Modelado y simulación de transmisión hidráulica continua para bicicleta

Desde que apareció la bicicleta tal y como se conoce en la actualidad, la industria de la bicicleta ha puesto todo su empeño en introducir nuevos materiales en su proceso de fabricación y en mejorar su estética. Los fabricantes invierten una gran cantidad de dinero en ello. Sin embargo, se han realizado pocos cambios en la manera de transmitir potencia mediante los pedales. Existen alternativas a la transmisión convencional por cadena como puede ser la transmisión por correa, la transmisión de potencia mediante un eje, la transmisión eléctrica o la transmisión hidráulica. Todas ellas son capaces de transmitir potencia, pero es difícil encontrar un sustituto a la transmisión por cadena ya que presenta eficiencias muy altas a pesar de su competitivo precio. Entre todas ellas, se destaca la transmisión hidráulica como una buena alternativa. Entre estas ventajas estaría la posibilidad de realizar un sistema de transmisión con cambio de marchas continuo en función de la presión del circuito permitiendo una mayor facilidad de uso, sencillez y menor mantenimiento. Además, se conseguiría un menor número de elementos móviles, simplificando su fabricación y evitando los problemas usuales de la cadena. Existen patentes y prototipos que funcionan, y a pesar de que en otros campos de la ingeniería esta tecnología funciona con mucha fiabilidad, ningún fabricante se ha animado aún a incorporarla en una bicicleta. Por estas razones, el objetivo de este trabajo es estudiar la posible aplicación de una transmisión hidráulica continua en una bicicleta. Para llevar a cabo este estudio se ha diseñado, mediante una técnica denominada Bond-Graph, un posible modelo para la transmisión. Esta técnica permite diseñar sistemas físicos mediante símbolos y líneas, identificando un esfuerzo y un flujo por cada componente que se identifica con la presión y caudal en el campo de la hidráulica o con el par y la velocidad en el campo de la mecánica rotacional. A pesar de que el estudio de un sistema de transmisión hidráulica es de una elevada complejidad, realizar simplificaciones en el modelo, analizando los elementos realmente necesarios, permite predecir el comportamiento del sistema. La herramienta utilizada para la simulación del sistema es Matlab, un software académico que permite resolver las ecuaciones diferenciales obtenidas del modelo en Bond-Graph. El presente proyecto se puede considerar como una base para realizar mejoras en la futura modelización de una transmisión hidráulica continua de bicicleta. Las simulaciones se realizan incrementando la complejidad del sistema y del tramo por donde circula el ciclista, de forma didáctica y entretenida para el lector. Primero se realizan para una relación de transmisión unitaria, es decir, cuando la cilindrada de la bomba y motor coinciden. El tramo por donde circula el ciclista varía desde ser un tramo horizontal hasta tener pendientes y rampas y una mezcla entre ellas. Analizada esta situación, se añaden las relaciones de transmisión habituales para una bicicleta de montaña. De esta manera se podrán observar las prestaciones de la bicicleta y nos dará una idea general de cómo responde la transmisión antes cambios en la resistencia que tiene que vencer el ciclista pedaleando. Por último, se propone una regulación de las relaciones de transmisión en función de la variación de presión, que está directamente relacionada con la variación de la resistencia al avance. Esta regulación se comprueba para los escenarios definidos en las simulaciones anteriores para verificar su funcionamiento