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Escrito por
Kyle Russ, Ingeniero jefe de biomecánica
Wendy Ochs, Ingeniera de biomecánica sénior
Paul Harder, Ingenierio jefe de I+D

Domane: la evolución del carbono Del IsoSpeed a Gen 5

La emblemática gama Trek Domane ha ido evolucionando con cada generación, pero su esencia se mantiene inalterable: La Domane es una bicicleta de carretera cómoda, fiable y eficiente, diseñada para recorrer largas distancias a gran velocidad y disfrutar de la experiencia sobre el sillín.

La Domane de primera generación se diseñó pensando en neumáticos de 700x25c y frenos de llanta que hacían presión sobre perfiles de llanta estrechos. Además de la potencia de frenado, esos neumáticos tan estrechos debían inflarse a una presión muy alta, por lo que los ingenieros y diseñadores de Trek de aquella época desarrollaron una tecnología revolucionaria de absorción vertical para mejorar la amortiguación. Lo denominaron «IsoSpeed Decoupler», o simplemente «IsoSpeed». El IsoSpeed ofrece una transición flexible entre el tubo del sillín y el tubo horizontal, lo cual permite que el tubo del sillín se flexione mucho más que en un cuadro tradicional de la época, lo cual hace que la bicicleta sea más suave y cómoda.

La tecnología resultó tan eficiente que la Domane ayudó a ciclistas como Fabian Cancellara, Lizzie Deignan y Elisa Longo Borghini a subir al escalón más alto del podio en la mítica prueba de la París-Roubaix, famosa por sus carreteras tan exigentes.

Para Trek, recopilar los resultados de las competiciones a lo largo de los años es un honor, pero la tecnología de las bicicletas ha cambiado mucho desde 2012. Los frenos de disco hidráulicos han sustituido a los frenos de llanta, lo cual permite disponer de más espacio para montar neumáticos más anchos. Por lo tanto, el volumen de los neumáticos ha ido aumentando progresivamente a medida que los ciclistas buscaban recorridos por carretera más suaves y con mejores prestaciones. Esta revolución en el ámbito de los neumáticos ha permitido fabricar bicicletas mucho más ligeras, menos complejas, con una flexibilidad similar y una mayor rigidez al pedalear. Descubre la Domane de 5.ª generación

Figura 1: Kyle Russ y Paul Harder transfieren herramientas entre las bicicletas de prueba en el Laboratorio de Investigación de Rendimiento de Trek.

La Domane Gen 5 hasta el último detalle

El equipo de diseño de la Domane Gen 5 se marcó tres objetivos: limitar la intensidad de las vibraciones¹ que se transmiten al ciclista, mejorar la rigidez al pedalear y reducir el peso de la bicicleta. La potencia vibratoria es un parámetro que utiliza el equipo Trek Performance Research para calcular la energía que se transmite al ciclista al circular por terrenos muy exigentes. ¿Cómo es posible, entonces, que una bicicleta que renuncia a la tecnología IsoSpeed siga ofreciendo un pedaleo cómodo y, al mismo tiempo, una mayor rigidez al pedalear? La respuesta se reduce a tres componentes: la tija del sillín, el cuadro y los neumáticos.

La geometría de la tija de sillín y la disposición de las capas de fibra de carbono se han optimizado para ofrecer flexibilidad vertical y rigidez lateral. La tija tiene una sección transversal interna ovalada que le permite flexionarse en caso de impactos fuertes, al tiempo que mantiene la rigidez lateral cuando se ejerce presión sobre el sillín al manejar la bicicleta.

Figura 2: La tija de sillín de la Domane Gen 5 ofrece una conducción suave durante las pruebas de absorción vertical realizadas en nuestra cinta.

En cuanto al cuadro, la estructura ha sido optimizada tanto para la absorción vertical como para la rigidez al pedalear. La bicicleta nueva ha mejorado un 6 % en la prueba de rigidez de la revista Tour Magazine², lo cual sitúa a la Domane Gen 5 en el «punto óptimo», justo entre la Domane Gen 4 y la Madone Gen 8: no es tan rígida en el eje del pedalier como la bicicleta de competición definitiva, pero ofrece una transferencia de potencia a los pedales notablemente mejorada en comparación con la plataforma Domane anterior.

Figura 3: Aplicando potencia a la Domane de 5.ª generación.

Por qué las pruebas de absorción vertical solo son una parte de la historia

Históricamente, los cuadros se han colocado en dispositivos de laboratorio de ensayo con pesos colgados de la tija del sillín para calcular la deflexión total del cuadro y la tija del sillín. Se trata de una práctica habitual, pero no llega a incluir la rueda y el neumático en el sistema. La prueba también utiliza una carga estática, en lugar de una carga dinámica realista. Por lo tanto, calcular la absorción vertical del sistema es complicado, sobre todo cuando se tiene en cuenta la dinámica del pedaleo en terrenos irregulares, pero ahí es donde entra en juego el Laboratorio de Investigación de Rendimiento de Trek. El Laboratorio de Investigación del Rendimiento de Trek se creó para estudiar la interacción entre el ciclista y la bicicleta en un entorno de pedaleo dinámico.

El laboratorio está equipado con una cinta Woodway a medida, con superficie de listones, que permite a los ingenieros de Trek acoplar cualquier tipo de superficie. Esta capacidad permite a Trek analizar en profundidad los detalles de la dinámica de la bicicleta y, para ello, combinamos la cinta de correr con una amplia gama de herramientas de recopilación de datos. Desde la captura de movimiento en 3D hasta los tensiómetros y acelerómetros instalados en la bicicleta, nos gusta decir que en el laboratorio «calculamos todo, desde los baches hasta el cuerpo». Gracias a estas prestaciones, el equipo de diseño de la Domane fue capaz de garantizar que la Domane de nueva generación alcanzara sus objetivos de rendimiento.

Cálculo de la potencia vibratoria

El equipo de Investigación de Rendimiento de Trek colabora internamente con cada equipo de desarrollo de productos para resolver cuestiones relacionadas con el confort, la eficiencia y el control. Teniendo en cuenta que el confort es una impresión o sensación subjetiva, nuestro objetivo es respaldar con datos los factores que permiten que una bicicleta resulte cómoda, de modo que podamos comparar los prototipos con las bicicletas Trek ya existentes, así como con las de la competencia.

Desde el punto de vista de la recopilación de datos, nuestra definición de confort es sencilla en principio: reducir la cantidad de potencia vibratoria que se transmite al ciclista para una velocidad, un terreno y una bicicleta determinados³. Aunque en principio son sencillos, los métodos para capturar la potencia vibratoria son bastante sofisticados.

Figura 4: Paul Harder y Wendy Ochs preparando la bicicleta y al ciclista para otra prueba.

Las Domane de 4.ª y 5.ª generación fueron equipadas con un sillín y un manillar con sensores de fuerza. Al calcular la presión en los puntos de contacto e integrar la velocidad obtenida de los acelerómetros situados en esos mismos puntos, podemos calcular la potencia transmitida al ciclista a través de cada punto de contacto. Mediante este método, hemos comparado directamente las bicicletas de 4.ª y 5.ª generación sobre una superficie irregular, con velocidades que oscila entre los 11 y 32 km/h y varias presiones.

Las presiones recomendadas para los neumáticos de 32 mm y 35 mm se han calculado utilizando la calculadora de presión de Wolf Tooth, que tiene en cuenta las condiciones de la superficie, el peso de la bicicleta y el ciclista, el tamaño del neumático y su estructura. El barrido de presión se configuró ajustando la presión recomendada con una variación de ±20 %. Para comparar con el neumático de 700x25c, hemos utilizado una recomendación de presión para neumáticos con cámara basada en datos históricos.



Figura 5: Potencia vibratoria para un peso combinado de ciclista y bicicleta de 90 kg sobre una superficie irregular en la cinta.

El gráfico anterior muestra que el IsoSpeed jugaba un papel fundamental en la época de los neumáticos tubulares de 25 mm con mucha presión. Incluso con el IsoSpeed, la transmisión de potencia vibratoria con neumáticos de 25 mm es un 19% mayor que en la Gen 5 sin IsoSpeed. Al pasar de un neumático de 32 mm a uno de 35 mm, la superficie interna del neumático aumenta en aproximadamente un 10%. If pressure is kept the same, the total outward force acting on the tire casing therefore increases by 10%. Teniendo esto en cuenta, para mantener constante la presión externa sobre la carcasa del neumático tanto en los neumáticos de 32 mm como en los de 35 mm, debemos reducir la presión en un 10%.

De este modo, la Domane de 5.ª generación se sitúa a menos del 5% de la potencia vibratoria de la bicicleta de 4.ª generación con IsoSpeed. No está mal para una bicicleta que pesa 292 g menos y que, además, no requiere el mantenimiento del sistema IsoSpeed. Evidentemente, la Domane no solo se sometió a pruebas en el laboratorio. En el momento de redactar este informe, las bicicletas de 5.ª generación en fase de preproducción habían acumulado más de 400 horas y unos 9600 km de pruebas de conducción realizadas por nuestros probadores.

Cómo calcular el movimiento del ciclista y la bicicleta


Para estudiar cómo responde una bicicleta a un terreno irregular que genera una fuerza, una aceleración y, por lo tanto, una potencia vibratoria elevadas o reducidas, utilizamos la captura de movimiento tridimensional, o «mocap». Capturamos el movimiento del ciclista y de la bicicleta utilizando 12 cámaras infrarrojas tridimensionales OptiTrack PrimeX 22 para ver cómo respondían las Domane de 4.ª y 5.ª generación en la cinta.

Figura 6: Wendy Ochs capturando el movimiento tridimensional.

Las bicicletas se equiparon con marcadores reflectantes en cada segmento, lo cual nos permite observar cómo responden las diferentes partes de la bicicleta a las variaciones del terreno en un espacio tridimensional. Desde el punto de vista de la suavidad del chasis (es decir, en qué medida la bicicleta suaviza la marcha), nos fijamos en los marcadores situados alrededor del eje del pedalier. Para comprender lo que siente el ciclista sobre el sillín, analizamos el movimiento de la pelvis y el sillín. En resumen, cuanto más suave sea el recorrido, mayor será el «acoplamiento» entre la pelvis y el sillín. Dicho de otra manera, al circular por terrenos muy exigentes, el sillín puede provocar que el ciclista rebote, lo cual provoca un desacoplamiento entre la pelvis y el sillín. Como alternativa, el ciclista puede levantarse del sillín para amortiguar el recorrido, lo cual supone un gran esfuerzo metabólico.

El gráfico que se muestra a continuación presenta la media del conjunto de vueltas (es decir, el desplazamiento medio por vuelta en la cinta) a 32 km/h para la Domane de 4.ª generación con neumáticos de 32 mm y la Domane de 5.ª generación con neumáticos de 35 mm. Las desviaciones estándar de vuelta a vuelta se muestran mediante las zonas ligeramente sombreadas alrededor de la curva. Las zonas sombreadas situadas debajo de la curva están rellenadas con colores azul y amarillo transparentes, por lo que el verde indica las zonas de solapamiento. Las tendencias observadas se mantuvieron en todas las velocidades, pero aquí nos centraremos en los 32 km/h, ya que es la velocidad en la que se observa el mayor desplazamiento vertical de la bicicleta sobre el terreno Como podemos observar, la diferencia en la «suavidad del chasis», es decir, el desplazamiento vertical del eje del pedalier, es de 0,08 mm, mientras que el desplazamiento entre el sillín y el sacro, o «acoplamiento», solo varía en 0,11 mm. En otras palabras, la diferencia entre la respuesta de la bicicleta de quinta generación y la de cuarta generación es imperceptible.



Figura 7: Media del conjunto de datos de captura de movimiento en 3D de los desplazamientos del eje de pedalier y del sillín al sacro

Conclusión


La Domane Gen 5 es una bicicleta de carretera de carbono más ligera y sencilla que ofrece una conducción suave y eficiente gracias a su geometría y a la disposición de las capas de fibra de carbono de la tija del sillín y el cuadro, así como a los neumáticos de 35 mm*. La Domane Gen 5 también mantiene la misma geometría y ajuste de carretera de resistencia tan apreciados, lo cual proporciona a los ciclistas el confort, la confianza y la eficiencia que ha caracterizado a la Domane desde sus inicios.

*El paso de rueda para neumáticos de 35 mm viene de serie en todos los modelos, excepto en la SLR 9 AXS 1x

Referencias:
1. Drouet J-M, Covill D, Leroux M, Richard S (2022) Sobre los parámetros para evaluar la dinámica de las bicicletas de carretera
Drouet J-M, Covill D, Leroux M, Richard S (2022) Sobre los parámetros para evaluar el confort dinámico de las bicicletas de carretera durante los impactos. Sports Eng 25:1. https://doi.org/10.1007/s12283-021-00366-x
2. Tour Magazine: prueba de rigidez del pedaleo: https://www.tour-magazin.de/en/buying-advice/components/how-tour-tests/how-tour-tests-the-tour-road-bike-test-in-detail/
3. Informe técnico sobre la Trek CheckOUT: https://www.trekbikes.com/us/en_US/checkout-full-suspension-science/