Esclavos de una bici estática

Manoj Bhargava junto a la Free Electric que está financiando.

Me asombra la incultura científica de la que hacen gala personas con estudios de todo tipo y sin ellos. Existe un desconocimiento tremendo de las leyes elementales de la física básicas que al fin y al cabo gobiernan nuestras vidas, como que una máquina no da más de lo que se le mete o que todo sistema tiene pérdidas. A esta incultura, se suele sumar una actitud acrítica a la hora de analizar la información que se recibe. Esto segundo quizá sea debido a un mecanismo de pensamiento ilusorio como el que comentamos en la entrada Yocontrolismo – Alertaciclista. ¡La ciencia también es cultura, señores!

Ante anuncios como la batería de Tesla, que promete electrificar el mundo y salvarnos de la catástrofe, los planteamientos suelen ser:

  • Seguro que funciona. Es decir, no se desea creer que pueda ser una tecnología inmadura o incluso que sea una tecnología que funciona pero que será incapaz de proveer una alternativa a nuestro inconmensurable consumo de combustibles fósiles.
  • Si no está en el mercado ya es porque [inserte aquí su villano en la sombra favorito, por ejemplo, las multinacionales del petróleo] están bloqueando su salida al mercado.
  • Hay una tercera opción, minoritaria, donde están los que analizan el sistema desde el punto de vista tecnológico y físico e intentan comentar con un poco de conocimiento de causa e intentan.

Entre las personas que deseamos un cambio del sistema económico y de consumo, ya sea por razones medioambientales o sociales, hay bastantes que realizan auténticos actos de fe para ver posibilidades en inventos y anuncios que a mi modo de ver no llevan a nada. Lo que hay que plantearse ante toda invención es: ¿viola las leyes de la física? En caso de no hacerlo, ¿en cómputo global cuanto ahorra? ¿Compensa ese ahorro marginal el aumento en la complejidad de la tecnología, la dependencia de terceros para el mantenimiento y el gasto energético y de materiales para producir esa tecnología? Además, ¿tiene esa nueva tecnología impactos sociales en el otro lado del mundo?

Fuck capitalism.
Fuck capitalism.

Dicho de otra manera, si para mejorar la eficiencia de un coche un 2% hay que hacer un sistema híbrido eléctrico que requiere baterías y materiales escasos que se extraen en condiciones inhumanas en la otra parte del mundo deberíamos decir “no lo quiero, gracias”. ¿No sería mejor dejar de usar el coche en 2 de cada 100 ocasiones para conseguir el mismo ahorro? Ya me estoy yendo por las ramas, pero lo que cabe plantearse también es: ¿una nueva tecnología de “ahorro” no podría estar incitando a mantener los niveles de consumo o incluso a aumentarlos? ¿No nos está creando una dependencia? Mucha gente se cachondea de los Amish por su estilo de vida, pero son infinitamente más reflexivos sobre las implicaciones que tiene la tecnología en su sociedad. Estoy muy a favor de la eficiencia, pero estoy más a favor de reducir el consumo. El coche más eficiente es el que no se conduce. O digo más, es el que nunca se ha fabricado.

Dicho lo anterior, paso a hablar de la Free Electric, una bicicleta estática generadora de energía eléctrica que según el multimillonario que la financia (Manoj Bhargava): puede proporcionar 24 horas de energía a un hogar con sólo una hora de pedaleo. Como vemos, no es más que una bicicleta estática con un gran volante de inercia conectado a un generador eléctrico y a una batería. Ni nuevo ni revolucionario. Vamos a analizarlo.

Manoj Bhargava junto a la Free Electric que está financiando.
Manoj Bhargava junto a la Free Electric.

El ser humano es capaz de aportar una potencia bastante limitada. La potencia que genera una persona media pedaleando durante periodos largos de tiempo varía en un rango entre 100-300W. Los ciclistas profesionales mantienen una potencia de unos 400W durante una etapa y el ser humano puede alcanzar picos de potencia, en tiempos muy cortos, de hasta 700W (sprint en bicicleta, competición de remo, halterofilia, conductor habitual subiendo un tramo de escaleras…) Fuente Polar. Esos valores evidencian que como animales de carga somos una castaña. Quizá pueda estar relacionado con que hasta hace apenas 150 años el ser humano haya necesitado de la fuerza animal para trabajar los campos o para transportar mercancías y personas.

Ahora tengamos en cuenta que el horno de la casa se chupa 2000W o más, el microondas 750W, la tostadora 1200W, la nevera 100W y se pasa encendida todo el día, el portátil 90W y la televisión para ver el fúngol y gran hermano 100W. Fuente electrocalculator. Esto quiere decir que una persona pedaleando una hora genera la energía suficiente para ver la televisión una hora y nada más. No obstante, volvamos al eslogan: una hora de pedaleo basta para alimentar de electricidad a un hogar rural medio, incluyendo las luces generales, un pequeño ventilador y la carga de un dispositivo móvil. Imagino que el ventilador es para disipar el calor que genera la persona pedaleando.

¿Pero de qué tipo de hogar estamos hablando? Evidentemente, estamos hablando de los hogares de la gente muy pobre.

Hoy en día, la energía eléctrica es un derecho básico, como lo son el alimento y la vivienda. Las personas pobres lo último que necesitan es ser encadenadas a una bicicleta estática para generar su propia electricidad con un ingenio que además se llama Free Electric, tócate la ironía. Las personas pobres necesitan que la red eléctrica llegue a sus viviendas y, en caso de que esto no sea posible, necesitan medios para generar su propia electricidad sin convertirse en esclavos de sí mismos dado que ya son esclavos del sistema capitalista.

Pensaréis que soy un cínico y que prefiero que los desheredados del mundo malvivan sin acceso a la energía a que la generen a pedales. Va a ser que no. ¿Existe entonces alguna manera entonces para poder generar energía eléctrica sin ser esclavo de la bicicleta estática? Va a ser que sí: placas solares, energía mini hidráulica, energía mini eólica

Kit de placa solar para uso diario todo el año.
Kit de placa solar para uso diario todo el año.

Unas placas solares trabajarían bastantes más horas al día para generar energía eléctrica para los más desafortunados y les liberarían del trabajo que podrían dedicar a otros menesteres: estudiar, trabajar para sí mismos, cultivar alimentos, criar animales, relacionarse, cuidar de las personas dependientes o ser explotados por la subcontrata de la subcontrata de la industria occidental, por ejemplo, cosiendo prendas para agrandar el imperio de Amancio Ortega y que los economistas capitalistas del mundo entero puedan hacerse pajas pensando en él. Again, fuck the capitalism!

Fuck capitalism.
¡Fuck capitalism, hermanos!

Que las placas solares pueden ofrecernos energía barata y darnos independencia es tan evidente como que el oligopolio eléctrico ha presionado a todos los gobiernos (PPSOE) para que les hiciera leyes a medida a cambio de un cómodo retiro en sus consejos de administración para la casta política, profesionales parásitos de lo público. Último ejemplo de ello es el impuesto al sol, firmado por el infame ex ministro Soria, ese que ha dimitido por equivocarse en sus mentiras para ocultar que tenía la pasta en un paraíso fiscal. Papeles de Panamá, cof cof.

Puertas giratorias y sueldos de seis cifras.
Puertas giratorias y sueldos de seis cifras.

Uno de los equipos más humildes para generar energía solar fotovoltaica que podemos encontrar en el mercado tiene las siguientes características: Potencia: 140W. Dimensiones: 1480 x 670 x 35 mm. Peso: 10,50 Kg. Garantía contra defectos de fabricación: 4 años.

En abril en Nueva Delhi (India, punto al norte del país) amanece a las 5:48 y anochece a las 18:51. Casi 13h de sol. Y en enero – diciembre disfrutan de 10h 20min de sol. Haced cuentas teniendo en mente que la placa solar puede producir más potencia y trabajar más horas que un cansado humano.

¡Regalemos placas solares a los pobres! ¡Que pedalee el ricachón filántropo!

Para terminar, me gustaría hacer una reflexión sobre las formas de energía y sus usos. En la Free Electric pedaleamos para convertir energía mecánica en energía eléctrica mientras que una placa solar genera energía eléctrica directamente. Si nuestro objetivo es bombear agua de un pozo o moler grano, ¿tiene sentido generar energía eléctrica dando pedales para accionar un motor eléctrico? ¿No tiene más sentido aprovechar directamente la energía mecánica, sin pérdidas ni sistemas más complejos de mantener y con riesgo eléctrico?

Tampoco tiene sentido quemar combustibles en las plantas de generación para producir electricidad y luego usar la energía en una estufa eléctrica. Siempre es mejor quemar directamente el combustible para calentarnos. Hay que plantearse que forma de energía es más adecuada para cada uso.  Podría ser que generar electricidad dando pedales no sea lo más inteligente ni ecológico si el fin que se persigue es obtener energía mecánica.

Existen proyectos para proveer energía mecánica a través de una bicicleta, lo cual es muy eficiente, para usos como: bombear agua, moler grano, triturar alimentos, lavar ropa, tornear, etc… Ejemplo de ello son las bici-máquinas del proyecto Común Tierra.

También hay que tener en cuenta que las baterías necesarias en estos sistemas hay que fabricarlas y eso consume mucha energía. ¿La batería almacenará al final de su vida útil más o menos energía de la que costó fabricarla y transportarla?

Conviene tener siempre una mirada amplia y también tener una actitud crítica ante las informaciones que recibimos. Las desigualdades sociales, en forma de pobreza energética, malnutrición o no tener vivienda, tienen origen en un sistema generador de desigualdades llamado capitalismo y no se resuelven con una bicicleta estática que esclaviza a los pobres para mantener encendidas unas luces led.

Ciclosfera publicó un reportaje sobre la Free Electric cayendo, como otros, en el error de no analizar críticamente el ingenio. Un lector, Luis Salazar, de la tienda vallisoletana Bicis, escribió un artículo réplica sobre dicho reportaje que os recomiendo: http://www.ciclosfera.com/la-bici-como-ilusion-de-la-tecnologia-y-la-filantropia/

Ni es nuevo, ni sacará de la pobreza a nadie, ni tiene una motivación altruista.

Enhorabuena si has llegado hasta aquí.

Introducción teórica a las velocidades de la bicicleta

Transmisión retrodirect

Las velocidades (o marchas) de una bicicleta nos sirven para ajustar la velocidad y el par de la rueda trasera a las condiciones del terreno. En mecánica, llamamos variador de velocidad a un dispositivo o conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad giratoria de una máquina. En la bicicleta, se utilizan distintos tipos de cambios para variar la velocidad y el par a la rueda trasera: cambios externos (el desviador y cambio de toda la vida), cambios internos de buje y cambios internos. En el artículo “la transmisión en la bicicleta” os hablamos en detalle de ellos.

A quienes no estéis familiarizados con el concepto de par motor, pensad que es la causa de que un cuerpo gire.  Una fuerza hace trasladarse a un cuerpo y un par hace que gire. Podemos establecer una analogía entre fuerza y par, según un cuerpo se traslade o gire.

Par sólido rígido
El par hace girar a un sólido rígido.

En un movimiento circular, la potencia (P) es igual al par (T) por la velocidad (v):

P=T·v (1)

La potencia disponible en la bicicleta viene dada por el ciclista y para adaptarnos a las condiciones del terreno necesitamos las marchas para ajustar el par y la velocidad que aplicamos a la rueda motriz. Los humanos somos algo flojuchos. Por ejemplo, los ciclistas profesionales mantienen entre 300W-400W durante una prueba y alcanzan máximos de 700W en un sprint. Nuestro microondas es más potente que nosotros. Aunque nosotros podríamos lanzarlo por la ventana. ¡Venganza! Ciclista profesional vs tostadora – Youtube.

Un microondas tiene más potencia que un ciclista profesional.
Un microondas tiene más potencia que un ciclista profesional.

Como nuestra potencia es algo limitada, para aplicar mucho par tenemos que penalizar la velocidad y viceversa. Así es como podemos interpretar la fórmula P=T·v. Dada una potencia (P), la nuestra, hay que jugar con el par (T) y la velocidad (v).

Esto explica por qué escogemos marchas cortas en subidas y marchas largas en llano o bajada. En una subida necesitamos un par alto para avanzar y vencer la fuerza de la gravedad que tira de nosotros hacia abajo. En llano ponemos marchas largas que nos permiten mantener velocidades de crucero altas con poco par. Lo que más cuesta en la bicicleta son las subidas y las aceleraciones para ganar velocidad. En llano, una vez alcanzada la velocidad de crucero, se necesita poca potencia para mantener el ritmo. Este es el motivo por el que da tanta rabia parar en los semáforos.

Ciclista saltándose semáforo en rojo: así empezó la III GM.
Ciclista saltándose semáforo en rojo: así empezó la III GM.

A estas alturas, ¿nadie se pregunta cómo aumentar la potencia? Bueno, quien quiera más potencia (P), ha de ponerse a entrenar ya o comprar una bicicleta eléctrica. Porque las marchas de la bicicleta no hacen magia, más bien al contrario, respetan las leyes de la física y no dan más de lo que metemos (y quizá sí menos).

Dicho lo cual, ¿cómo ajustamos el par y la velocidad en una bicicleta? En una bicicleta se utilizan componentes mecánicos con engranajes o ruedas dentadas conectados con cadenas, correas o ejes para transmitir la potencia y variar la velocidad.

Engranajes conectados por cadena.
Engranajes conectados por cadena.

He optado por daros las fórmulas finales para interpretarlas con la intención de asimilar los conceptos en lugar de plantear el desarrollo matemático. Quienes queráis profundizar seguid este enlace: relación de transmisión – Wikipedia.

Relación de transmisión entre dos engranajes
Si tenemos dos engranajes con un número de dientes z1 y z2 conectados por una cadena o correa dentada, la relación de transmisión vendrá definida por el cociente entre el número de dientes.

i=Z1/Z2=v2/v1

La relación de transmisión, i, es el número de vueltas que da la rueda motriz cuando los pedales completan un giro. También es el cociente entre la velocidad del engranaje conducido y el engranaje motriz. Así, podemos escribir la velocidad el engranaje conducido como el producto de la relación de transmisión por la velocidad del engranaje motriz.

v2=Z1/Z2·v1=i·v1

Ahora vamos a trasladar esto a un caso práctico y vamos a interpretar los resultados. Pongamos que el plato (engranaje conductor) tiene 44 dientes (z1=44) y el piñón (engranaje conducido) tiene 11 dientes (z2=11). La relación de transmisión valdrá:

i=44/11=4

Significa que por cada vuelta de los pedales el piñón da 4 vueltas. Significa también que la velocidad de giro del piñón es 4 veces la velocidad de giro del plato. v2=4·v1

El concepto de relación de transmisión es la relación de velocidades entre dos componentes que giran y están conectados. En ingeniería, se utilizan distintos mecanismos para variar la velocidad y, por lo tanto, el valor de la relación de transmisión se calcula de distintas maneras. Cuando se trate de engranajes, la relación se calcula dividiendo el número de dientes. Pero si son ruedas conectadas por una correa plana, se calculará dividiendo el diámetro de las ruedas. Y si se trata de otros sistemas, como los engranajes planetarios que hay en el interior de los cambios internos de buje, se utiliza una expresión algo más complicada, aunque los fabricantes aportan estos valores.

Engranaje planetario o epicicloidal.
Engranaje planetario o epicicloidal.

Calcular la relación de transmisión total de una bicicleta con cambio interno de buje es fácil. En ese caso tenemos una relación de transmisión entre plato y piñón, i1, y a continuación la relación de transmisión entre piñón y rueda a través del cambio interno de buje, i2. La relación de transmisión total será el producto de ambas: i=i1·i2

Os pongo como ejemplo una bicicleta de paseo con cambio interno Shimano Nexus 3, plato de 42 dientes y piñón de 21 dientes. i1=42/21=1’81. En el Shimano Nexus 3: i2=0’73 para la 1ª velocidad, i2=1 para la 2ª velocidad; i2=1,36 para la 3ª velocidad. La tabla recoge estos resultados.

Relaciones de transmisión y desarrollos Nexus 3.
Relaciones de transmisión y desarrollos Nexus 3.

Conocer la relación de transmisión de las marchas de la bicicleta es útil, pero lo es todavía más conocer el desarrollo.

El desarrollo (de una marcha) es la longitud que avanza la bicicleta por cada vuelta de pedales. Se calcula como el producto de la relación de transmisión por la longitud de la rueda.

D=i·L

Calcular el valor del desarrollo de una marcha es útil para comparar entre desarrollos de bicicletas de distinto tamaño de rueda. En el artículo “Práctica: relación de transmisión y desarrollos” analizamos tres casos prácticos si os interesa ver más ejemplos. Si quisiéramos calcular si el desarrollo de una bicicleta plegable que estamos mirando para comprar es similar al de una bicicleta que conocemos. Por ejemplo:

  • El desarrollo de una bicicleta con plato de 42 dientes, piñón de 14 dientes y rueda de 26’’ es:
    D = 42/14·2070 = 6211 mm = 6’2 m
  • El desarrollo de una plegable, por ejemplo la Dahon Mu Uno, con plato de 52 dientes, piñón de 18 dientes y rueda de 20” es:
    D = 52/18·1596 = 4610 mm = 4’6 m

Hay muchas maneras de calcular la longitud de la rueda.

  • Abordaje experimental: marcamos con tiza el suelo y la rueda en el punto en que están en contacto. Arrastramos la bicicleta hasta que la rueda dé una vuelta y volvemos a marcar el suelo. Medimos. Esa es la longitud de la rueda.
  • Abordaje teórico: a través del código de la rueda obtenemos el diámetro de la rueda y con la fórmula de la longitud de una circunferencia la calculamos. L=Pi·d
  • Abordaje no me fio de mis capacidades: internet aka google it. Hay artículos o hay fabricantes de cuentakilómetros que en sus manuales os dan una tabla de medidas.
Medidas ETRTO.
Medidas ETRTO.

A continuación podéis ver una tabla que recoge las relaciones de transmisión de las velocidades de una bicicleta de montaña de 3×9. Se ha calculado dividiendo el número de dientes de cada plato por el número de dientes de cada piñón.

Relaciones de transmisión grupo de montaña de 3x9.
Relaciones de transmisión grupo de montaña de 3×9.

Nótese como se produce un solapamiento (remarcado en mismo color), es decir, hay combinaciones de platos y piñones que dan velocidades muy parecidas o iguales. Aunque en la teoría la bicicleta de 3×9 tenga 27 velocidades, en la práctica las velocidades útiles son muchas menos debido a repeticiones y a combinaciones imposibles (por ejemplo, plato y piñón pequeños o plato y piñón grandes).

El solapamiento es el motivo por el cual en bicicletas de montaña de alta gama se están introduciendo grupos con dos platos (2×10 y 2×11) con menor solapamiento o incluso con un solo plato (1×10 o 1×11) sin ningún solapamiento y en todos los casos con ahorro de peso.

Grupo 1x11 Shimano XTR.
Grupo 1×11 Shimano XTR.

En la siguiente tabla se muestran los desarrollos de las velocidades de la misma bicicleta de montaña de 3×9.

Desarrollos grupo de montaña 3x9.
Desarrollos grupo de montaña 3×9.

En la siguiente imagen es interesante apreciar cómo el cambio interno Rohloff de 14 marchas compite sin ningún tipo de complejos con un cambio de montaña 3×9, gracias a que no hay solapamiento entre sus velocidades.

Comparativa desarrollos cambios bicicleta NuVinci.
Comparativa desarrollos cambios bicicleta NuVinci.

RESUMEN
La relación de transmisión, i, es el número de vueltas que da la rueda motriz cuando los pedales completan un giro. En un cambio interno el fabricante nos dirá estos valores.

i=Z1/Z2

Si existen distintos mecanismos en serie que cambian la relación de transmisión, la relación total es el producto de todos ellos. En el caso de una bicicleta con cambio interno: i=i1·i2

El desarrollo (de una marcha) es la longitud que avanza la bicicleta por cada vuelta de pedales. Se calcula como el producto de la relación de transmisión por la longitud de la rueda. El desarrollo nos permite comparar entre bicicletas con distinto tamaño de rueda.

D=i·L= Z1/Z2·L

En el artículo “Componentes de la transmisión” explico muy visualmente las variadas opciones que hay en el mercado para la transmisión de la bicicleta: cambios externos, cambios internos, cambios de buje, cadenas, correas, ejes…

Si quieres ver más ejemplos de cálculos de relaciones de transmisión y desarrollos revisa el artículo “Práctica: relación de transmisión y desarrollos“.