de una bicicleta colapsará si se quitan los radios superiores u horizontales', agrega Papadopoulos. Pero eso se debe esencialmente a que la estructura alterada tiene una trayectoria de carga muy diferente y, además, no puede proporcionar la tensión previa requerida. No podemos usar ese colapso para concluir que la rueda típica transporta la carga a través de los radios superiores. Si eso te deja la cabeza dando vueltas, no estás solo. Así que pasemos al área más directa del material radial.
Rayos de acero
Los radios están hechos predominantemente de acero, una elección de material que, como nos dice Miodownik, "básicamente se reduce a la capacidad de tener una rosca confiable". El alambre de acero es excelente porque incluso con una cantidad muy pequeña de área de sujeción, como donde la cabecilla sostiene el radio en el borde, puede ejercer mucha tensión sobre ellos sin dañar el hilo. El acero inoxidable es el material ideal, ya que tiene la combinación adecuada de alta resistencia y bajo peso, además de ser asequible”.
El acero inoxidable ha sido el metal elegido para los radios desde finales del siglo XIX debido a su alta resistencia a la tracción, lo que permite que los radios permanezcan relativamente delgados y livianos mientras soportan las fuerzas que se les imponen. "Los radios de acero dulce tendrían que ser el doble de pesados y gruesos", dice Chris Hornzee-Jones, director de ingenieros estructurales Aerotrope. Diseñó la innovadora bicicleta de montaña de fibra de carbono Lotus y trabajó en una de las ruedas de radios tensados más grandes jamás fabricadas: la estructura de 60 m de diámetro suspendida bajo el techo del Millennium Dome, utilizada como plataforma para artistas aéreos. “Al agregar cromo y molibdeno al hierro y al carbono del acero dulce, la aleación de acero inoxidable resultante es mucho más resistente a la fatiga.'
La fatiga es la némesis de los rayos. Si cree que sus quads están siendo sometidos a tensión repetidamente por la repetición de sus golpes de pedal, entonces tenga lástima de sus radios, siendo golpeados con cada revolución de rueda. Cada radio de la rueda se somete a una carga de compresión solo durante la fracción de segundo que está directamente debajo del cubo, y en ese momento se comprime antes de que desaparezca la presión y pueda volver a su longitud normal. Es un ciclo implacable que puede ser la ruina de una rueda mal construida, literalmente.
'Una rueda es como una cinta de correr fatigante para los radios, que se hace aún más difícil para ellos al tener un hilo agregado en un extremo y [en la mayoría de los casos] una curva y/o cabeza en el otro, ' dice Hornzee-Jones. ‘El hilo es un concentrador de tensión y la transferencia de carga ocurre principalmente a través de los primeros hilos. Además, la cabecilla es comparativamente rígida y, como trata de sentarse perpendicular a la llanta, rara vez se alinea perfectamente con el ángulo al que llega el radio, lo que puede ser la causa de una tensión concentrada adicional. En el otro extremo, la curva en J se flexiona minuciosamente y, después de cientos de miles de rotaciones normales de la rueda, cualquier pequeño defecto superficial, de solo unas micras de profundidad y completamente imperceptible para el ojo humano, puede comenzar a abrirse. Es un proceso lento al principio, pero eventualmente conducirá a la rotura de los radios.'
Radios de aluminio
Sin embargo, el acero no es el único material utilizado para los radios. Mavic y Campagnolo (así como la empresa hermana de Campagnolo, Fulcrum) han sido durante mucho tiempo defensores de los radios de aluminio. El aluminio tiene un tercio de la densidad del acero, pero también alrededor de un tercio de la rigidez, por lo que los radios deben ser más gruesos, lo que significa que son potencialmente menos aerodinámicos, requieren cabecillas de mayor diámetro y, en consecuencia, orificios más grandes en las llantas, lo que puede reducir la resistencia y la rigidez de la llanta. Los radios de aluminio también tienden a usar un diseño recto, ya que es muy probable que una curvatura en J en aluminio falle bajo tensión.
Otra limitación es que el aluminio no sujeta un hilo tan fácilmente. La solución de Mavic es enroscar las cabecillas directamente en la llanta, en lugar de en el radio. Campagnolo sugiere que elija radios de aluminio que pesen lo mismo que las versiones de acero, pero que en comparación mejoren la sensación de conducción de sus ruedas. Sin embargo, este es un asunto en gran medida subjetivo en el que los radios juegan solo un papel, con neumáticos, llantas y bujes también jugadores importantes. y mucho menos el resto de la moto.
Dadas las diversas tensiones que soportan los radios, la fibra de carbono puede no parecer una opción probable en absoluto, pero Mavic, junto con varias otras marcas de ruedas de alta gama, como Lightweight y Reynolds, por nombrar dos, han encontrado maneras para aprovechar su resistencia a la tracción en los radios, con ahorros de peso obvios en juego. El R-Sys SLR de Mavic, por ejemplo, utiliza tubos de carbono huecos para proporcionar rigidez bajo tensión y resistencia a la compresión."El estiramiento de los radios es mucho menor que el acero o la aleación porque el carbono es más rígido", dice Michel Lethenet de Mavic. "Al ser tubos, resisten la compresión, lo que ayuda a mantener la rigidez de la rueda, aunque se requieren algunas piezas de metal, que se unen en cada extremo para hacer las uniones en la llanta y el buje". Se emplea un método alternativo en Cosmic Carbone de Mavic Ultimate, en el que los radios de carbono aplanados van de un lado a otro de la rueda, conectando con la brida del buje y cruzando otros radios en el camino.
La verdad del giro
Hay algunos otros conocimientos adquiridos sobre bicicletas relacionados con los radios que Peter Marchment, científico de materiales y director de Hunt Bike Wheels, se complace en disipar. "Una rueda que usa una llanta más profunda con radios más cortos a menudo se considera "más fuerte", pero esto generalmente se debe a la rigidez añadida inherente a la llanta", dice.“Además, muchas personas creen que una mayor tensión de los radios significa que obtienes una rueda más rígida, pero este no es el caso. La rigidez de la rueda se ve afectada por muchas cosas además de la tensión, incluido el número de radios, el ángulo de arriostramiento y la profundidad de la llanta.
En realidad, un radio se alargará en la misma cantidad cuando esté cargado, independientemente de la tensión previa aplicada, lo que significa que aumentar la tensión del radio no hace que la rueda sea más rígida". Marchment continúa: "Poner los radios con la tensión correcta Es crucial. A tensiones extremadamente altas, la llanta y los radios son más propensos a dañarse porque están precargados efectivamente con una gran fuerza. Pero las tensiones bajas de los radios también son un problema porque es más probable que la cabecilla se suelte [desenrolle] cuando se destensan debido a impactos o vibraciones de la carretera, lo que hace que la rueda se desvíe.'
Cualquiera que sea la tensión y el patrón, hay una gran variedad de radios para elegir, sin mencionar las muchas variaciones en la calidad del alambre del que están hechos. Sapim, uno de los principales fabricantes de radios, produce 300 millones de radios al año y realiza compras para mantener la calidad y la competitividad en toda su gama de productos. "Del 60 al 70 por ciento del precio de un radio de calibre simple puede estar en el material, por lo que es importante hacerlo bien, pero lo más importante para todos nuestros radios es el rendimiento del alambre", dice el gerente de ventas de Sapim., Klaus Gruter. “Estamos buscando un cable que sea brillante y brillante y que tenga una resistencia a la tracción de 1 000 a 1 050 N/mm2 con buenos datos de fatiga y, lo que es más importante, excelente resistencia a la corrosión”.
Grüter nos dice que las muestras se someten a pruebas de laboratorio para determinar la resistencia a la tracción, la flexión y la torsión. Una vez aceptado, el hilo de las bobinas se endereza a máquina y se corta. El alambre de calibre simple también se puede convertir en radios a tope (donde la parte central se hace más angosta) pasando el alambre a través de un troquel. Una vez a tope, la cabeza del radio y la curva en J se forjan y la rosca del otro extremo se enrolla (no se corta). Los radios terminados son inspeccionados tanto por sistemas de visión artificial como por el ojo humano y la mano. Una máquina puede fabricar 20 000 radios a tope al día, lo que explica por qué los diferentes costos de mano de obra tienen poco impacto en el precio de un radio terminado y por qué los fabricantes de todo el mundo pueden vender a precios similares.
Pero, ¿por qué dar un palo de todos modos? Jonathan Day de Strada Wheels explica: “Los radios a tope manejan mejor el par que los de vía simple. Son más anchas en el plano de la rueda, que es la dirección de la fuerza de torsión, por lo que hay más material para resistirla. Además, se flexionan un poco más en el plano perpendicular, por lo que distribuyen mejor la carga de compresión en la rueda”.
Patrón de radios
El patrón de radios tradicional de una rueda de bicicleta constaba de 32 (oa veces 36) radios, cruzados tres veces. El patrón entretejido de los radios en una rueda tradicionalmente entrelazada, lejos de ser solo un bonito arreglo caleidoscópico, es en realidad una parte funcional del diseño de la rueda.
En cuanto a la rigidez lateral, los puntos de intersección de los radios permiten que cada uno se arriesgue contra otro al ser sometido a tensión, así como sostenerlo al ser comprimido. La función más importante del patrón de entrelazado de tres cruces se encuentra en la rueda trasera, donde los radios deben transmitir la potencia de pedaleo desde el buje. En este caso, los radios se cargan con cargas de torsión mucho mayores gracias a la fuerza de torsión de la transmisión. Los radios del lado del casete, al salir tangencialmente del buje, transmiten una fuerza de rotación (par) del buje a la llanta. Los radios radiales (que siguen un camino desde el centro del buje directamente hasta la llanta, sin cruzarse con otro) son mucho menos capaces de hacer frente a este tipo de carga y es más probable que fallen.
Cuando la torsión no es un problema, como en una rueda delantera con frenos de llanta, tiene sentido usar radios radiales. Esto ahorra peso, ya que los radios pueden ser más cortos y se necesitan menos para crear una rueda lateralmente rígida. Se ve bien también. Sin embargo, los frenos de disco causan una carga de torsión significativa, lo que hace que los radios radiales sean casi imposibles. “Conseguir el patrón de entrelazado correcto es clave porque los radios comparten la carga de compresión al apretarse contra los vecinos que cruzan, por lo que los radios deben entrelazarse para ser líderes o remolques”, dice Day. “Tienes que asegurarte de que un radio delantero soporte la tensión primero en el lado de la transmisión. En una rueda de 32 radios, necesita 16 radios delanteros para compartir la carga. Si te equivocas con los cordones, terminarás con solo ocho haciendo el trabajo.'
Sorprendentemente, los patrones de radios siguen siendo uno de los aspectos menos desafiados del diseño de ruedas, a pesar de algunos avances masivos en materiales y tecnología de fabricación en las últimas décadas. Es una metodología verdaderamente comprobada y, como dice el refrán, si no está rota…
