Todas las bicicletas, sean musculares o eléctricas, necesitan de una transmisión para llevar el par que el ciclista realiza sobre los pedales hasta el sistema de engranajes trasero. Exista o no un sistema eléctrico de asistencia, este proceso conlleva una serie de pérdidas energéticas provocadas por el rozamiento entre los diferentes componentes, lo que repercute directamente en el rendimiento. Minimizar estás perdidas es parte del trabajo de los ingenieros de diseño, que tratan de localizar materiales y geometrías que reduzcan las fricciones a la mínima expresión.
Tom Stanton, ingeniero y a la vez youtuber, se propuso encontrar la manera de eliminar todos los engranajes que forman parte de la transmisión de una bicicleta. Estas transmisiones pueden estar formadas por un cassette clásico compuesto por varios piñones, por un piñón único, que suele ser la solución que se emplea en bicicletas eléctricas urbanas y económicas o por los engranajes escondidos en el buje de los sistemas de cambio internos.
Stanton recurrió al magnetismo para hacer realidad su propósito. La bicicleta magnética, sin engranajes, es un proyecto experimental que reemplaza el sistema de engranajes tradicional por uno magnético. Este embrague está formado por dos discos, uno de cobre y otro de aluminio. En este último es en el que se sitúan los potentes imanes que generan el campo magnético.
Las corrientes de Foucault
El principio físico que gobierna lo que pasa entre estos dos discos está relacionado con la Ley de Lenz. Cuando un material conductor se mueve dentro de un campo magnético variable en el tiempo, se induce una corriente eléctrica en él, conocida como corriente de Foucault (en honor al físico francés Léon Foucault, quien las descubrió en 1851) también conocidas como corrientes parasitarias o corrientes inducidas. La dirección de esta corriente eléctrica la determina la Ley de Lenz, que establece que el campo magnético generado por la corriente de Foucault se opone al cambio del campo magnético original que la produjo. Esto genera una fuerza contraria al movimiento del conductor que se conoce como frenada electromagnética. Se utilizan en diversas aplicaciones, como en la inspección no destructiva de materiales, la separación de metales y la frenada electromagnética en motores y generadores.
En este caso, el disco de cobre permanece estacionario y es el responsable de hacer girar la rueda solidariamente con él. Por su parte, el disco de aluminio está conectado mediante una cadena clásica a los pedales y gira cuando el ciclista los impulsa. Los imanes situados en el disco de aluminio son los que generan las corrientes de Foucault en el disco de cobre, creando una resistencia que se puede usar para controlar la velocidad de la bicicleta.
El resultado del experimento casero lo describe Stanton en su vídeo donde muestra todo el proceso de diseño y construcción del embrague magnético. Incluye la selección previa de los mejores materiales para los discos, el cálculo del número de imanes necesario y el estudio de la mejor orientación, para posteriormente proceder al diseño y la impresión en 3D de los componentes.
Tras varias pruebas, la versión final del prototipo cuenta con 200 imanes montados sobre el disco de aluminio y requirió aumentar el diámetro del disco delantero para incrementar la relación de transmisión y generar más par. Finalmente, las hipótesis previas se cumplen en el mundo real y la rueda trasera de la bicicleta se mueve al pedalear en función de las exigencias del ciclista.
Según explica Stanton, el embrague magnético ofrece algunas ventajas sobre los sistemas de engranajes tradicionales. Al no haber ningún tipo de contacto entre los discos se elimina la fricción, lo que reduce las pérdidas por rozamiento y, además, ayuda también en el proceso de frenado, de modo que se puede prescindir de los discos.
Por otro lado, también tiene algunas limitaciones provocadas por la complejidad de controlar la energía térmica desperdiciada lo que hace que sea más difícil de manejar. Además, no aporta ventajas sobre una transmisión directa por cadena a la hora de ascender pendientes. En sus conclusiones, Stanton dice que la bicicleta magnética sin engranajes es un experimento interesante sobre el uso de la tecnología magnética en bicicletas y puede ser una fuente de inspiración para otras innovaciones en éste área.
