Bicicleta

Antecedentes

Las bicicletas son uno de los medios de transporte más populares del mundo, con unos 800 millones de bicicletas que superan en número a los automóviles por dos a uno. Las bicicletas también son el vehículo de mayor eficiencia energética:un ciclista quema alrededor de 35 calorías por milla (22 calorías por km), mientras que un automóvil quema 1.860 calorías por milla (1.156 calorías por km). Las bicicletas se utilizan no solo para el transporte, sino también para el fitness, la competición y las giras. Vienen en innumerables formas y estilos, que incluyen bicicletas de carreras, bicicletas todo terreno y bicicletas estáticas, así como monociclos, triciclos y tándems.

Historial

Ya en 1490, Leonardo da Vinci había imaginado una máquina notablemente similar a la bicicleta moderna. Desafortunadamente, da Vinci no intentó construir el vehículo, ni se descubrieron sus bocetos hasta la década de 1960. A finales de la década de 1700, un francés llamado Comte de Sivrac inventó el Celerifere, un tosco caballito de madera hecho de dos ruedas y unido por una viga. El jinete se sentaba encima de la viga e impulsaba el artilugio empujando sus pies contra el suelo.

En 1816, el barón alemán Karl von Drais ideó un caballo de pasatiempo orientable y, en pocos años, la equitación se convirtió en un pasatiempo de moda en Europa. Los pasajeros también descubrieron que podían montar el dispositivo con los pies fuera del suelo sin perder el equilibrio. Y así, en 1840, un herrero escocés llamado Kirkpatrick Macmillan fabricó un dispositivo de dos ruedas que funcionaba con un pedal. Dos años después, viajó hasta 40 millas (64 km) de un tramo durante un viaje récord de 140 millas (225 km) de ida y vuelta a Glasgow. Un par de décadas más tarde, un francés, Ernest Michaux, diseñó un caballo de pasatiempo que utilizaba manivelas y pedales giratorios conectados al eje delantero. El Velocipede, hecho con ruedas de madera y plancha chasis y neumáticos, se ganó el apodo del "rompehuesos".

La década de 1860 demostró ser una década importante para las mejoras de las bicicletas con la invención de bujes con cojinetes de bolas, ruedas con radios de metal, neumáticos de caucho macizo y una palanca de cambios de cuatro velocidades accionada por palanca. Alrededor de 1866, James Stanley creó una versión inusual del Velocipede en Inglaterra. Se llamaba Ordinary, o Penny Farthing, y tenía una rueda delantera grande y una rueda trasera pequeña. Los Ordinaries pronto se exportaron a los EE. UU., Donde una empresa también comenzó a fabricarlos. Estas bicicletas pesaban 32 kg (70 libras) y costaban 300 dólares, una suma sustancial en ese momento.

En 1885, otro inglés, John Kemp Starley, creó el Rover Safety, llamado así porque era más seguro que el Ordinary, que tendía a hacer voltear al ciclista sobre la gran rueda delantera en paradas bruscas. El Safety tenía ruedas del mismo tamaño hechas de caucho macizo, una rueda trasera accionada por cadena y un marco en forma de diamante. Otros desarrollos importantes en la década de 1800 incluyeron el uso de neumáticos de John Boyd Dunlop, que tenían cámaras de aire llenas de aire que proporcionaban absorción de impactos. Los frenos de montaña se desarrollaron en 1898 y, poco después, la marcha libre facilitó el ciclismo al permitir que las ruedas siguieran girando sin pedalear.

El marco consta de los triángulos delantero y trasero, el frente realmente forma más de un cuadrilátero de cuatro tubos:el tubos superior, asiento, abajo y cabeza. El triángulo trasero consta de las vainas, las tiras de los asientos y las punteras de las ruedas traseras. Unido al tubo de dirección en la parte delantera del cuadro están la horquilla y el tubo de dirección.

Durante la década de 1890, las bicicletas se hicieron muy populares y los elementos básicos de la bicicleta moderna ya estaban en su lugar. En la primera mitad del siglo XX, las aleaciones de acero más fuertes permitieron un marco de tubería más delgado que hizo que las bicicletas fueran más ligeras y rápidas. También se desarrollaron engranajes de cambio, lo que permite una conducción más suave. Después de la Segunda Guerra Mundial, la popularidad de las bicicletas cayó a medida que florecían los automóviles, pero se recuperó en la década de 1970 durante la crisis del petróleo. Por esa época, las bicicletas de montaña fueron inventadas por dos californianos, Charlie Kelly y Gary Fisher, quienes combinaron los neumáticos anchos de las bicicletas de globo más antiguas con la tecnología liviana de las bicicletas de carreras. En 20 años, las bicicletas de montaña se hicieron más populares que las de carreras. Pronto los híbridos de los dos estilos combinaron las virtudes de cada uno.

Las materias primas

La parte más importante de la bicicleta es el cuadro en forma de diamante, que une los componentes en la configuración geométrica adecuada. El cuadro proporciona resistencia y rigidez a la bicicleta y determina en gran medida el manejo de la bicicleta. El marco consta de triángulos delanteros y traseros, el frente realmente forma más de un cuadrilátero de cuatro tubos:la parte superior, el asiento, la parte inferior y los tubos de dirección. El triángulo trasero consta de las vainas, las tiras de los asientos y las punteras de las ruedas traseras. Unido al tubo de dirección en la parte delantera del cuadro están la horquilla y el tubo de dirección.

Durante gran parte de la historia de la bicicleta, el cuadro se construyó con acero y aleación de acero pesado pero resistente. El material del marco se mejoró continuamente para aumentar la resistencia, la rigidez, la ligereza y la durabilidad. La década de 1970 marcó el comienzo de una nueva generación de aceros aleados más versátiles que podían soldarse mecánicamente, aumentando así la disponibilidad de marcos ligeros y económicos. En la década siguiente, los marcos de aluminio livianos se convirtieron en la opción popular. Sin embargo, los metales más fuertes son el acero y el titanio con una esperanza de vida de décadas, mientras que el aluminio puede fatigarse en un plazo de tres a cinco años.

Los avances tecnológicos de la década de 1990 llevaron al uso de cuadros aún más ligeros y resistentes hechos de compuestos de fibras estructurales como el carbono. Los materiales compuestos, a diferencia de los metales, son anisotrópicos; es decir, son más fuertes a lo largo del eje de las fibras. Por lo tanto, los materiales compuestos se pueden moldear en marcos de una sola pieza, lo que proporciona resistencia donde sea necesario.

Los componentes, como ruedas, desviadores, frenos y cadenas, suelen estar hechos de acero inoxidable. Estos componentes generalmente se fabrican en otro lugar y son comprados por el fabricante de la bicicleta.

El
proceso de fabricación

Los tubos de marco sin costura se construyen a partir de bloques sólidos de acero que se perforan y "extraen" en tubos a través de varias etapas. Estos suelen ser superiores a los tubos con costura, que se fabrican dibujando tiras de acero planas, envolviéndolas en un tubo y soldando a lo largo del tubo. Luego, los tubos sin costura pueden manipularse más para aumentar su resistencia y disminuir su peso empalmando o alterando el grosor de las paredes del tubo. El empalme implica aumentar el grosor de las paredes en las juntas, o extremos del tubo, donde se aplica la mayor tensión, y adelgazar las paredes en el centro del tubo, donde hay relativamente poca tensión. Los tubos a tope también mejoran la elasticidad del marco. Los tubos empalmados pueden tener un solo empalme, con un extremo más grueso; de doble espesor, con ambos extremos más gruesos que el centro; triple conificado, con diferentes espesores en cada extremo; y cuádruple tope, similar a un triple, pero con el centro adelgazándose hacia el medio. Sin embargo, los tubos de espesor constante también son apropiados para ciertas bicicletas.

Los tubos se ensamblan en un marco mediante soldadura fuerte a mano o mediante soldadura a máquina, siendo el primero un proceso más laborioso y, por lo tanto, más caro. Los composites se pueden unir con pegamento fuerte o aglutinantes de plástico. Los componentes se fabrican generalmente a máquina y se pueden unir al bastidor a mano o con una máquina. Los ajustes finales son realizados por expertos constructores de bicicletas.

Montaje del marco

Adaptación de los tubos

• 1 El metal se templa o ablanda por calentamiento y se ahueca para formar "huecos" o "flores". Estos se calientan nuevamente, se decapan en ácido para eliminar las incrustaciones y se lubrican.
• 2 Los huecos se miden, cortan y ingletean con precisión a las dimensiones adecuadas. Los tamaños de cuadro para bicicletas para adultos generalmente van desde 19-25 pulgadas (48-63 cm) desde la parte superior del tubo de la tija del sillín hasta la mitad de la manivela.
• 3 A continuación, los huecos se colocan sobre un mandril, o varilla, unida a un banco de tracción. Para lograr el calibre correcto, los huecos pasan a través de troqueles que los estiran en tubos más delgados y más largos, un proceso llamado estirado en frío.
• 4 Los tubos se pueden moldear y ahusar en una variedad de diseños y longitudes. Es posible que las hojas de la horquilla de calibre cónico tengan que pasar por más de una docena de operaciones para lograr la fuerza, el peso y la resistencia correctos.

Soldadura fuerte, soldadura y pegado

• 5 tubos se pueden unir en un marco a mano o a máquina. Los marcos se pueden soldar, soldar o pegar, con o sin orejetas, que son los manguitos de metal que unen dos o más tubos en una unión. La soldadura fuerte es esencialmente soldar a una temperatura de aproximadamente 1600 ° F (871 ° C) o menos. Los quemadores de gas se colocan uniformemente alrededor de las orejetas que se calientan, formando un fundente blanco que funde y limpia la superficie, preparándola para la soldadura fuerte. El relleno de soldadura fuerte es generalmente latón (aleación de cobre y zinc) o plata, que se funde a temperaturas más bajas que los tubos que se unen. Se aplica la masilla y, a medida que se derrite, fluye alrededor de la junta, sellándola.

Alineación y limpieza

• 6 Los marcos ensamblados se colocan en plantillas y se verifica que estén alineados correctamente. Los ajustes se realizan mientras el marco aún está caliente y maleable.
• 7 El exceso de fundente y metales de soldadura fuerte se limpia decapando en soluciones ácidas y lavando y puliendo la soldadura fuerte hasta que quede suave.
• 8 Una vez que los metales se han enfriado, se realizan más alineaciones de precisión.

Finalizando

• 9 Los marcos están pintados, no solo para crear una apariencia más acabada, sino también para proteger el marco. El marco se imprima primero con una capa base y luego se pinta con un esmalte de color. La pintura se puede aplicar mediante pulverización manual o pasando los marcos a través de salas de pulverización electrostática automática. Los marcos con carga negativa atraen el aerosol de pintura con carga positiva a medida que los marcos giran para una cobertura completa. Finalmente, se aplican transferencias y lacas al marco. También se puede usar cromado en lugar de pintura en componentes como las hojas de la horquilla.

Ensamblaje de
componentes

Desviadores y palancas de cambio

• 10 Dependiendo del estilo de la bicicleta, las palancas de cambio de velocidades se montan en el tubo inferior, popular en las bicicletas de carreras, en la potencia o en los extremos del manillar. Se adjunta un cable, que se extiende a los desviadores delantero y trasero. Los desviadores delanteros, que mueven la cadena de un piñón a otro, pueden sujetarse o soldarse al tubo del sillín. Los desviadores traseros se pueden montar con ganchos atornillados o con ganchos integrales.

Manillares, potencias y auriculares

• 11 Los manubrios pueden estar levantados, planos o caídos. Se atornillan a la potencia de la bicicleta, que luego se encaja en el tubo de dirección. Los componentes de la dirección, incluidos los cojinetes, las copas y las contratuercas, están conectados al tubo de dirección. El juego de dirección permite que la horquilla gire dentro del tubo de dirección y, por lo tanto, facilita la dirección.

Frenos

• 12 Las palancas de freno están montadas en el manillar. Los cables se extienden hasta los frenos y se sujetan a las pinzas. Luego, se puede unir cinta, hecha de plástico o tela, al manillar y tapar los extremos.

Sillines y tijas de asiento

• 13 Los postes de los asientos son generalmente de acero o aleación de aluminio y están atornillados o sujetos en su posición. El sillín generalmente está hecho de acolchado moldeado y cubierto con nailon o materiales plásticos. Aunque el cuero fue la norma para las sillas de montar durante mucho tiempo, hoy en día se usa con menos frecuencia.

Bielas

• 14 El juego de bielas soporta los pedales y transfiere la potencia de los pedales a la cadena y la rueda trasera. Los juegos de bielas constan de brazos de manivela de acero o aleación de aluminio, anillos de cadena y el conjunto de eje, copas y cojinetes del soporte inferior. Se fijan con tornillos y tapas en el soporte inferior del cuadro de la bicicleta. Luego, los pedales se atornillan a los extremos de las bielas.

Ruedas, neumáticos y bujes

• 15 fabricantes de ruedas cumplen con el sistema de la Organización Internacional de Normas (ISO) A J para el diámetro de las ruedas y los tamaños de los neumáticos. Las ruedas pueden construirse con máquinas, que enrollan tiras de acero en aros que se sueldan en llantas. Las llantas están perforadas para aceptar radios, que se entrelazan una ronda a la vez entre la llanta y la brida del buje.
• 16 Una rueda debe estar alineada o enderezada en direcciones radial y lateral para lograr una tensión uniforme. A continuación, se unen el revestimiento de la llanta, el neumático y la cámara de aire. La cadena también se puede colocar en la bicicleta.
• 17 Las ruedas traseras están equipadas con una rueda libre, que consta de varios engranajes y espaciadores, que libera la rueda trasera del mecanismo de manivela cuando el ciclista deja de pedalear.
• 18 Las ruedas están unidas al cuadro de la bicicleta por medio de un eje que atraviesa el cubo de la rueda. El eje se puede apretar con pernos en los extremos o con brochetas de liberación rápida.

El futuro

El futuro de las bicicletas parece prometedor a medida que nos acercamos al siglo XX. Los avances en la tecnología de la bicicleta en la década de 1990 han dado lugar a avances en el diseño de vehículos propulsados ​​por humanos (VPH). La mayoría de los VPH son reclinables de baja altura, que son más aerodinámicos que las bicicletas convencionales y, por lo tanto, reducen la resistencia y aumentan la velocidad. Los reclinables también son más seguros y muchos brindan espacio de carga y protección contra la intemperie. Un híbrido de bicicleta y automóvil llamado Ecocar comenzó a aparecer en las calles europeas en la década de 1990. Diseñado por un cirujano holandés, Wim Van Wijnen, proporcionó protección contra la intemperie, seguridad, espacio para equipaje, fácil mantenimiento, comodidad y velocidad.

El uso de la tecnología informática mejoró enormemente las capacidades de diseño de los fabricantes y diseñadores. Los diseñadores pueden simular varias fuerzas que actúan sobre la bicicleta, como el pedaleo y el impacto de la carretera. Los programas generados por computadora simplifican las pruebas y las variaciones de los diseños se modifican más fácil y rápidamente.