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Vibration-Induced Power Loss in Cycling: Experimental Quantification on a Simulated Cobblestone Surface

Este estudio cuantifica experimentalmente las sustanciales pérdidas de potencia inducidas por la vibración al pedalear sobre adoquines simulados, revelando que estas pérdidas aumentan cuadráticamente con la velocidad y la presión de los neumáticos, mientras que se mitigan mediante una postura fuera de la sillín, destacando así su impacto crítico en la eficiencia general del ciclismo.

Autores originales: E. Vázquez Fernández, G. Dell'Orto, J. K. Moore

Publicado 2026-08-03

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CC BY 4.0

Autores originales: E. Vázquez Fernández, G. Dell'Orto, J. K. Moore

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Imagina que vas montando en bicicleta por una carretera lisa y plana. Sientes el viento empujándote y sientes los neumáticos rodando contra el pavimento. Durante mucho tiempo, científicos e ingenieros han tratado estas dos fuerzas —la resistencia del viento y la fricción de los neumáticos— como las únicas cosas que te roban energía. Es como un videojuego donde solo tienes que esquivar dos tipos de obstáculos. Pero, ¿y si hay un tercer ladrón invisible? ¿Qué pasaría si la propia carretera estuviera sacudiendo la bicicleta y tu cuerpo estuviera absorbiendo esa sacudida como una esponja que absorbe agua? Esta pérdida de energía oculta se llama "pérdida de potencia inducida por vibración". Ocurre cuando una carretera con baches envía ondas a través del cuadro de la bicicleta, hacia los neumáticos y, finalmente, a tus huesos y músculos. Tu cuerpo, actuando como un complejo sistema de resortes y amortiguadores, tiene que trabajar duro para mantenerse estable, quemando energía solo para evitar rebotar. Aunque sabemos que los baches son incómodos, realmente no hemos medido exactamente cuánta de tu potencia de pedaleo se desperdicia simplemente luchando contra ese temblor. Este es el misterio que un equipo de investigadores se propuso resolver: ¿cuánta energía pierden realmente los ciclistas solo porque la carretera los sacude?

Para resolver este caso, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft y la Universidad Tecnológica de KTH convirtieron un pabellón deportivo en un laboratorio. No utilizaron una calle de adoquines real y caótica; en su lugar, construyeron una versión "simulada" utilizando cinco tablones de madera espaciados sobre el suelo. Piensa en ello como un tambor gigante y rítmico para los neumáticos de la bicicleta. Hicieron que un ciclista se deslizara por esta pista (es decir, dejaron de pedalear y dejaron que la bicicleta rodara) a diferentes velocidades, que iban desde los 10 hasta los 30 km/h. Probaron la bicicleta con diferentes presiones de neumáticos (de 350 a 550 kPa) y pidieron al corredor que cambiara su estilo: sentado normalmente, sentado pero relajando sus músculos, sentado pero tensándose como una estatua, e incluso de pie sobre los pedales.

El equipo utilizó sensores especiales para medir exactamente cuánto frenaba la bicicleta. Al restar la energía perdida por el viento y la energía perdida por el simple rodaje de los neumáticos, pudieron aislar la "pérdida por vibración": la energía que desaparecía solo porque la bicicleta se estaba sacudiendo.

Aquí está lo que encontraron, y es algo muy importante para cualquiera que se preocupe por la velocidad o la comodidad:

La trampa de la velocidad
El factor principal fue la velocidad. Cuanto más rápido vas, más energía pierdes por la vibración, y no es que aumente un poco, sino que sube como un cohete. Los investigadores descubrieron que la pérdida por vibración aumenta con el cuadrado de la velocidad. Imagina que caminar cuesta arriba requiere 10 pasos, pero correr cuesta arriba requiere 40 pasos porque tienes que saltar sobre cada piedra. A 30 km/h, la pérdida por vibración fue masiva, alcanzando hasta los 351 Vatios. Para ponerlo en perspectiva, un ciclista profesional podría estar aplicando solo unos pocos cientos de vatios más que eso para ir más rápido; esta vibración le estaba robando una enorme parte de su potencia. De hecho, en estas superficies irregulares, la pérdida por vibración representó hasta el 61,38% de la energía total que perdió la bicicleta. ¡Eso significa que más de la mitad del esfuerzo era solo para luchar contra la sacudida!

La paradoja de la presión de los neumáticos
Podrías pensar que inflar tus neumáticos los hace más duros y rebotones, lo cual sería mejor en terrenos irregulares. Pero el estudio sugiere lo contrario en terrenos rugosos. A medida que aumentaron la presión de los neumáticos de 350 kPa a 550 kPa, la pérdida por vibración en realidad empeoró, especialmente a altas velocidades. A 30 km/h, aumentar la presión hizo que la pérdida por vibración saltara aproximadamente un 95%. Parece que, aunque los neumáticos duros ruedan mejor en carreteras lisas, en una superficie irregular transmiten más el impacto al ciclista, desperdiciando más energía. Los neumáticos "blandos" actuaron como mejores amortiguadores, absorbiendo los baches en lugar de hacer rebotar al ciclista.

El secreto de estar de pie vs. sentado
Uno de los hallazgos más sorprendentes fue sobre la postura. Cuando el ciclista se ponía de pie sobre los pedales (la posición "fuera de la sillín"), perdía significativamente menos energía por la vibración que cuando estaba sentado. Estar de pie permitía que las piernas y los brazos del ciclista actuaran como una suspensión adicional, absorbiendo los baches. A 25 km/h, el ciclista de pie perdió unos 140 Vatios por vibración, mientras que el ciclista sentado perdió más de 200 Vatios. Esa es una diferencia enorme. Sin embargo, los investigadores señalaron que estar de pie es difícil de mantener durante una carrera larga y cambia la forma en que el ciclista controla la bicicleta, por lo que no es una solución mágica perfecta para cada situación.

El factor "Relajación"
El equipo también probó si la tensión muscular del ciclista importaba. Pidieron al ciclista que estuviera "relajado", "normal" o "rígido". Los resultados fueron un poco desordenados y no mostraron un ganador claro como la velocidad o la postura. A veces, estar relajado ayudaba a bajas velocidades, pero a velocidades más altas, la diferencia entre estar rígido o relajado no era constante. Esto sugiere que, si bien la rigidez del cuerpo importa, no es tan simple como "solo relájate" para ahorrar energía.

La conclusión
Los investigadores concluyeron que ya no podemos limitarnos a mirar el viento y la fricción de los neumáticos. En carreteras irregulares, la vibración es un enorme ladrón de energía que necesita su propio lugar en las matemáticas. Crearon una fórmula sencilla para predecir esta pérdida, demostrando que depende de qué tan rápido vas, qué tan inflados están tus neumáticos y si estás sentado o de pie. Aunque este estudio se realizó en un entorno controlado en interiores con un solo ciclista y una bicicleta específica, demuestra que, en superficies irregulares, la energía que pierdes solo por la sacudida es sustancial, ¡a veces robándote más de la mitad de tu potencia! Así que, la próxima vez que te encuentres con una calle de adoquines, recuerda: no solo estás luchando contra el viento; estás luchando contra la sacudida, y estar de pie podría ser tu mejor defensa.

Resumen Técnico: Pérdida de Potencia Inducida por Vibración en el Ciclismo

Planteamiento del Problema
El rendimiento en el ciclismo se modela tradicionalmente mediante un balance de energía que contabiliza la resistencia aerodinámica, las fuerzas gravitatorias, la fricción de la transmisión y la resistencia a la rodadura. Si bien la resistencia aerodinámica y las fuerzas gravitatorias están bien comprendidas, la resistencia a la rodadura suele modelarse únicamente como una función de la deformación del neumático y la histéresis ( $F_r = F_N C_{rr}$ ). Esta formulación convencional no logra capturar la energía disipada a medida que las vibraciones inducidas por la carretera se propagan a través del cuadro de la bicicleta y hacia el cuerpo del ciclista. En superficies rugosas, como los adoquines, estas vibraciones causan una pérdida de energía significativa a través de la deformación de los tejidos corporales y los mecanismos de amortiguación interna. A pesar del reconocimiento de la vibración como una fuente de incomodidad, su contribución específica a la eficiencia propulsiva y a la pérdida de potencia total no ha sido cuantificada ni separada de la resistencia a la rodadura clásica de forma independiente en entornos controlados.

Metodología
Para aislar y cuantificar la pérdida de potencia inducida por la vibración, los autores realizaron experimentos controlados de descenso por inercia (coast-down) sobre una superficie que simulaba adoquines dentro de un pabellón deportivo cubierto. El estudio utilizó un "Índice de Rugosidad de la Bicicleta" (BRI, por sus siglas en inglés) para modelar la excitación de la carretera, traduciendo las características espectrales de una superficie de adoquines real en un perfil artificial compuesto por cinco tablas de madera espaciadas uniformemente (20 mm de altura, 90 mm de anchura).

Configuración Experimental: Se utilizó una bicicleta de carretera (Giant TCR Advanced, cuadro de carbono) equipada con neumáticos de 28 mm. Se montaron tres IMU triaxiales en el buje de la rueda trasera, el stem del manillar y el tija del sillín, además de un cuarto en el esternón del ciclista para medir la transmisibilidad.
Condiciones de Prueba: El estudio analizó 334 ensayos válidos en velocidades de 10–30 km/h y presiones de neumáticos de 350–550 kPa. Se probaron dos posturas del ciclista (sentado y fuera de la sillín), y los ensayos en posición sentada incluyeron tres variaciones conductuales: normal, relajada (músculos sueltos) y rígida (contracción muscular máxima).
Procesamiento de Datos: La pérdida de potencia total ( $P_{loss}$ ) se calculó a partir del cambio en la energía cinética sobre la sección de prueba. Para aislar la pérdida por vibración ( $P_{vl}$ ), se utilizaron ensayos de referencia de descenso por inercia en una superficie lisa para estimar el área de resistencia aerodinámica ( $C_dA$ ) y el coeficiente de resistencia a la rodadura ( $C_{rr}$ ). La pérdida por vibración se calculó como el residuo: $P_{vl} = P_{total} - P_{aero} - P_{rr}$ .
Modelado: Se ajustaron modelos de regresión lineal y cuadrática a los datos para determinar la relación entre la pérdida por vibración y la velocidad/presión. Se propuso un modelo empírico predictivo que incorpora la velocidad, la presión del neumático y la postura.

Resultos Clave

Magnitud de la Pérdida: La pérdida de potencia inducida por la vibración fue sustancial, oscilando aproximadamente entre 5 W y 351 W. En las condiciones más extremas (30 km/h, 550 kPa, sentado), la pérdida por vibración representó hasta el 61,38% de la pérdida de potencia total medida.
Dependencia de la Velocidad: La velocidad fue el factor dominante. La pérdida por vibración aumentó de forma cuadrática con la velocidad. Para un ciclista sentado a 550 kPa, la pérdida aumentó de 43,9 W a 10 km/h a 351,4 W a 30 km/h (un incremento de ~700%). Los ajustes de regresión cuadrática ( $R^2$ hasta 0,978) superaron consistentemente a los ajustes lineales, lo que sugiere que la pérdida por vibración debe desacoplarse de la dependencia de velocidad lineal de la resistencia a la rodadura clásica.
Presión del Neumático: Las presiones de neumático más altas aumentaron generalmente la pérdida por vibración, particularmente a velocidades más altas. A 30 km/h, aumentar la presión de 350 a 550 kPa resultó en un aumento de ~114% en la pérdida por vibración. Esto indica que en superficies rugosas, la reducción en la resistencia a la rodadura clásica ( $C_{rr}$ ) lograda mediante una mayor presión puede ser compensada o superada por el aumento de la disipación por vibración.
Postura del Ciclista: La postura fuera de la sillín produjo consistentemente menores pérdidas por vibración que la postura sentada en todas las condiciones probadas. A 10 km/h y 350 kPa, la pérdida fuera de la sillín fue de ~~6 W frente a los 45 W de la posición sentada (una reducción del 87%). A velocidades más altas, la reducción siguió siendo significativa (~~23% a 25 km/h).
Comportamiento del Ciclista: El efecto del comportamiento del ciclista (relajado vs. rígido) fue menos consistente. Si bien el comportamiento relajado mostró las pérdidas más bajas a velocidades bajas, el patrón se volvió poco claro a velocidades más altas, sin observarse una tendencia monotónica en todo el espacio de parámetros.

Significación y Reivindicaciones
El artículo sostiene que la pérdida de potencia inducida por la vibración es un componente crítico, aunque a menudo ignorado, del gasto energético en el ciclismo sobre superficies rugosas. Los autores argumentan que el modelo tradicional de resistencia a la rodadura es insuficiente para terrenos rugosos porque no puede dar cuenta de la dependencia cuadrática de la velocidad de la disipación por vibración. Al separar la pérdida por vibración de la resistencia a la rodadura clásica, el estudio proporciona un marco más preciso para modelar el rendimiento en el ciclismo.

El modelo empírico propuesto ( $P_{vl} = K \cdot a \cdot P \cdot v^2$ ) ofrece una aproximación de primer orden para predecir estas pérdidas basándose en la velocidad, la presión del neumático y la postura. Los autores concluyen que minimizar la pérdida por vibración es esencial para la optimización del rendimiento, particularmente en carreras sobre terrenos rugosos donde los márgenes se miden en segundos. Sin embargo, señalan modestamente las limitaciones, incluyendo el uso de un solo ciclista y una sola bicicleta, la naturaleza simplificada del perfil de carretera artificial y la naturaleza pasiva de las pruebas de descenso por inercia (que carecen de la dinámica de pedaleo activo). Se sugiere para trabajos futuros incluir configuraciones de ciclistas/bicicletas más amplias y mediciones fisiológicas como la electromiografía (EMG).

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