¿Cuánta energía se pierde con un neumático de grava en comparación con un neumático de carretera?

Entiendo que alrededor del 20% de la energía al andar en bicicleta se pierde por la deformación de las ruedas. También entiendo que en caminos lisos y secos, las personas usan llantas planas (sin dibujo de la banda de rodadura) ya que estas llantas tendrán más área de contacto con el suelo, por lo tanto, necesitarán menos deformación para equilibrar las fuerzas (con P = F / A).

Ahora, en base a eso, me preguntaba si hay alguna estimación sobre muchos neumáticos de bicicleta de grava (con un dibujo ligero de la banda de rodadura) que podrían contribuir a la pérdida de energía en comparación con los neumáticos de bicicleta de carretera (simples) para las mismas condiciones (seco, llano y suave). camino). ¿La diferencia será sustancial y notable, o solo un pequeño porcentaje apenas perceptible en la eficiencia? o, de manera más general, ¿existe algún estudio que cuantifique la pérdida de eficiencia a medida que el dibujo de la banda de rodadura se vuelve cada vez más predominante?

En principio, esperaría que si la banda de rodadura es casi "plana" pero con un patrón ligero, no debería afectar mucho el rendimiento, pero no estoy seguro de si esto es correcto.

Soy un ciclista aficionado, y usaré mi futura bicicleta principalmente en carretera, con un 5 a 10% de grava, por lo que necesito tomar una decisión en base a esto.

El peso del neumático, la calidad y el uso diseñado junto con el compuesto probablemente representen una diferencia significativamente mayor. es decir, un neumático Gravel de gama alta diseñado para el rendimiento tendrá mejores propiedades de rodadura que un neumático de carretera de baja calidad diseñado para la protección contra pinchazos.
Encuentro que soy capaz de aguantar alrededor de 30 km/h con mis neumáticos de grava frente a alrededor de 33-35 km/h con mis neumáticos lisos.
Es difícil hacer una comparación científica porque hay una serie de variables que intervienen en la resistencia a la rodadura de un neumático. Pero hay un sitio web que compara un montón de neumáticos de carretera y una buena cantidad de neumáticos de grava. Según sus pruebas, un neumático de grava de alto rendimiento utiliza ~17 vatios con un inflado "alto"; un neumático de carretera de alto rendimiento utiliza ~7 vatios a 120 psi (que es muy alto). bicicletarollingresistance.com
Si no está demasiado mojado y no está corriendo sobre la grava, los neumáticos de carretera de 28-32 mm funcionarán bien en una gran cantidad de grava. Cambiaría el mío por un paseo principalmente de grava, pero a menudo construyo pistas de grava o más ásperas en un paseo por carretera
Una de sus declaraciones es incorrecta: F=PA, o P=F/A como suele definirse.
No puedo hablar de neumáticos de grava o números duros. Pero he recorrido unos 17 000 km en mi viajero en los últimos tres años, y tal vez 100 km o más fueron en caminos de grava gruesa (diseñados para automóviles, equipos agrícolas, etc.). Encontré un viaje muy desagradable cuando no estaba plano, y solo desagradable cuando estaba plano. Tuve mucha dificultad para subir y tuve problemas para mantener el equilibrio mientras descendía, y en ningún momento pude mantener una velocidad significativa. Si tuviera que elegir entre esas carreteras y una autopista, elegiría la autopista. La grava fina (por ejemplo, la que se usa en los carriles para bicicletas) es mucho mejor para andar.

Respuestas (2)

Ahora, en base a eso, me preguntaba si hay alguna estimación sobre muchos neumáticos de bicicleta de grava (con un dibujo ligero de la banda de rodadura) que podrían contribuir a la pérdida de energía en comparación con los neumáticos de bicicleta de carretera (simples) para las mismas condiciones (seco, llano y suave). camino).

No necesitas estimar. Puedes medir.

Por ejemplo, aquí hay un neumático de grava: https://www.bicyclerollingresistance.com/cx-gravel-reviews/panaracer-gravel-king-sk

Su resistencia a la rodadura a alta presión es de 21,7 vatios por neumático para una carga de 42,5 kg y una velocidad de 29 km/h. Si la carga total de la bicicleta (bicicleta + ciclista + carga) es de 85 kg, obtienes el doble o 43,4 vatios.

En comparación, el neumático de carretera más razonable hoy en día es probablemente el Continental Grand Prix 5000 de 32 mm de ancho: https://www.bicyclerollingresistance.com/specials/grand-prix-5000-comparison

A 100 psi, pierde 9,7 vatios cuando se usa con tubos de butilo. Si cree que 100 psi es demasiado para 32 mm, puede elegir el ancho de 28 mm (10,3 vatios) o reducir la presión del neumático de 32 mm a 80 psi (11,0 vatios).

Entonces, un neumático de carretera usa como máximo 11 vatios por neumático o 22 vatios en total.

Por lo tanto, pierde al menos 21,4 vatios cuando usa neumáticos de grava.

¿Es esto mucho? Un simulador rápido (teniendo en cuenta la conducción cuesta arriba, a nivel del suelo y cuesta abajo en proporciones aproximadamente correctas y simulando la resistencia cuesta arriba, la resistencia a la rodadura y la resistencia del aire) que escribí en Matlab muestra que con la resistencia a la rodadura adicional de 21,4 vatios, su velocidad promedio se reduce de 22,4 km/h a 21,1 km/h. El simulador asume que el ciclista produce 90 vatios en terreno nivelado, 180 vatios en subidas y 0 vatios en bajadas.

Yo diría que esto es mucho. Por ejemplo, en una distancia de 10000 km, pierdes 27,5 horas cuando usas neumáticos de grava.

Si supone que un par de neumáticos de carretera cuesta 80 EUR y dura 10 000 km, debe pagar solo 2,9 EUR por hora ahorrada.

Y si usa ruedas de acero sólido en las vías del tren, perderá casi cero. Esas pruebas se realizan asumiendo una superficie perfectamente lisa, tal vez un velódromo de pino. Los caminos reales no son así.
@VladimirF Bicyclerollingresistance es muy consciente de ello. Sin embargo, todavía tenemos la resistencia a la rodadura pura como pérdidas subyacentes. Juhist ya intentó comparar neumáticos anchos. Teniendo en cuenta las pérdidas de suspensión, en la forma en que las define Jan Heyne, el neumático de grava mucho menos flexible tendrá aún más pérdidas.
@gschenk No creo que tu implicación final sea tan simple. Jan Heine cita esto: "A medida que aumenta el ancho de la llanta, la presión de la llanta disminuye. Por lo tanto, una llanta más ancha funciona mejor en términos de rendimiento de rodadura". y dice "Se entiende que para ofrecer un buen rendimiento, las llantas más anchas deben ser flexibles , de lo contrario, se pierde demasiada energía al flexionar la cubierta de la llanta, ya que se deforma con cada revolución de la rueda". Por supuesto, un neumático de grava será más lento. GCN calculó que una bicicleta gravel será más lenta incluso en la París-Roubaix. Pero no creo que sea tan sencillo, más flexible no es más pérdidas.
@VladimirF de hecho. Si el cálculo fuera simple, no habríamos debatido ferozmente sobre el ancho de los neumáticos durante una década. Es bueno tener medidas de resistencia a la rodadura en una superficie plana y lisa (el tambor tiene algunas partes en relieve). Esta parte de la fricción siempre juega un rol en superficies compactas. Las mediciones también permiten comparar compuestos. No son el cuadro completo, que es demasiado complejo y variopinto para responder, pero aun así constituye una parte sustancial: si la presión y el ancho son iguales, el neumático con un compuesto más rápido y una carcasa flexible será más rápido.
¿Cuál sería la diferencia relativa para un ciclista con mayor masa y potencia? (similar W/kg). Digamos un crucero de 160W.
@VladimirF técnicamente, la superficie utilizada para las pruebas es una placa de patrón de diamante en bruto que pretende simular una superficie de asfalto. El comentario sobre la flexibilidad se refiere al hecho de que los neumáticos anchos solían venir con bandas de rodadura gruesas y cubiertas de baja densidad, dos cosas que no los hacían flexibles. Este ya no es el caso para todos los neumáticos.

Entiendo que alrededor del 20% de la energía al andar en bicicleta se pierde por la deformación de los [neumáticos]

No en realidad no. La resistencia a la rodadura aumentará linealmente con la velocidad mientras que la resistencia aumenta con el cubo de la velocidad, por lo que la resistencia a la rodadura no es un porcentaje fijo de la potencia total perdida. A mayor velocidad, la resistencia dominará por completo.

use llantas planas (sin dibujo de la banda de rodadura) ya que estas llantas tendrán más área de contacto con el suelo y, por lo tanto, necesitarán menos deformación para equilibrar las fuerzas (con F = P / A)

Eso no es completamente cierto. La carcasa del neumático es algo rígida y cada bloque de la banda de rodadura que contacta con el suelo soporta un área mayor que su propia sección transversal por encima de él. Debido a que las fuerzas se concentran a través de los bloques, el área realmente en contacto con la carretera es menor, pero cada bloque ejerce una mayor presión contra la superficie de la carretera.

Sin embargo, hay una pérdida de potencia adicional a través de una mayor flexión del neumático y los bloques de la banda de rodadura, por lo que hay una pérdida de potencia adicional en comparación con un neumático liso.

Un factor que no creo que hayas tenido en cuenta es que los neumáticos de grava suelen ser más anchos que los neumáticos de carretera y funcionan a una presión más baja, lo que conduce a una mayor resistencia a la rodadura.

No puedo señalar una investigación formal, pero el canal de YouTube de Global Cycling Network tiene algunas pruebas.

Corrían con un potenciómetro, sobre rodillos:

  1. 28 mm GP 5000, 90 PSI, 45 km/h 299 W
  2. GP 5000 de 28 mm, 70 PSI, 45 km/h 327 W
  3. 40 mm Terra Velocidad 70 PSI 45 KPH 449 W
  4. 40 mm Terra Velocidad 40 PSI 45 KPH 516W

Los deltas fueron significativos.

¿Podría agregar un breve resumen de los resultados de la prueba del video vinculado?
Dos correcciones: la resistencia a la rodadura aumenta linealmente con la velocidad. En segundo lugar: los buenos neumáticos de carretera tienen pérdidas de ~10 W a 30 km/h y 40 kg de carga. Para circular a 30 km/h normalmente se necesita una potencia total de 150 W, lo que supondría un 13 % de pérdidas en los neumáticos. No muy lejos del 20% de OP. Los neumáticos de carretera más baratos pueden tener fácilmente el doble de resistencia.
Para ser precisos: la fuerza de resistencia a la rodadura es constante, la potencia de resistencia a la rodadura es lineal. Asimismo, la fuerza de arrastre es cuadrática y la potencia de arrastre es cúbica. Entonces, o dices que la resistencia a la rodadura es constante y la resistencia es cuadrática, o dices que la resistencia a la rodadura es lineal y la resistencia es cúbica. Simplemente no mezcle estas declaraciones.
Otra corrección: la respuesta asume que vas solo. En una carrera de ruta real, pasarás al menos algún tiempo dentro del pelotón o en la línea de paso, donde la resistencia del aire es significativamente menor, lo que aumenta la proporción de resistencia a la rodadura.
La distribución del peso entre los dos neumáticos no es igual. El neumático trasero soporta más peso y, por lo tanto, representa la mayor parte de la resistencia a la rodadura.
GCN también hizo una prueba en la carretera (es decir, no con rodillos perfectamente lisos) y llegó a conclusiones muy diferentes . Otros dos puntos de datos de ciclistas también de GCN.
El video de YouTube es agradable, pero la gran diferencia en vatios se vio afectada por dos cosas: los rodillos no son de carretera plana, por lo que la deformación de los neumáticos es mucho mayor. Ponen neumáticos de carretera con el RR más bajo contra neumáticos de grava bastante ásperos. Algunos neumáticos de grava son completamente lisos en el medio.
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