¿Beneficio real medible para los rodamientos cerámicos?

La respuesta corta a su primera pregunta es "el ahorro de energía al usar rodamientos cerámicos en comparación con buenos rodamientos de acero es casi cero". La respuesta breve a su segunda pregunta es "sí, es posible medir la diferencia, pero no es fácil". La respuesta más larga y el soporte para las respuestas más cortas se encuentran a continuación.

En primer lugar, sin embargo, depende un poco de si se trata de rodamientos de rueda, rodamientos de pedalier o ambos. Si está interesado en medir la diferencia, la forma en que mide es diferente para los dos. El arrastre del rodamiento BB se mostraría en las diferencias en la eficiencia del tren motriz, mientras que los rodamientos del cubo se mostrarían como un componente de la resistencia a la rodadura. La diferencia, por supuesto, es que las pérdidas del tren motriz solo ocurren cuando pedaleas, no mientras estás deslizándote, mientras que las pérdidas por rodadura ocurren mientras estás rodando, ya sea pedaleando o no.

Puede medir las diferencias en el arrastre del cojinete del cubo sin carga sosteniendo la rueda en el aire con un tenedor, usando un sensor de velocidad casero equipado con un interruptor de lengüeta conectado a una grabadora de voz digital. Gira la rueda hacia arriba, luego registra y calcula la diferencia en los "clics" de tiempo a medida que la rueda se desacelera. Cambie los rodamientos, haga espuma, enjuague, repita.

Sin embargo, esto sería en una configuración sin carga y podría pensar que las diferencias en la resistencia del cojinete podrían amplificarse en situaciones de carga. Si es así, tendrías que probar de esa manera. Podría hacerlo en el laboratorio, pero también es posible hacerlo usted mismo, en el campo, con el sensor de velocidad manipulado por jurado.

Primero algunos antecedentes. El componente de rodadura de la resistencia suele medirse por el coeficiente de resistencia a la rodadura, Crr (el coeficiente de resistencia aerodinámica es Cd, que generalmente se multiplica por el área de la superficie frontal, A, y se describe mediante el término combinado CdA). Crr puede tener un componente dependiente de la velocidad, pero a velocidades de ciclo esto es insignificante, por lo que podemos suponer que Crr es constante. Si es así, la potencia requerida para mover una bicicleta y un ciclista a una velocidad dada es bastante conocida y comprendida: en lugar de explicarlo todo aquí, señalaré un método (um, brillante) que le permite estimar CdA y Crr que se puede encontrar aquí .

Ahora, si hace todo esto, encontrará que para una bicicleta típica, el Crr general total de todas las fuentes (neumáticos, cámaras, cojinetes de buje y superficie de carretera "suave" típica) es de alrededor de .005. El Crr para llantas realmente buenas en esa misma superficie podría ser .0045; para llantas realmente malas, el Crr podría ser .006; y para una superficie realmente áspera, el Crr podría llegar hasta .01. Y, en algún contexto, si observa la ecuación de potencia vinculada anteriormente, verá que Crr escala exactamente como un gradiente en su efecto sobre la potencia, por lo que cuando Crr es .01, el efecto sobre la potencia es exactamente como subir una pendiente del 1%. Del mismo modo, un aumento de Crr de 0,001, debido a un neumático diferente oa diferencias de cojinete putativas, es como subir una pendiente un 0,1 % más empinada.

Aquí hay un hecho más, también derivable del enlace anterior: una regla general es que a 25 mph en una superficie plana y dura, un ciclista en una buena posición aerodinámica necesita alrededor de 250 vatios (se puede lograr una posición aerodinámica excepcional con menos de 200 vatios). A 25 mph, una diferencia en Crr de alrededor de 0,0005 equivale aproximadamente a una diferencia de potencia de 5 vatios. Es decir, la diferencia entre una buena llanta y una llanta muy buena vale aproximadamente 5 vatios a 25 mph.

Si ha realizado alguna prueba de campo de arrastre de bicicleta, se dará cuenta de que la diferencia de 5 vatios en la resistencia a la rodadura es bastante notable. Los ciclistas informan que la diferencia entre usar cojinetes de cubo de cerámica y acero no se nota.

No tengo la fuente a mano, pero por lo que he leído, convertir los cojinetes de las ruedas en cerámica le generará un ahorro de 1 W a velocidades de carrera, gracias a la reducción de pérdidas mecánicas. Un soporte inferior de cerámica daría como resultado una mejora menor.

Teniendo en cuenta que el ciclista genera más de 200 W a velocidad de carrera, los ahorros son claramente menores. Se pueden acumular ahorros adicionales de la billetera mucho más liviana que lleva el ciclista.

He montado rodamientos de cerámica BB. Esta es mi primera y única experiencia. Parecían tomar un par de paseos para entrar, lo que definitivamente parecía extraño. Uno de mis compañeros de entrenamiento notó lo mismo, pero en su caso, fue después de 90 minutos que los rodamientos parecían girar libremente.

Los monté por poco menos de un año, que es aproximadamente el mismo uso que obtengo de los rodamientos estándar. Basado en el precio de locura y la diferencia insignificante, opté por volver al acero inoxidable.

El compañero de equitación, que mencioné anteriormente, está en su segundo set después de volver a inoxidable. Si los fondos lo permiten, estoy abierto a intentarlo de nuevo. No fue una mala experiencia de todos modos. ¡Otro amigo ha cambiado todos los cojinetes, incluidos los cojinetes de la polea del desviador, y lo jura!

¡Eso es todo lo que tengo!

Dado que las respuestas actuales son muy específicas para cada ruta, daré mi opinión sobre las disciplinas que conozco.

El descenso puede beneficiarse de ellos porque se deforman menos bajo carga, por lo que, en teoría, duran más. Pero en la práctica, las bolas y los cojinetes de los cubos en esta disciplina tienden a fallar debido a la corrosión provocada por los sellos defectuosos y, aunque los cojinetes de cerámica no se oxidan, la carrera sí lo hará. La menor carga de choque no es un problema debido a la suspensión de largo recorrido.

Para las pruebas, realmente depende de cuánto peso tengas. Los cojinetes de cerámica pesan mucho menos que los de acero, por lo que hay un beneficio instantáneo. Sin embargo, los rodamientos cerámicos son mucho menos resistentes a las cargas de choque, por lo que se romperán, y debido a que las bicicletas de trial son rígidas, esto sucederá rápidamente.

El material del que están hechos los rodamientos es solo una pieza del paquete mecánico completo. He trabajado en bicicletas en la tienda que tenían BB de cerámica y todo tipo de acero. Desde un punto de vista material, la cerámica tiene la posibilidad de ser mejor, pero como otros han señalado, pagas una gran prima... y, a menudo, es posible que no sean los mejores de todos modos.

Piénselo de esta manera, el roble es una mejor mesa que el pino. Pero el pino es más fácil de trabajar y la mesa resultante podría ser más suave y ensamblada mejor que la de roble... y más barata. Del mismo modo, hay BB de acero, bujes, etc. que son mejores que algunas de las contrapartes de rodamientos de cerámica. Tengo mi favorito y es un acero de precio decente (Hawk Racing), todavía tengo que ver algo que sea mejor en una bicicleta en la que he trabajado.

Nota al margen: los videos como el que se muestra deben tomarse con cuidado... es marketing y la demostración se ha configurado para un propósito particular. Hable con los chicos de LBS y obtenga opiniones de ambos lados del mostrador (los mecánicos y los clientes).

Acabo de leer su artículo sobre rodamientos cerámicos y me veo obligado a darle un punto de vista poco profesional. En primer lugar, soy un ciclista de 80 años que monta los fines de semana con un grupo más joven de ciclistas de 60 años. Si todavía estás conmigo, mi conducción consta de entre 30 y 40 kilómetros cada viaje a una velocidad de entre 25 y 35 kilómetros. Encuentro que los recitales sobre cerámica casi siempre son sobre el costo y sin ninguna ventaja. La realidad es que una persona de mi edad se mantiene al día con un grupo más en forma. Si bien puede haber una ligera ventaja de velocidad, lo que cuenta es que estoy más en forma al final del viaje de lo que estaría con rodamientos de acero. La gente critica que los ciclistas jóvenes y en forma utilicen cerámica y, al mismo tiempo, argumentarían que unos pocos gramos ahorrados pueden... marcar... una gran diferencia. Tengo dos bicicletas de carretera TREK con cerámica y una bicicleta de carretera CANNONDALE con rodamientos de acero y cambiar las bicicletas de carretera en los días de conducción muestra una gran diferencia. Sus comentarios casi sugieren que sería bueno si todos pudiéramos conducir un Mercedes si no fueran tan caros, por lo que un Ford servirá. *

Además de la supuesta reducción en la resistencia a la fricción, se me han pasado por la cabeza otros temas.

Permítanme traer dos analogías: reemplazos de prótesis de cadera y combinaciones de pastillas/discos de freno de automóvil.

Para el primero, se utiliza una copa de metal con cabeza de cerámica. Dado que la cerámica es mucho más dura que el metal, la copa de metal se desgasta (el cuerpo puede manejar los iones metálicos y excretarlos). Hace algún tiempo, a alguien (se necesita la fuente) se le ocurrió la idea de hacer la taza también de cerámica para evitar el desgaste. La causa fue que el roce de cerámica con cerámica (no hay posibilidad de engrasar la articulación de la cadera, ¿verdad?) provocó que las partículas de cerámica se liberaran en el cuerpo. Esos no fueron excretados y causaron serios problemas de salud. A lo que me refiero lo explicaré en el momento.

Ahora sobre las pastillas/discos de freno. Para las almohadillas, hay diferentes durezas de las almohadillas disponibles y, con bastante frecuencia, cuanto más blandas, más caras. ¿Por qué gastaría más en almohadillas más blandas si se desgastan antes? La respuesta es simple: no son las pastillas las que se desgastan, son tanto las pastillas como los discos. Por lo tanto, cuanto menos se desgastan las pastillas, más se desgastan los discos. Y, a su vez, cuanto más duras sean las almohadillas que utilice, antes deberá sustituir los discos (coste y mano de obra adicionales).

TL;RD; parte comienza aquí:

Cuando se utilizan copas de acero endurecido con bolas de acero inoxidable, son las bolas las que se desgastan, dejando las copas prácticamente intactas. Cuando apretar ya no funciona, uno simplemente reemplazaría las bolas (bastante asequible).

Cuando se utilizan rodamientos de bolas de cerámica en copas de acero endurecido, son las copas las que se desgastan más, ya que la cerámica es más dura. Luego, después de un tiempo, no solo hay que reemplazar las bolas de cerámica viejas, sino también las tazas desgastadas. Por supuesto, esto no se aplica si se reemplaza un cojinete de cartucho cerámico completo.