Sospensioni ad aria e temperatura

  • Cannondale presenta la nuova Scalpel, la sua bici biammortizzata da cross country che adesso ha 120 millimetri di escursione anteriore e posteriore in tutte le sue versioni. Sembra che sia cambiato poco, a prima vista, ma sono i dettagli che fanno la differenza e che rendono questa Scalpel 2024 nettamente più performante del modello precedente.
    Iscriviti al canale se non l'hai ancora fatto (clicca qui).


Danybiker88

Redazione
4/9/04
12.241
186
0
35
Torino
www.picasawebweb.com
Bentrovati, come tutti i mercoledì, all’appuntamento settimanale con il tech corner!

La fisica ci insegna che i gas con la temperatura aumentano di pressione. Cosa succede all’aria nella nostra forcella o ammortizzatore con il caldo? La stessa taratura che utilizziamo d’inverno, andrà bene anche d’estate? E quando la sospensione si surriscalda varia la resistenza all’affondamento?
Nell’articolo di oggi cercheremo di rispondere a queste domane e capire se e quanto la temperatura influenza il funzionamento delle sospensioni ad aria.

Aria, temperatura e pressione

Come ci insegna la fisica, la pressione di un gas contenuto in un recipiente chiuso indeformabile (come può essere la camera pneumatica di una sospensione) dipende dalla sua temperatura. Maggiore è la temperatura, maggiore sarà l’agitazione termica delle molecole che costituiscono il gas e maggiore sarà la spinta esercitata dal gas sulle pareti del contenitore (pressione).

19066.jpg

In mtb in mezzo alla neve: una classica situazioni di freddo intenso

A questo punto la domanda sorge spontanea: le variazioni di temperatura che interessano le nostre sospensioni, sono tali da generare variazioni di pressione e quindi di funzionamento che siano percepibili?

Per rispondere a questa domanda utilizzeremo alcune nozioni di fisica elementare.
Volendo fare una trattazione qualitativa e non rigorosa al centesimo, possiamo prendere come riferimento un modello semplificato, ovvero l’equazione dei gas perfetti:
19067.jpg


in cui:
- p è il valore della pressione del gas;
- V è il volume occupato dal gas;
- n sono le moli del gas;
- R è la costante universale dei gas, il cui valore varia in funzione delle unità di misura adottate per esprimere le altre grandezze nell'equazione;
- T è la temperatura assoluta del gas, espressa in kelvin.
Semplifichiamo il problema

Consideriamo una condizione statica, in configurazione di bici scarica e sospensione completamente estesa. La classica condizione in cui si regola una sospensione, insomma. La nostra camera pneumatica in questa configurazione è a tutti gli effetti un contenitore il cui volume rimane costante ed è sempre uguale, in quanto dipende dalle dimensioni fisiche della camera stessa.

Facciamo quindi variare la temperatura. Ci troviamo nella condizione di poter applciare la 2° legge di --- Lussac:
19068.jpg


In cui:
- P(t) è la pressione in relazione alla tempertatura t
- P0 è la pressione di partenza
- α è detto coefficiente di espansione dei gas e vale per tutti i gas circa 1/273
- t è la variazione di temperatura
Trascrivendo l’equazione in un grafico che riporti in ascissa la temperatura ed in ordinata la pressione, otteniamo un diagramma lineare:
19069.jpg

Oltre a notare che la pressione si annulla alla temperatura di -273,15° (zero assoluto) notiamo come con l’aumentare della temperatura, aumenti la pressione del gas.

Per cui se la temperatura della sospensione aumenta (per variazione della temperatura esterna o per surriscaldamento dovuto all’attrito tra gli elementi di scorrimento), anche la pressione dell’aria aumenta e di conseguenza la sospensione risulta più dura. Naturalmente vale anche il viceversa con il freddo.

Dalla teoria alla pratica

Va bene, fin qui non c’è nulla di nuovo. Che un gas se riscaldato aumenti di pressione è piuttosto ovvio, come facilmente deducibile dall’esperienza quotidiana.

La domanda però viene spontanea: queste variazioni sono percepibili nel normale utilizzo della nostra MTB? Vediamo di fare qualche esempio numerico.

Realizziamo una tabella, riportando sulle colonne le pressioni tipiche di forcelle ed ammortizzatori, pressioni impostate a 20°C (temperatura di un appartamento o di una tipica giornata primaverile). Partiamo dai 60 PSI di una forcella, per arrivare ai 200PSI di un ammortizzatore High Volume.
Sulle righe riportiamo delle temperature tipo, partendo da -10°C di una rigida giornata invernale, ai 50° che è la temperatura raggiunta dall’aria in un ammortizzatore durante una lunga discesa.
Utilizzando quindi la 2° equazione di --- Lussac, calcoliamo le variazioni di pressione.

Alcuni esempi pratici. In tabella e nel grafico è stata riportata la variazione della pressione in funzione della temperatura, di alcune tarature campione (60-80-100-150-200PSI) realizzate a 20°C.
Cliccare per ingrandire
.

Analizzando la tabella si notano alcuni risultati interessanti. Se le variazioni per la forcella gonfiata a 60 PSI non sono così grosse (si parla di +- 6psi a -10° e 50°) e quindi molto vicine all’errore di lettura del manometro di una pompetta da 300 PSI), per pressioni più elevate, come i 200 PSI degli ammortizzatori, la variazione è di +- 20 PSI, un valore del tutto percepibile, anche da un rider non molto esperto.

Parlando in termini percentuali, la variazione è di ca il 10%.

Considerazioni

Insomma, il 10% è una variazione che non è certo trascurabile, specialmente considerando le pressioni elevate a cui funzionano gli ammortizzatori.

D’altronde non è certo una novità che le sospensioni ad aria in condizioni di particolari sollecitazioni (discese veloci su tratti sconnessi, brake bumps affrontati ad alta velocità) tendano ad indurirsi a causa del surriscaldamento. Qui abbiamo considerato una temperatura massima di 50° che è piuttosto ottimistica, ma se pensate una bicicletta da DH che scende ad elevata velocità su un tracciato pieno di bumps, magari in una giornata estiva, capirete che spesso si va anche oltre questa temperatura ed è quindi facile che la sospensione ad aria vada in crisi. Non a caso è uno dei motivi per cui spesso per uso gravity si preferiscano sospensioni a molla.

Per quanto riguarda il freddo invece bisogna considerare un secondo aspetto. Gli oli dell’idraulica risentono parecchio le temperature basse e tendono a diventare più viscosi mano a mano che la temperatura scende. Questo rende quindi più pigra la sospensione, riducendo la corsa utilizzata. Per cui se in teoria dovremmo utilizzare più corsa a causa della riduzione di pressione per il freddo, l’aumento di viscosità dell’olio aumenta il freno in compressione riducendo la corsa utilizzata.
Per questo le sospensioni d’inverno sembrano più pigre, anche se in teoria dovrebbero essere più morbide.
Non dimentichiamoci poi delle guarnizioni in gomma che diventano più rigide col freddo e della differente dilatazione termica di materiali diversi. Spesso infatti le sedi degli OR sono in materiali polimerici che si restringono meno con il freddo dei metalli. Gli steli e le altre parti in alluminio al cui interno scorrono gli OR quindi si “stringono” sulle guarnizioni ed aumentano l’attrito.
Per questi motivi quindi d’inverno le sospensioni sembrano meno fluide e funzionano peggio.
19071.jpg


E voi, sentite che la forcella funziona diversamente a seconda della temperatura? Avete mai sentito una sospensione ad aria andare in crisi su una discesa impegnativa? Raccontate le vostre esperienze!
 
  • Mi piace
Reactions: gasate

mauron

Biker grossissimus
4/9/10
5.776
24
0
Visita sito
complimenti come al solito :celopiùg:

fino a poco tempo fa avevo una front
è non ho mai percepito variazioni di funzionamento

facevo anche percorsi meno impegnativi di quelli che faccio adesso

dunque dopo questa estate (con la full) potrò dire la mia :spetteguless:
 

andy_g

Biker poeticus
27/4/06
3.764
1.105
0
Roma
Visita sito
Bike
Giant Trance
Io ho una forcella a molla e ammo ad aria. Mentre sulla prima non osservo grandi variazioni il secondo effettivamente è un po' più incollato quando fa freddo, sicuramente come hai detto per l'irrigidimentomdelle guarnizioni.
 

Varne

Biker infernalis
1/4/08
1.848
-8
0
Trieste
Visita sito
Io invece sulla mia Liryk ho notato che lo scorso inverno aveva bisogno di una bella pompata perchè di fondocorsa ne faceva parecchi rispetto all'estate. Tutto questo ovviamente lo attribuisco alla diminuzione di volume del gas che funge da elemento elastico. Inoltre oltre che alla forcella e al mono ho notatao che anch'io col freddo divento più rigido e pigro nei movimenti....
P.S: la scorsa estate alle 2alpes il combinarsi degli effetti di temperatura e pressione sulle sospensioni ad aria l'ho notato molto bene. Sui trail a 3000 metri la bici era "sgonfia" mentre scendendo avevo la sensazione che si gonfiasse!
 

rdifra

Biker tremendus
28/3/08
1.026
60
0
Aosta
Visita sito
Molto interessante come articolo, complimenti.

Domanda, oltre alla temperatura dell'aria, pensi che anche durante una discesa impegnativa il riscaldamento della pinza e la trasmissione del calore dalla pinza alla forcella possa influire?

<OT>ma pure a voi utenti magistralis/magnificum/redazionis vengono bannate le parole? leggere --- Lussac fa strano</OT>
 

bikerciuc

Biker infernalis
nella mia esperienza dell' inverno trascorso posso dire che:

prima di affrontare le discese con temperature rigide ho sempre provveduto a ridurre un po' la frenatura del ritorno dell'ammo...
la forcella l'ho regolata al più di qualche click in relazione ai percorsi

sulla pressione... siccome la verificavo spesso prima di partire per il giro non ti so dire perchè era più o meno sempre quella ed in ogni caso avevo spesso con me la pompetta....

ritengo molto più importante, in inverno, la corretta lubrificazione degli steli ivi compreso quello dell'ammortizzatore...

poi scendendo sulla neve con -8° la forcella era effettivamente un po' più pigra per l'olio più denso del normale (credo che il maggior attrito degli OR sia compensato da una migliore scorrevolezza nelle boccole degli steli)...ma forse, a ben vedere, era l'ultimo dei miei problemi...
 

Andrea Bertu

Biker extra
15/6/09
744
0
0
Prov. Bergamo
Visita sito
Bike
Una capra
Ottimo articolo!
durante l'uscita di ieri sera si discuteva delle possibili variazioni delle sospensioni ad aria con temperature diverse...
io personalmente le trovo molto pigre d'inverno... d'estate come han detto altri vado in crisi io prima di loro (con il caldo afoso e pesante di questi giorni poi...) !!! :smile:
 

Danybiker88

Redazione
4/9/04
12.241
186
0
35
Torino
www.picasawebweb.com
Molto interessante come articolo, complimenti.

Domanda, oltre alla temperatura dell'aria, pensi che anche durante una discesa impegnativa il riscaldamento della pinza e la trasmissione del calore dalla pinza alla forcella possa influire?

<OT>ma pure a voi utenti magistralis/magnificum/redazionis vengono bannate le parole? leggere --- Lussac fa strano</OT>

Sicuramente il calore della pinza freno scalda la forcella, ma il suo effetto rimane limitato ai foderi e all'olio di lubrificazione in essi contenuto. La cartuccia aria si trova all'interno dello stelo, che scorre su boccole in materiale polimerico (Teflon, quindi isolante) e quindi non risente del riscaldamento del fodero.
Inoltre l'alluminio è un buon conduttore e la superficie di dissipazione di un fodero è elevata, quindi si raffredda abbastanza velocemente.

Diverso è il discorso delle parti interne della sospensione (steli, idraulica) che accumulano più facilmente calore e non riescono a dissiparlo.

Per quanto riguarda la mia esperienza, devo dire che mi è capitato alcune volte di surriscaldare un ammo, se non ricordo male si trattava di ammortizzatori senza piggy back. Un questi ammo l'olio, racchiuso all'interno del corpo, non riesce a dissipare bene il calore e l'ammortizzatore si surriscalda più facilmente. La sensazione è quella di una sospensione piuttosto dura, quasi bloccata. Un amico con un Pearl sentiva tantissimo quest'effetto, tanto che su discese molto sconnesse e veloci, l'ammortizzatore non funzionava quasi più, arrivando a pochi mm di corsa utilizzata. Lasciato raffreddare un attimo, tornava a posto.
Sicuramente oggi si è lavorato molto per migliorare la performance delle sospensioni ad aria e mandare in crisi una forcella od un ammo moderno di buona fattura è diventato più difficile.

OT: è vero sul forum c'è la censura automatica di alcune parole per tutti gli utenti, anche per direturi, redazione e moderatori. Purtroppo anche il povero Lussac viene censurato.
Sulla home invece no. Per questo consiglio sempre di leggere gli articoli dalla home, anche considerando che gli articoli sono ottimizzati per la visualizzazione in word press :spetteguless:
 

roberuff

Biker popularis
Riporto la mia esperienza di una forcella Marzocchi 888 SL ATA, su bici da DH.
Sabato e Domenica ho passato le 2 giornate con 28° gradi medi (20 in vetta) a scendere dal Tonale verso Ponte di Legno su un percorso che mette a dura prova le sospensioni xchè molto veloce per alcuni tratti e pieno di pietraie e bumps naturali.
Non ho mai notato un deterioramento nella prontezza di risposta della forcella, neanche nelle condizioni + critiche e dopo lunghi tratti di utilizzo severo.
Il deterioramento l'ho percepito solo su mani, avambracci e spalle...
 

motobimbo

Biker nirvanensus
30/9/08
28.901
1.890
0
Cimino
Visita sito
Bike
reputazioni ricevute vecchio forum: 11.988
@ Dany

tu sulle tue hai mai apprezzato modifiche di comportamento presumibilmente imputabili a variazioni di temperatura che non siano quelle provocate dall'utilizzo hard?
 

Danybiker88

Redazione
4/9/04
12.241
186
0
35
Torino
www.picasawebweb.com
@ Dany

tu sulle tue hai mai apprezzato modifiche di comportamento presumibilmente imputabili a variazioni di temperatura che non siano quelle provocate dall'utilizzo hard?

Non che ricordi, anche perchè tra inverno ed estate controllo e ritocco la pressione più volte. Nello stesso giro difficilmente incontri variazioni di più di 20°.
D'inverno trovo che l'effetto del freddo sia più influente su olio e guarnizioni, che sulla pressione dell'aria.

Invece, come detto prima, ho sentito alcuni ammo surriscaldarsi dopo un uso particolarmente intenso. Questo si.
 

oettam20

Biker serius
15/2/07
102
34
0
Como
Visita sito
Bike
Specialized
Articolo Superrr!
Io ho notato che passando da altitudini sui 200mt ai 1600 e più, le sospensioni della mia bike (Reba e Fox Float RP) sembrano diventare più rigide, con più sostegno all'inizio della corsa. E' possibile che la differente pressione atmosferica possa influenzare il comportamento delle sosp. o è una mia impressione?
 

Dr. Jekyll

Biker serius
28/9/09
191
55
0
41
Belluno
Visita sito
Bike
Scott Spark 960 2022
Sulla fox che monta la mia Radon adesso non ho notato grandi differenze tra inverno ed estate. Sulla bici precedente c'era una RST F1rts e devo dire che d'inverno diventava veramente rigida, quasi non affondava ed il ritorno era lentissssimo.
Stefano
 

Lrntz

Biker novus
16/6/11
2
0
0
Biella
Visita sito
Veramente ottimo articolo. Bravi!
Anche io trovo che le sospensioni risentano, in maniera ben percepibile, la variazone di pressione dovuta al cambiamento di quota e di temperatura, soprattutto per quanto riguarda la forcelle a ammo che abbiano una camera pneumatica importante (come la mia Lyrik).
Tuttavia avrei una domanda: hai preso in considerazione la legge di Lussac, valida solo per i gas perfetti (che non esistono in natura), ma se noi considerassimo i gas reali, presenti nell'atmosfera, le variazioni di pressioni sarebbero più o meno significative?
Mi rendo conto che sto cercando il pelo nell'uvo, ma è una questione che mi ha sempre incuriosito, a cui non ho ancora trovato risposta.
Grazie in anticipo!
 

Classifica mensile dislivello positivo