¿Qué ruedas me convienen? Te ayudamos a elegir

En la actualidad tenemos a nuestra disposición en el mercado una gran variedad de tipos de ruedas. Podemos optar por ruedas de diferentes materiales como aluminio o carbono, ruedas de perfil bajo, medio o alto, ruedas que se montan utilizando solamente 12 radios, hasta ruedas con 36 radios, ruedas lenticulares, ruedas de 3, 4 o 5 palos y en la gran mayoría se ofrecen en diferentes configuraciones de llanta para poder montar neumáticos tubeless, cubierta o tubular.

A veces puede ser un lío saber que ruedas nos convienen según el tipo de ciclismo que practicamos. Como siempre desde esta sección, vamos a intentar desgranar cuál es la Física y la Mecánica que está detrás de las ruedas de nuestra bicicleta para entender mejor qué tipo de ruedas nos pueden venir mejor.

Vamos a catalogar las ruedas en base a los parámetros físicos que actúan sobre ellas:

• Aerodinámica
• Rigidez
• Masa

Como todo en la vida se basa en el equilibrio, en esta ocasión no iba a ser menos. Así pues la aerodinámica, la rigidez y la masa de las ruedas están estrechamente relacionadas entre sí. Normalmente cuando maximizamos una de ellas, hacemos que otra disminuya en mayor o menor medida. Por lo tanto, se tratará de buscar el mejor equilibrio posible y sacrificar alguna de estas variables en función de las otras, hasta dar con las cualidades que estamos buscando y que más se ajusten a la disciplina ciclista que practicamos.

Como normalmente hacemos, vamos a exponer las tres variables teóricamente, y más tarde veremos cómo las diferentes características de nuestras ruedas tienen un impacto directo en ellas.

1. AERODINÁMICA

En artículos anteriores, hemos tratado la aerodinámica y por lo tanto sabemos que es una de las variables que condicionan nuestro avance en bicicleta. A la hora de hablar de aerodinámica, lo podemos hacer de forma general o conjunta, esto es, tomando como referencia el ciclista más su bicicleta o podemos dividirla y hablar de los diferentes componentes que conforman el conjunto por separado. Así pues, aquí hablaremos únicamente de la aerodinámica de la rueda.

Foto: Chris Auld / CCC Team

Foto: Bahrain-Merida

Las ruedas de nuestra bici se encuentran en rotación y no en condición “estática” como puede ser el cuadro de la bicicleta o el casco del ciclista cuando atravesamos el aire. Por lo tanto, el cálculo de Drag o fuerza aerodinámica que se opone a nuestro avance se complica un poco. Los fabricantes de ruedas normalmente utilizan CFD (Computational Fluid Dynamics) o programas de simulación de fluidos una vez que cuentan con el diseño de la rueda en formato 3D para optimizar la rueda al máximo posible y después ratifican dichos estudios o cálculos con prototipos reales en el túnel de viento.

En la imagen de debajo se muestra el estudio CFD llevado a cabo por ordenador utilizando 6 ruedas diferentes, donde se aprecian las líneas de flujo y con el que los fabricantes pueden llevar a cabo una optimización de la rueda en la fase de diseño, teniendo en cuenta todos los componentes y variables como forma y dimensiones del perfil de la rueda, radios, buje, rotación a diferentes velocidades, ángulo de incidencia e intensidad del viento, etc.

Las marcas más potentes realizan también test en túneles de viento con la finalidad de corroborar que los cálculos realizados en el ordenador se convierten en realidad en el día a día.

Factores que afectan a la aerodinámica de la rueda:

– Perfil de la llanta, tanto la forma como la altura. Dada una misma forma para la sección de la llanta, las de perfil alto serán más aerodinámicas que las de perfil bajo. En los últimos años los fabricantes han prestado mucha atención a la forma de la sección de las llantas. La idea es optimizar el diseño al máximo para conseguir ruedas aerodinámicas con perfiles más bajos, con el consiguiente beneficio de aligerarlas en peso.

Así, la empresa Specialized diseñó hace algunos años sus ruedas Roval 50mm con las que aseguraban haber conseguido la misma aerodinámica que sus antecesoras Roval 64mm y con el beneficio de ser más ligeras y mejorar el paso por curva.

– Radios, su forma y la cantidad que se montan en cada rueda. Los radios aplanados montados en la dirección de la marcha son más aerodinámicos que los tradicionales redondos.

– Diseño del buje. Los fabricantes cada vez tienen más en cuenta el diseño de sus bujes con el fin de optimizarlos en términos aerodinámicos.

– Integración entre neumático y llanta. Como ya vimos en artículos anteriores, una buena integración entre neumático y llanta hará que se generen menos turbulencias y por lo tanto constituirá una pequeña ventaja a nivel aerodinámico. En la imagen de debajo, vemos como se generan turbulencias en la conexión entre neumático y llanta que empeoran el aspecto aerodinámico del conjunto.

2. RIGIDEZ

Cuando hablamos de rigidez, nos referimos a las solicitaciones físicas (esfuerzos) que intervienen sobre nuestras ruedas cuando montamos en bicicleta. Dicha rigidez se puede definir como la resistencia a la deformación que ofrece la rueda y la podemos dividir en varias componentes. Hablamos de Rigidez Torsional, Rigidez Lateral y Rigidez Vertical:

Rigidez Vertical: Tiene relación directa con los esfuerzos verticales, como son el peso del ciclista más la bicicleta, así como baches e impactos. Aquí el perfil de la llanta de carbono tiene relación directa con la rigidez; las llantas de mayor perfil ofrecen una mayor rigidez que llantas de perfil bajo. También podemos destacar que las llantas de aluminio a igualdad de perfil son menos rígidas que las de fibra de carbono.

La cantidad de radios de la rueda, así como su distribución, está también directamente relacionada con la rigidez vertical (en menor medida que la llanta) y sobre todo con la absorción y resistencia ante los impactos. Es por esto que los fabricantes juegan con diferentes tipos de radios según la finalidad de las ruedas.

Imagen simulada por ordenador de cómo de deforman los radios de una rueda ante impactos:

Rigidez Lateral: Está directamente relacionada con la forma e inclinación de los radios, con la anchura del perfil de la llanta y también directamente con la anchura del buje. Al hacer este más ancho, conseguimos que los radios se monten con mayor inclinación y por lo tanto dotamos a la rueda de mayor rigidez lateral.

Algunos fabricantes también juegan con perfiles asimétricos para poder maximizar la rigidez lateral.

Rigidez Torsional: Quizá la rigidez torsional sea algo más desconocida, pero no por ello menos importante, incluso ha visto incrementada su importancia con la aparición de los frenos de disco en la bicicleta de carretera. En la rueda trasera, cuando aplicamos fuerza a los pedales, y mediante la transmisión, generamos un par de torsión al buje de la rueda en un sentido y otro par de torsión en el sentido opuesto cuando frenamos (disco). Cuanta mayor sea la rigidez a torsión de nuestra rueda mejor, más reactiva será y sentiremos que “sale” más rápido cuando aceleramos.

Explicado de otra manera, la rigidez a torsión no es más que cuánto se deforma nuestra rueda cuando aplicamos un par de torsión, bien sea cuando pedaleamos y avanzamos, o cuando frenamos. Cuanto menor sea la deformación, mayor será la rigidez y por lo tanto más reactiva será la rueda.

Los radios y su inclinación, en el plano lateral, están directamente relacionados con la rigidez torsional. Cuando pedaleamos o cuando frenamos (freno de disco), el buje trasmite los esfuerzos a los radios. Podemos decir que para un radio dado, la rigidez a torsión es máxima cuando el radio es montado de manera tangente al buje en el punto de anclaje de este. No ocurre esto en el radiado denominado radial. Vamos a verlo en una imagen:

3. MASA

Cuando montamos en bicicleta, nuestras ruedas, aparte de la energía cinética por el propio moviente de traslación que llevamos, también acumulan una energía cinética rotacional. Por lo tanto, cuando las ruedas ruedan sin deslizamiento sobre el asfalto podemos afirmar que su energía cinética es:

Vamos a ver un ejemplo gráfico donde se aprecia mejor cada término:

No me gustaría complicar mucho más la explicación, ni entrar en todos los detalles. Solo me gustaría que os quedarais con la idea de que la rueda tiene dos movimientos: uno de traslación y otro de rotación. Dicho de otra manera más simple: la rueda se mueve hacia delante de manera lineal junto con la bici y gira sobre su eje al mismo tiempo.

Como he mencionado antes, estos dos movimientos generan dos tipos de energía cinética, energía cinética de traslación y energía cinética de rotación.

Vamos a centrarnos en la rotación y en su energía cinética para poder explicar así el fenómeno de la Inercia. Como vemos en la ecuación de la energía cinética de rotación, esta de define como:

Como veis, cuanto más elevada sea la velocidad angular (W), más alta será la Energía cinética rotacional, y aquí aparece el concepto de Momento de Inercia (I), que es hasta donde quería llegar desde el principio.

El Momento de Inercia (I) de una rueda que gira sobre su centro siempre es directamente proporcional a su masa M (kg) y a su radio R (m). Dependiendo de si es una rueda de radios, lenticular, de bastones, etc, el Momento de Inercia variará como vemos en los ejemplos simplificados que se muestran a continuación, para un cilindro hueco, un disco o un cilindro de pared muy fina:

La conclusión a la que llegamos con todo esto es que el Momento de Inercia (I) de las ruedas está directamente relacionado con su masa (kg) y la distribución de dicha masa entre llanta, radios, buje, neumáticos, etc. ya que el Radio (R) de las ruedas de carretera es siempre el mismo. Por relación directa, también afirmamos que cuanto mayor sea el momento de inercia, mayor también será la energía cinética rotacional de la rueda.

Lo visto anteriormente, nos lleva deja unas reglas claras acerca de las ruedas de bicicleta:

– Una rueda de perfil alto normalmente más pesada (sobre todo en periferia, en la zona del neumático y llanta) costará mucho más acelerarla y frenarla debido a su mayor Momento de Inercia o Inercia Rotacional que una rueda de perfil bajo con menor peso periférico.

– La misma rueda de perfil alto, más pesada, ofrecerá una ventaja al rodar a las velocidades elevadas y estables, como pueden ser contrarrelojes llanas sin muchas curvas, en las que lanzamos la bici en la salida y poco más.

– La distribución de la masa (kg) en los diferentes componentes de la rueda (llanta, radios, buje, etc.) es de gran importancia.

¿Qué ruedas me convienen?

Seguro que esta pregunta os ha surgido más de una vez. Vamos a intentar catalogar los diferentes tipos de rueda, para que después cada uno de vosotros pueda elegir con mayor claridad.

Perfil de la llanta

En la actualidad podemos dividir las ruedas en 3 grupos, ruedas de perfil bajo (20/25mm hasta 30/32mm), ruedas de perfil medio (35mm hasta 45mm) y ruedas de perfil alto (más de 48/50mm) (¿Neumáticos anchos o estrechos? ¿23mm o 28mm? (Resist. de Rodadura y Crr). Como hemos mencionado en la introducción, todo tiene un coste y se tratará de buscar un equilibrio en función del tipo de ciclismo o triatlón que practiquemos. ¿Qué tenemos que tener en cuenta a la hora de elegir el perfil?:

Perfil bajo

• Menor peso y por lo tanto un menor momento de inercia que se traducirá en una ventaja a bajas velocidades, como por ejemplo en etapas de montaña.
• Mejores en frenadas, aceleraciones y cambios de ritmo debido a su menor peso e inercia.
• Menor rigidez, debido a unos radios más largos que las ruedas de perfil alto. Esto normalmente se traduce en un mayor confort de marcha. Mayor pérdida de energía cuando pedaleamos debido a las mayores deformaciones.
• Peor aerodinámica, lo que se traduce en peor rendimiento a velocidades elevadas.

Perfil alto

• Mayor peso y momento de inercia, que nos ofrecerá ventajas a velocidades elevadas como triatlones llanos, etapas llanas y etapas contrarreloj, siempre que las velocidades sean lo más estables posibles.
• Mayor rigidez que las ruedas de perfil bajo, por lo tanto mejor transmisión de potencia, aunque con mayor incomodidad de marcha.
• Mayor coste energético en aceleraciones y frenadas, debido a su mayor Momento de Inercia o Inercia Rotacional.
• Peor maniobrabilidad que con ruedas de perfil bajo en descensos y terrenos con multitud de curvas y cruces enlazados.

Perfil medio

• Son un intermedio entre perfil bajo y alto y son un gran recurso en la actualidad para todo tipo de recorridos. Presentan una Inercia Rotacional más baja que las ruedas de perfil alto y por lo tanto es menos costoso acelerarlas y frenarlas. Son más ágiles que estas en perfiles de etapa con mucha curva.
• Si las comparamos con las ruedas de perfil bajo, las de perfil medio presentan una mejor prestación aerodinámica. Como ya hemos hablado, existen marcas que con ruedas de perfil 40/45mm consiguen productos muy aero, llegando incluso a equipararse a ruedas de perfil más alto. Presentan mayor rigidez que las ruedas de perfil bajo y por el contrario una Inercia Rotacional algo más elevada que estas.

Lenticulares

Siempre hemos oído hablar de que la gran ventaja de las ruedas lenticulares es que aportan más “inercia” y por lo tanto una ventaja a velocidades elevadas frente a ruedas de perfil. Bueno, pues esto no es del todo cierto. Puede que sí o a veces puede que no.

Foto: Cor Vos / Team Sunweb

La gran ventaja de las ruedas lenticulares es su gran prestación aerodinámica. El aire/viento genera turbulencias entre los radios de la rueda en movimiento y la rueda lenticular al estar totalmente cubierta no presenta este tipo de turbulencias.

Vamos a hacer un pequeño ejemplo, muy simplificado, para calcular la Inercia Rotacional o Momento de Inercia de una rueda de perfil alto y una lenticular (no una rueda de perfil con tapas, sino una lenticular real con el peso repartido a lo largo de toda la rueda).

Comparamos una rueda trasera de perfil alto Corima de 58mm con una rueda trasera lenticular Corima Disc. Insisto que es un ejemplo muy simplificado, ya que no incluimos radios ni buje en el cálculo y por tanto los resultados son aproximados.

Simplificando y calculando el Momento de Inercia de la Lenticular como el de un disco (no será exactamente así, ya que la masa no está uniformemente distribuida) y el de la rueda de perfil como un cilindro (eliminamos algo del peso total de la rueda para el cálculo, ya que los radios y el buje también tienen su peso), aquí tenéis los resultados:

Como podéis observar, la rueda de perfil, aun pesando bastante menos (incluso le hemos quitando más peso en el cálculo) que la lenticular, presenta un Momento de Inercia algo mayor que la lenticular en este cálculo simplificado. Como podéis comprobar, el peso de la rueda afecta a las prestaciones, pero la distribución de dicho peso en la rueda es la clave a la hora de hablar de Inercia Rotacional.

Como he mencionado ya varias veces, estos cálculos no son del todo ciertos, sino que han sido simplificados al máximo para no complicarlos en exceso. Aun no siendo 100% reales, nos sirven para comprobar que una rueda lenticular puede que no ofrezca ninguna Inercia Rotacional extra frente a ruedas de perfil alto -dependerá de la distribución de la masa a lo largo de la rueda-, y sí en cambio ofrece una ventaja aerodinámica clara.

Espero que os haya gustado el artículo relacionado con las ruedas de la bicicleta y los aspectos Físicos que intervienen sobre ellas. Ahora tenéis algunos datos más para saber que necesitáis de verdad.

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