Come si misura il rendimento

Quanto rende lo SPEEDHUB è riassunto in Rendimento. Questo articolo spiega perché misurazioni diverse danno numeri diversi per la stessa trasmissione, e come ha misurato Rohloff.

1. La pedalata non è costante

Un ciclista pedala con una cadenza quasi costante, ma la coppia pulsa forte all’interno di ogni giro di pedivella: le misurazioni hanno mostrato una variazione di circa il 5% nella cadenza, ma di oltre il 90% nella coppia. Ogni componente che trasmette la forza (catena, corona, cuscinetti, ingranaggi) viene caricato e scaricato due volte per giro.

Potenza e cadenza	100 W, 75 giri/min	300 W, 75 giri/min	575 W, 50 giri/min
Coppia massima	21,6 Nm	68 Nm	200 Nm
Coppia minima	3,8 Nm	8 Nm	20 Nm

I banchi prova sono azionati da un motore elettrico con coppia costante. La domanda è quindi quale potenza costante corrisponda al carico reale, pulsante. La risposta è arrivata dal banco di Rohloff per l’usura di catene e corone: i componenti usati in strada a una media di 150 W, con una coppia pulsante tra 5 e 30 Nm, si consumavano solo come i pezzi di prova fatti girare a 30 Nm costanti. Poiché usura e perdite per attrito hanno le stesse cause, un banco deve lavorare al picco della coppia, non alla media. In parole semplici: un’uscita a 80 W si riproduce sul banco, alla stessa cadenza, con circa 160 W.

2. Due tipi di perdita

• Perdita dipendente dal carico: l’attrito dei componenti che si muovono sotto carico (maglie della catena, ingranaggi, cuscinetti). Cresce in proporzione alla potenza trasmessa.
• Perdita indipendente dal carico: guarnizioni, superfici di scorrimento, il lubrificante che viene rimescolato. Non dipende dalla forza motrice, ma solo dalla velocità, dalla temperatura e dalla viscosità del lubrificante.

Due trasmissioni immaginarie, entrambe con un rendimento del 91% a 50 W:

Potenza in ingresso	50 W	100 W	200 W	300 W	400 W	500 W
Sistema A: 7% + 1 W	91,0%	92,0%	92,5%	92,7%	92,75%	92,8%
Sistema B: 3% + 3 W	91,0%	94,0%	95,5%	96,0%	96,3%	96,4%

A bassa potenza domina la perdita indipendente dal carico, a potenza più alta quella dipendente. Le curve C e D sono le stesse trasmissioni quando la perdita delle guarnizioni sale da 1 W a 2 W per effetto del calore o di un cambiamento del velo lubrificante (A → C), oppure scende da 3 W a 2 W (B → D):

Sotto i 200 W basta un’oscillazione di ±1 W per spostare il risultato di diversi punti percentuali, e può succedere durante una sola misurazione, perché il calore stesso dell’attrito cambia le condizioni. Per questo, sotto i 200 W un valore di rendimento è valido solo se ricavato da molte prove ripetute, e sempre come fascia con un limite superiore e uno inferiore. Sopra i 200 W l’oscillazione diventa trascurabile.

3. Conta anche il tuo rendimento

L’obiettivo non è il miglior numero meccanico, ma quanta dell’energia che metti diventa avanzamento. Il rendimento muscolare arriva a circa il 25% con la forza e la velocità di movimento giuste, ma in una marcia inadatta è facilmente peggiore di 10 punti percentuali: molto più della differenza tra un sistema di cambio e l’altro.

Rendimento	Ciclista A	Ciclista B
Rendimento muscolare	24%	22%
Rendimento della trasmissione	93%	97%
Totale	22%	21%

Il ciclista A, nella marcia giusta, rende di più con la trasmissione peggiore del ciclista B nella marcia sbagliata. Secondo la medicina dello sport, il salto tra le marce deve stare sotto il 15% perché le marce vicine vadano bene sia salendo sia scendendo: per questo escursione e numero di marce vanno sempre considerati insieme al rendimento. Vedi Confronto dei rapporti.

4. La misurazione di Rohloff

È stata misurata l’intera trasmissione (movimento centrale, catena, corone, mozzo o cambio), simulando un ciclista sportivo a circa 160 W con picchi di coppia di 50 Nm (285 N sul pedale):

Parametro	Valore
Cadenza	60 giri/min
Potenza frenante (costante)	314 W
Coppia motrice	50 Nm

A confronto sono stati provati un cambio a deragliatore a 24 velocità (corone da 46, 36 e 26 denti, cassetta 11–28) e uno SPEEDHUB (46/16), entrambi rodati per circa 100 km. Le prove sono state ripetute più volte; la tolleranza è di ±0,5%.

• Cambio a deragliatore: misurato pulito e ben lubrificato, poi con catena e pignoni sporchi dopo circa 1.000 km. Con i componenti usati il rendimento era in media inferiore dell’1%.
• SPEEDHUB: misurato anch’esso con catena e pignone dopo 1.000 km: nessuna differenza misurabile.

Il rendimento dello SPEEDHUB segue esattamente quanti stadi epicicloidali lavorano sotto carico in ciascuna marcia:

Marcia	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Stadi sotto carico	2	2	3	1	3	2	2	1	1	2	0	2	1	1

Il migliore è la marcia 11: la presa diretta, in cui non lavora nessuno stadio. Le marce 1–7 ripetono lo stesso andamento delle marce 8–14, solo circa il 2% più in basso, perché lì riduce anche il terzo stadio. Quale stadio lavora in quale marcia: Le 14 marce dall’interno.

Da ricordare

• Una misurazione a coppia costante sotto i 200 W dice poco nella pratica: a ritmo sportivo un ciclista sviluppa ben più di 100 W.
• Confronta il rendimento sempre con la sua fascia di tolleranza, e insieme a escursione e numero di marce.
• Sporco, lubrificazione e usura pesano soprattutto sulle trasmissioni aperte; sullo SPEEDHUB sigillato quasi per niente.