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Reflexiones mecánicas: sobre cubiertas sólidas, mazas y frenos

Fecha: 21.11.2015

Tres temas de equipamiento. ¿Por qué no sirven las cubiertas sólidas? Cómo funciona una maza de cambios internos, sus partes claves y las relaciones de transmisión. Los frenos: ventajas y desventajas de cada tipo de freno.

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Una cubierta “sólida” basada en espuma.

¿Porqué no sirven las cubiertas sólidas?
Para el que anda en bici, pinchar suele ser una especie de maldición, un castigo divino o una intromisión diabólica en nuestras vidas, una deuda karmática, etcétera, etcétera; una desgracia, en fin, que en muchos casos puede hasta hacernos preguntar por qué andamos en bici… Y esto pese a que reparar un pinchazo es quizás la tarea más sencilla que nos puede demandar la bicicleta (si llevamos con nosotros los elementos para hacerla, claro, y estamos dispuestos a ensuciarnos un poco…) Quizás por esta razón es que los ciclistas principiantes, ante las primeras experiencias de este tormentoso evento, suelen pensar en una solución que parece obvia: ¿por qué no hay en el mercado cubiertas sólidas, no neumáticas? (Las hay, y bastantes, pero después de leer estas líneas comprenderán por qué no tienen éxito.)
Empecemos por el principio. John Boyd Dunlop nació en 1840 en un pueblo escocés con el curioso y premonitorio nombre -para nosotros los hispanohablantes- de Ayreshire. Y curiosamente, pese a haber estudiado veterinaria en la Universidad de Edimburgo, en 1888 presentó en sociedad un invento que desarrolló para las bicicletas y que con el tiempo revolucionaría el transporte en general, el neumático inflable, probablemente la más importante invención proveniente de la industria de la bicicleta. Tres años antes, en 1885, un tal J. K. Starley había diseñado la forma “final” de la bicicleta, o sea el actual diseño con transmisión trasera a cadena, pero el artilugio ofrecia un andar incómodo, inestable e ineficiente, ya que utilizaba cubiertas macizas de goma que iban de rebote en rebote. De modo que los neumáticos de Dunlop, que el escocés comenzó a fabricar en serie en 1890, completaron la bicicleta tal cual la conocemos hoy.
Pero pese a la comprobada eficacia del neumático, que en la actualidad se utiliza prácticamente en todo tipo de vehículo, casi 130 años después de su invención sigue habiendo gente que reclama inocentemente por ruedas cien por ciento libre de pinchazos e “inventores” irresponsables que siguen intentando la proeza de generar cubiertas no inflables, una verdadera “misión imposible”.
En general, todos los inventos en este campo resultan en una cubierta pesada y lenta, que ofrece un andar áspero e incómodo, escasa maniobrabilidad en los giros, particularmente en pisos desparejos y riesgo de dañar la rueda por su reducida capacidad de amortiguación.
Un sistema neumático utiliza la totalidad del aire contenido en su interior como amortiguación para absorber los impactos (para el caso es igual un neumático con cámara que uno sin cámara), mientras que los sistemas “sólidos” basados en espumas solo utilizan el aire contenido en la zona de impacto. Esto hace que la respuesta ante la compresión no sea lineal, como en el caso del neumático, de modo que como reacción al impacto el material se hace más y más rígido en la medida en que se aplasta y “adelgaza”.
Las cubiertas “sólidas” basadas en espuma basan su resistencia en el aire contenido en las burbujas de la espuma próximas al impacto. Pero en el interior de la espuma no solo hay burbujas de aire sino material sólido, de manera que una cubierta de un grosor X no tiene en realidad una cantidad X de aire para reaccionar ante la compresión sino mucho menos, a diferencia de un sistema neumático, que dispone, ante el impacto, del aire contenido en toda la cámara. En el caso de la espuma, solo se comprimen sus burbujas y solamente en la zona de impacto y cuanto mayor es la compresión más firmemente y en progresión geométrica tenderán a volver éstas a su forma original.
Por el contrario, en un neumático la totalidad del volumen de aire contenido en él será comprimido como una unidad, de modo tal que la presión será casi constante y el neumático amortiguará los impactos en todo su grosor. En este caso la respuesta ante la compresión es casi completamente lineal, una propiedad exclusiva de la cubierta neumática, que explica su uso universal en prácticamente todos los vehículos diseñado para usar en caminos. Y esta respuesta lineal explica la comodidad que obtenemos del sistema, la mejora en la tracción, ya que la rueda rebota menos, manteniéndose más tiempo en contacto con el piso, y paralelamente y por la misma razón un mejor comportamiento en las curvas. A esto hay que sumar que una cubierta neumática puede ser comprimida practicamente en la totalidad de su distancia a la llanta sin riesgo de daño ni de la cubierta ni de la llanta. A modo de ejemplo, los neumáticos tubulares que actualmente se está usando en la alta competencia de mountain bike se inflan a escasos 18/19 PSI de presión.

El funcionamiento de las mazas de cambios internos
Las mazas de cambios internos, cada vez más populares en las bicicletas urbanas e inexplicablemente poco utilizadas en bicicletas deportivas, son mecanismos de larga duración, bajísimo mantenimiento, de gran eficacia funcional y que operan el cambio de marcha aun con la bicicleta detenida.
Estas mazas operan bajo los principios de un sistema que podríamos nombrar como “relaciones de transmisión planetarias” o “marchas epicíclicas”. Este tipo de sistemas están basados en un engranaje que funciona como “sol”, rodeado usualmente por tres o cuatro engranajes que denominaremos “planetas” y que engranan con él. A su vez, los engranajes planetarios encajan con un anillo hueco que tienen dientes en su superficie interna. Este anillo rota más rápido que los engranajes planetarios. Ver: “El funcionamiento” y “Una maza por dentro”.
Cuando la corona de piñón es conectada al anillo, y la jaula que contiene a los engranajes planetarios es utilizada para hacer girar la rueda, ésta girará más lentamente que la corona de piñón, o sea que estaremos en una relación “baja”, comparada con la que genera una maza simple operada mediante una corona con la misma cantidad de dientes. O sea: la corona conduce al anillo, mientras que la jaula planetaria conduce a la maza. Por lo tanto la rueda girará tres veces por cada cuatro revoluciones de la corona, disminuyendo la relación de marcha en un 25%.
Cuando la corona de piñón está conectada a la jaula planetaria, y el anillo hace mover a la rueda, el resultado será una relación “alta”. O sea: la corona conduce ahora a la jaula planetaria mientras que el anillo mueve a la maza. En este caso la maza girará cuatro veces por cada tres giros de la corona, aportándo un 33% de incremento.
La mayor parte de las mazas con cambios internos de tres velocidades usan estas dos configuraciones más la relación “directa”, aportando con ello tres velocidades. En la directa: la corona aun es la que mueve al anillo (como en la baja) pero el anillo conduce a la maza.
Este principio básico es el utilizado por todas las mazas de cambios internos, sólo que las que ofrecen más de tres velocidades utilizan múltiples engranajes solares y en algunos casos también múltiples planetarios.
En los últimos dos decenios hemos sido testigos del crecimiento de la propuesta de mazas internas, con el desarrollo de mazas de cinco, siete, ocho, once y hasta catorce velocidades.

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El funcionamiento
La estructura básica de una maza de tres velocidades internas: el engranaje “solar” (amarillo) está fijo, la corona de piñón hace girar al anillo (rojo) o a la jaula planetaria (verde), y la maza es conducida o por el anillo (rojo) o la jaula planetaria (verde), dependiendo de la marcha seleccionada.

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Una maza por dentro: Sturmey Archer de tres velocidades en la que se ha removido el anillo para que se puedan ver los engranajes planetarios.

La elección de los frenos
Un freno de bicicleta puede funcionar sobre la llanta o sobre la maza.
Los tradicionales frenos a la llanta -en todas sus variantes- tienen la ventaja de ser livianos, tener una amplia superficie en la llanta para disipar el calor de la frenada y no estresar al cuadro, la horquilla y la rueda.
Los frenos a la maza son mucho más resistentes al agua y no se ven afectados por deformaciones o roturas en la llanta y permiten utilizar en la rueda llantas de diferente diámetro. Como desventajas, en tanto el área de disipación del calor es menor, los frenos a la maza suelen excederse de temperatura, además de que, con excepción de los frenos a disco, tienen un brazo que los conecta a la vaina u horquilla y que complica la remoción e instalación de la rueda.
Los mandos de freno se operan mediante una manija que transmite la acción del ciclista a través de un cable o de un conducto hidráulico en el caso de los frenos a disco hidráulicos, excepto en el caso del freno contrapedal, que se opera simplemente pedaleando “hacia atrás”.
Ahora bien, a la hora de optar por uno u otro tipo de frenos, tenemos paralelamente que considerar qué tipo de actividad ciclista vamos a desarrollar con la bicicleta en particular sobre la que los instalaremos. Y qué tipos básicos de frenos hay disponibles en el mercado:

– Los frenos a la llanta son los más livianos. Naturalmente, las ruedas deben estar siempre bien centradas para que los frenos trabajen suavemente -de modo que el mantenimiento de los frenos involucra también un regular mantenimiento de las ruedas. En clima muy húmedo o con lluvia, el funcionamiento de los frenos a la llanta se complica, un problema que es más serio en el caso de llantas cromadas y menos en el caso de llantas de aluminio. Otro defecto de este sistema de frenos es que las llantas se desgastan y particularmente mucho en condiciones de arena o barro.

– Por su parte, si bien los frenos a tambor son muy resistentes a los diferentes climas y a la humedad y el agua, su rendimiento tiene muchas variaciones. Son comunes de ver en bicicletas de transporte urbano, precisamente por su resistencia al agua, pero solo algunos frenos a tambor muy especiales pueden evitar el sobrecalentamiento si en la ciudad en que circula la bici hay muchos desniveles y por tanto se utilizan mucho los frenos. En general, cuanto más grande el tambor más potente será la frenada y mayor la capacidad de disipar el calor. Otro riesgo es que un freno a tambor integrado en la maza puede sufrir contaminación con lubricantes. También, si el tambor se desgasta demasiado, deberemos reemplazar además a la maza. Naturalmente, todos estos problemas desaparecen si el freno a tambor es externo a la maza.

– Los frenos Roller Brake de Shimano una variedad de frenos a tambor particularmente fuertes. Son operados a cable, cuyas partes estacionarias están aseguradas por tuercas en los ejes de las mazas con cambios internos Nexus y Nexave. (En cambio, el sistema Shimano Alfine utiliza frenos a disco.) Internamente, tienen varios rodillos cilíndricos metálicos alrededor de un cilindro central multifacetado. Estos rodillos presionan a tres zapatas metálicas externas contra el tambor de freno. Los Roller Brakes son ideales para uso urbano, especialmente en lugares con mucho sube y baja. Son a prueba de agua y requieren mínimo mantenimiento. Son reemplazables como unidad -a diferencia de otros sistema de frenos a tambor, en los que hay que cambiar también la maza. Los Roller Brakes son lubricados con grasa, tal como los frenos contrapedal. Hay también Roller Brakes para uso en la rueda delantera, pero en nuestra opinión es más recomendable para ello utilizar un freno a la llanta.

– Los frenos a disco disipan mejor la temperatura que cualquier freno a tambor. Son ya de uso universal en mountain bikes y van ganando popularidad en otro tipo de bicicletas, incluyendo en los últimos tiempos a las ruteras, en particular las de ciclocrós. Son prácticamente inmunes al agua, al barro y a la nieve, funcionan perfectamente con una rueda deformada y tienen gran potencia de frenado. Como solo el disco está montado en la rueda, su montaje y desmontaje es sencillo. Eso sí, los frenos a disco solo pueden ser instalados en cuadros con los soportes respectivos.

– Los frenos contrapedal (Coaster Brakes en inglés) se operan pedaleando “hacia atrás”, de modo que solo operan sobre la rueda trasera. Son los frenos que demandan menor mantenimiento y resultan muy interesantes para niños, que suelen tener poca fuerza en las manos como para operar con eficiencia otro tipo de freno, así como para gente que necesita tener una mano libre para llevar una carga. De hecho son muy populares en las bicis playeras o cruisers, originalmente diseñadas para llevar con una mano una tabla de surf y con la otra conducir la bici. También son interesantes en bicicletas plegables, ya que hacen innecesarios los cables. Por supuesto son completamente desaconsejables si se necesita buena potencia de frenado. En cualquier caso, es recomendable utilizar, además del freno contrapedal, un freno delantero a la llanta.

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Una variante de frenos a la llanta, en este caso los Campagnolo D-Eskeleton.

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Shimano Roller Brake.

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Freno a tambor.

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Los frenos a disco son hoy universales en las mountain bikes.

Nota publicada en revista Biciclub Nº 238, octubre 2014.

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Hablamos sobre: Componentes, Mecánica

One Response to “Reflexiones mecánicas: sobre cubiertas sólidas, mazas y frenos”

  1. Marcos dice:

    Muy buen artículo!
    Me hubiera gustado leer algo de info sobre las opciones hidráulicas vs mecánicas en los frenos.
    Un saludo!

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Nº 267 - Marzo 2017

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