Teoría

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía (desorden) de un sistema cerrado nunca disminuye. Esto significa, por ejemplo, que si comenzamos a mezclar una baraja, las mezclas serán cada vez más caóticas a medida que aumenta su entropía. Por lo tanto, las cartas nunca volverán a su posición inicial.

Esta afirmación fue realizada por el físico Arthur Eddington, quien ilustró la bajísima probabilidad de violar la segunda ley de la termodinámica afirmando que hay mayor probabilidad de que un ejército de monos mecanografíe al azar todos los libros del Museo Británico.

Por esta razón, las llamadas máquinas de movimiento perpetuo no pueden existir, ya que violarían los principios de la segunda ley de la termodinámica. Aún así, existen dispositivos que han intentado lograrlo, y entre estos, los volantes de inercia están entre los que han estado “más cerca” de conseguirlo. Quizá reconozcas el término, ya que todos los automóviles tienen un volante de inercia en el motor.

El concepto de un Sistema de Recuperación de Energía Cinética (KERS, por sus siglas en inglés) no es nuevo en el mundo del transporte. Este sistema almacena energía durante el frenado para luego asistir en la aceleración, en lugar de desperdiciarla como calor en los frenos. Esta tecnología es similar al frenado regenerativo en los automóviles eléctricos e híbridos.

En este sentido, en 2011, un estudiante recién graduado de la Cooper Union, Max von Stein, construyó una bicicleta que incorpora un volante de inercia. En este sistema, se almacena energía cinética cuando se deja de pedalear, la cual se puede transferir a la rueda para ayudar en la aceleración después de haber frenado.

Práctica

En 2021, Tom Stanton, un creador de contenidos, recreó el diseño de volante de inercia de von Stein en una bicicleta previamente construida. El volante, de aproximadamente 30 cm de diámetro, fue creado a partir de un disco de acero láser cortado y montado en el cuadro de la bicicleta con soportes de aluminio de 6 mm de espesor.

El desafío fue conectar el volante a la rueda trasera para capturar la energía de frenado y asistir en la aceleración. Stanton eligió un sistema de embrague que se pudiera conectar y desconectar del volante durante el frenado y la aceleración. La solución de embrague implica una placa unida a otra placa con cortes especialmente diseñados para montar pastillas de freno para bicicleta, que pueden presionarse contra el disco de freno para actuar como embrague.

El volante necesita girar a 2000 RPM para almacenar la energía necesaria para volver a poner en marcha la bicicleta, lo que requiere una gran relación de engranaje entre la rueda de la bicicleta y el volante. El embrague se opera utilizando el freno izquierdo como una motocicleta, pero al revés de una motocicleta, de modo que tirar del freno engrana el embrague en lugar de desengancharlo.

Después de un paseo en bicicleta, Stanton encontró que el embrague necesitaba ajustarse y que el volante ralentizaba mucho la bicicleta cuando estaba conectado. Sin embargo, acelerar el volante mientras pedaleaba lo llevaba a girar a RPM muy altas, y podía usar los frenos regulares de la bicicleta para detener la bicicleta.

En términos de recuperación de velocidad lograda por el volante, la técnica inicial de frenado solo recuperó aproximadamente el 22% de la velocidad original de la bicicleta. La segunda técnica de acelerar el volante antes del frenado logró una recuperación de velocidad de alrededor del 40%. Sin embargo, el acto de tener que pedalear para acelerar el volante antes de frenar requiere mucho esfuerzo. La eficiencia de transmisión energética general la determino en alrededor del 15%.

Conclusión

La bicicleta con volante de inercia es, sin duda, una creación innovadora y útil para fines de aprendizaje y experimentación. Actualmente, el prototipo ha demostrado ser eficaz en la medida en que proporciona una experiencia de relativamente conducción estable. Sin embargo, hay margen de mejora en términos de eficiencia, ruido y facilidad de uso.

Si el diseño se someta a más iteraciones y refinamientos, podemos esperar una optimización en el rendimiento y la usabilidad de la bicicleta. Esto podría incluir la mejora de la eficiencia energética, la reducción del peso y el tamaño del volante de inercia, y la incorporación de características adicionales que faciliten su uso y manejo.

¿Construirías o comprarías una bicicleta con volante de inercia?