Ahora que ya conocemos los conceptos de Sag estático y Sag dinámico (ver otros artículos en la sección técnica de Novatech Suspensiones), cabe plantearse porqué el cálculo del Sag y de la dureza de los muelles se realiza de la manera en que se ha descrito. Es más, es posible que muchos de vosotros aún no estéis convencidos de la importancia que tiene ajustar correctamente el Sag e instalar muelles de la dureza correcta. Espero que este artículo os aclare las dudas que podáis tener al respecto.
El papel de las suspensiones
Las carreteras, caminos y circuitos por los que circulamos no son superficies totalmente planas. Hay irregularidades, ondulaciones en el firme, baches, cambios de pendiente, que harían sumamente incómoda la conducción si las motos no tuviesen suspensiones. Pero incluso más importante, la seguridad en la conducción se vería totalmente comprometida, ya que la ausencia de suspensiones haría que la moto aplastase excesivamente los neumáticos contra el suelo o despegase del suelo con gran facilidad, con lo que los neumáticos derraparían y acabaríamos en el suelo. Esto se debe a que la moto y el piloto tienen una inercia nada despreciable (la magnitud física que mejor describe esto es la denominada cantidad de movimiento), y tenderían a seguir en la misma dirección a pesar de que el suelo bajo la moto suba o baje (debido a baches, piedras, ondulaciones o cambios de pendiente).
La ausencia de suspensiones también produciría fuertes vibraciones (que podrían conducir a que se aflojen algunos tornillos o se rompan prematuramente algunas piezas), desgaste acelerado de los neumáticos, lesiones en muñecas y espalda, etc.
Así pues, el papel de las suspensiones debe consistir en aislar a la moto y al piloto de las irregularidades del terreno. Esto se traduce tanto en una conducción mucho más confortable como en que los neumáticos permanezcan adheridos al suelo a pesar de las irregularidades.
¿Cómo se consigue un mayor confort de marcha? Pues incorporando muelles en las suspensiones, de modo que dichos muelles se acorten o extiendan para absorber las irregularidades del terreno, de modo que estas irregularidades no se transmitan a la moto ni al piloto.
¿Cómo se consigue que las ruedas se mantengan en contacto con el suelo? Por una parte, el conjunto de la rueda y elementos anexos (discos de freno, corona, basculante, etc), que técnicamente se denomina masa no suspendida, tiene una masa muy inferior a la del resto de la moto y el piloto, con lo que tiene menos inercia y se adapta más rápidamente a las irregularidades del terreno. Pero por otra, el neumático es deformable, siendo en realidad un componente muy importante del sistema de suspensión. Es más, el neumático, a diferencia de la horquilla y el amortiguador, no tiene ninguna masa adicional entre el mismo y el suelo. Está en contacto con el suelo, por lo que su efectividad a la hora de absorber pequeñas irregularidades es insustituible.
Como comentario al margen diré que si las suspensiones sólo tuviesen muelles, la moto estaría oscilando arriba y abajo todo el tiempo. Además del sistema de suspensión propiamente dicho (los muelles), hace falta el sistema de amortiguación (es decir, el componente hidráulico) para amortiguar esas oscilaciones lo más rápidamente posible.
No quiero terminar esta sección sin resaltar una consideración muy importante. Dudo que ningún motero se comprase hoy en día una moto sin suspensiones, por barata que fuese. Entonces, ¿por qué ocurre tan a menudo que una moto se queda sin suspensión delantera o trasera en condiciones críticas y el propietario de la moto no hace nada para corregir esta peligrosa situación? Me refiero a aquellas situaciones en que una de las dos suspensiones de una moto hace tope, lo que en la práctica equivale a quedarse sin suspensión. He podido observar estas situaciones sobre todo en circuito, con pilotos haciendo tope en la horquilla en casi todas las curvas, al apurar la frenada, y otros hundiendo el basculante hasta hacer tope, al acelerar fuerte a la salida de una curva con la moto aún inclinada.
Suspensiones y necesidad de ajuste
Las suspensiones de las motos (tanto horquilla como amortiguador) se diseñan para absorber irregularidades de cierta magnitud. Ninguna suspensión es capaz de absorber baches muy profundos. Según el tipo de moto y el terreno para el que está diseñada, las suspensiones tienen un recorrido máximo. Una vez agotado este recorrido, la suspensión hace tope y deja de actuar. Por ejemplo, en una moto deportiva, este recorrido suele ser de unos 120 mm. Si la moto se conduce por el tipo de terreno para el que fue diseñada y la suspensión está adaptada al peso del piloto y correctamente ajustada, nunca debería hacer tope, ni siquiera con los estilos de conducción más agresivos. La única excepción se da cuando la rueda se despega del suelo (la delantera al acelerar muy fuerte o la trasera al frenar muy fuerte), pero en este caso no es peligroso porque la rueda no toca el suelo y la suspensión no es necesaria mientras la rueda está en el aire.
¿Pero cómo se consigue ajustar correctamente unas suspensiones, evitando además que hagan tope? Pues básicamente ajustando tres magnitudes, independientemente de que la moto tenga suspensiones ajustables o requiera llevarla a un servicio técnico especializado para realizar dichos ajustes. En primer lugar, dado que las suspensiones tienen un recorrido limitado, deberemos conseguir que en ausencia de baches (es decir, moto parada con el piloto encima y sin apoyar los pies en el suelo) las suspensiones estén a medio recorrido (esto lo matizaré luego). De esta forma, las suspensiones serán capaces de absorber irregularidades del terreno en ambos sentidos, es decir, tanto baches como resaltes. Este centrado de las suspensiones, para que puedan aprovechar todo su rango de funcionamiento, es lo que se consigue ajustando la precarga, o lo que es lo mismo, el Sag.
En segundo lugar, los muelles de las suspensiones deben tener la dureza adecuada. Unos muelles demasiado blandos darán lugar a un recorrido excesivo (tanto en acortamiento como en estiramiento) en las situaciones más exigentes (baches más grandes, frenadas muy fuertes, etc), pudiendo llegar a hacer tope en dichas situaciones. Por el contrario, unos muelles excesivamente duros darán lugar a recorridos demasiado cortos, con lo que estaremos desaprovechando una parte importante del recorrido que nos ofrecen las suspensiones. Esto se traducirá, no sólo en un menor confort de marcha, sino también en un mayor castigo de los neumáticos. Es importante tener en cuenta que, ante un resalte en el terreno, la fuerza que se hace sobre los muelles de las suspensiones depende de la inercia de la moto más el piloto. Igualmente, en una frenada muy fuerte, puede llegar a transferirse todo el peso a la horquilla. De nuevo, se trata del peso de la moto más el piloto. En otras palabras, el ajuste de la dureza de los muelles debe hacerse teniendo en cuenta el peso de la moto más el piloto equipado.
Y en tercer lugar, los hidráulicos de la suspensión se han de ajustar de modo que, ante una irregularidad brusca en el terreno, el recorrido de las suspensiones para absorberla no sea mayor que si la misma fuerza se aplicase sobre los muelles de las suspensiones de forma lenta y progresiva. Este ajuste es más complejo de entender, por lo que lo ilustraré con una sencilla figura. En esta figura se muestra el acortamiento de un amortiguador X(t) a lo largo del tiempo t cuando se le aplica bruscamente una fuerza para comprimirlo en t=0. En la figura (a) se muestra el comportamiento cuando los ajustes de los hidráulicos (compresión y extensión) están demasiado cerrados. La respuesta es lenta. Al amortiguador le cuesta responder y absorver la fuerza aplicada sobre el mimso. El acortamiento es el mismo que con otros ajustes diferentes para los hidráulicos porque en este ensayo se mantiene la fuerza aplicada. Pero si se tratase de un bache, la causa del acortamiento ya habría desaparecido antes de que el amortiguador hubiese respondido adecuadamente. En la figura (b) se muestra el comportamiento cuando los ajustes de los hidráulicos (compresión y extensión) están demasiado abiertos. La respuesta es más rápida pero se producen oscilaciones. Estas oscilaciones son doblemente peligrosas. Por una parte, es desagradable la sensación que se experimenta en aceleraciones y frenadas fuertes cuando se producen estas oscilaciones, ya que se producen repetidas faltas de adherencia del neumático, disminuyendo la tracción o la efectividad de la frenada, según el caso. Pero por otra, el hecho de que el acortamiento del amortiguador alcance valores de pico más grandes en el caso de la figura (b) puede traducirse en que la suspensión haga tope, incluso cuando la precarga y la dureza del muelle están correctamente ajustados. Finalmente, en la figura (c) se muestra la respuesta para un ajuste correcto de los hidráulicos. La respuesta es bastante más rápida que en la figura (a), pero sin oscilaciones y, por tanto, sin riesgo de que esas oscilaciones puedan traducirse en que las suspensiones hagan tope.
Así pues, tan importante es ajustar la precarga como la dureza del muelle como los hidráulicos para conseguir aprovechar al máximo el recorrido que nos ofrecen las suspensiones, pero sin el riesgo de hacer tope en situaciones extremas. Ya hemos indicado que la dureza de los muelles debe calcularse para cada moto teniendo en cuenta el peso del piloto. Pero es importante añadir que el ajuste de los hidráulicos para conseguir la respuesta vista en la figura (c) no es fijo para una moto dada. Dicho ajuste depende del peso (moto más piloto) y de la dureza del muelle. Así pues, si se cambian los muelles, deben reajustarse los hidráulicos.
Pero volvamos sobre el tema del centrado de las suspensiones, que se consigue ajustando la precarga, para aprovechar al máximo el recorrido útil que nos ofrecen las suspensiones. Hay que tener en cuenta que un muelle lineal se acorta la misma cantidad al aplicarle una fuerza que lo que se alarga al aplicarle la misma fuerza pero en sentido contrario. Por tanto, parecería lógico ajustar la precarga para situar el recorrido de las suspensiones justo en su punto medio, y así disponer del máximo desplazamiento posible en ambos sentidos (compresión y extensión). De hecho, ese ajuste es adecuado si vamos a realizar una conducción muy tranquila.
Pero veamos qué es lo que pasa cuando la conducción es muy agresiva. Suponiendo un reparto de pesos del 50% en cada rueda, cuando la aceleración es tal que la rueda delantera llega a despegar del suelo, el 100% del peso descarga sobre la rueda trasera. De forma análoga, cuando la frenada es tan fuerte que la rueda trasera llega a despegarse del suelo, el 100% del peso descarga sobre la rueda delantera. Finalmente, al tomar una curva, la fuerza resultante aplicada sobre las suspensiones es la que resulta de componer el peso (fuerza de la gravedad) de la moto y el piloto con la fuerza centrífuga. Esta última depende de la inclinación de la moto. Estrictamente hablando, en terreno llano, depende del ángulo que forma la horizontal con la línea que une el centro de gravedad con la línea que une los centros de las huellas de los neumáticos. Este ángulo es ligeramente inferior al ángulo de inclinación de la moto, pero muy similar. Un piloto profesional suele llegar a superar ligeramente los 60 grados de inclinación. Para 60 grados, unos sencillos cálculos geométricos de nuevo dan como resultado que se duplica la fuerza aplicada sobre las suspensiones respecto a la misma moto en posición vertical y velocidad constante. No hace falta resaltar que cuando se duplica la fuerza aplicada sobre las suspensiones (de una o de las dos ruedas), el muelle correspondiente se va a comprimir, disminuyendo con ello la distancia útil que le queda antes de hacer tope.
Objetivos a conseguir con el ajuste del Sag y los muelles
Así pues, no tiene mucho sentido disponer del máximo rango dinámico de las suspensiones cuando circulamos en línea recta a velocidad constante y, en cambio, ver reducido notablemente dicho rango dinámico cuando aceleramos, frenamos o inclinamos de forma agresiva. Sería más lógico dejar al menos el mismo rango dinámico cuando circulamos en línea recta y cuando realizamos maniobras agresivas. Por ese motivo, las recomendaciones para el ajuste de la precarga (el Sag) son tales que las suspensiones se dejan a un tercio de su recorrido útil (y no a la mitad) cuando dichas suspensiones soportan el peso de la moto y el piloto en parado.
Para una conducción muy agresiva, hemos visto que puede llegar a multiplicarse por dos la fuerza ejercida sobre las suspensiones, y eso sin tener en cuenta las fuerzas adicionales derivadas de las irregularidades en el terreno. Por tanto, el ajuste del Sag y de la dureza de los muelles debería ser tal que cuando se duplica la carga aplicada sobre las suspensiones, éstas se hunden como mucho hasta dos tercios de su recorrido útil, dejando al menos un tercio para que las suspensiones sigan funcionando sin hacer tope en las situaciones indicadas (acelerar, frenar o inclinar de forma agresiva).
Pero pocos talleres disponen de prensas que permitan aplicar esa fuerza sobre la moto y permitir así el ajuste correcto de Sag y muelles. Así que ha habido que echar mano de las matemáticas y definir una forma más práctica de ajustar la precarga y los muelles.
Precompresión y dureza de los muelles
La realidad es muy compleja. Por una parte, existen muelles con un comportamiento no lineal, como por ejemplo los muelles progresivos. Por otra parte, los sistemas de bieletas habituales en la suspensión trasera de una moto dan lugar a un comportamiento progresivo, incluso cuando el amortiguador tiene un muelle lineal. Es perfectamente posible diseñar un sistema de bieletas que mantenga el comportamiento lineal del muelle, pero lo más habitual es diseñar esas bieletas para conseguir el comportamiento progresivo antes indicado. No obstante, por simplicidad, vamos a suponer en lo que sigue que el muelle de todas las suspensiones, incluido el sistema de bieletas en su caso, se comportan de forma totalmente lineal.
Un amortiguador (o una horquilla) incorpora un sistema hidráulico que consiste en uno o más émbolos que deslizan dentro del correspondiente cilindro. Este sistema hidráulico tiene unos topes, que determinan el recorrido de las suspensiones (el cual es amplificado por el basculante en el caso de la suspensión trasera). Además, incorpora un muelle cuyo recorrido es bastante mayor que el del hidráulico. Este mayor recorrido permite comprimir el muelle antes de montarlo, así como comprimir más aún dicho muelle, una vez montado, cuando actuamos sobre el ajuste de la precarga, todo ello sin disminuir el recorrido efectivo de la suspensión. Esa compresión del muelle obviamente acorta la longitud del mismo, pero no acorta la longitud del amortiguador (o de la horquilla), que siguen teniendo su máxima extensión. Ese muelle comprimido está ejerciendo una fuerza sobre la estructura del amortiguador (o de la horquilla), pero nada se mueve porque el amortiguador está haciendo tope y se queda en su máxima extensión.
¿Y para qué sirve comprimir el muelle? Pues para que el amortiguador no empiece a comprimirse nada más aplicarle una pequeña fuerza sino que lo haga cuando dicha fuerza supere la que el muelle ya está haciendo sobre la estructura del amortiguador.
¿Y qué ganamos con esa compresión del muelle? Pues sacarle más partido al rango dinámico que nos ofrecen las suspensiones, al menos en aquellos casos en que la conducción no es agresiva y las ruedas nunca se despegan del suelo. En otras palabras, si las suspensiones siempre van a soportar al menos el peso de la moto, ¿para qué necesito que funcionen cuando el peso aplicado es sólo una fracción del peso de la moto? Insisto en que la situación cambia en conducción agresiva, pues las ruedas llegan a despegar del suelo. En ese caso, simplemente los amortiguadores se diseñan con una menor precompresión de los muelles.
Pero volvamos al ajuste de la precarga y de la dureza del muelle. Suponiendo un comportamiento lineal de los muelles, la figura muestra el desplazamiento de un extremo del amortiguador (es decir, el acortamiento) cuando se aplica una fuerza. Como puede verse, al estar precomprimido el muelle, hasta que no se aplica una fuerza de una cierta magnitud, no empieza a acortarse el amortiguador. A partir de ese punto, el acortamiento es proporcional a la fuerza adicional aplicada, al tratarse de un muelle lineal.
La figura muestra el comportamiento de dos amortiguadores con muelles de diferente dureza (representados en rojo y marrón). La dureza del muelle (o mejor dicho, la inversa de la dureza) define la pendiente de la recta. La precompresión del muelle (la de fábrica más la precarga que nosotros le ajustemos) define la fuerza a partir de la cual el amortiguador empieza a acortarse.
El amortiguador rojo tiene menos precarga que el marrón y, por tanto, empieza a comprimirse con menos fuerza aplicada. Pero a partir de ese punto, al tener un muelle más duro, cada milímetro que se comprime requiere la aplicación de más fuerza que el amortiguador marrón. Hay un punto en el que ambas rectas se cortan, lo que indica que ambos amortiguadores se acortan exactamente lo mismo bajo la misma fuerza aplicada. Pero a partir de ese punto, el amortiguador marrón se va a comprimir mucho más que el rojo, pudiendo llegar a hacer tope con mucha más facilidad que el amortiguador rojo.
¿Por qué no basta con ajustar la precarga (el Sag)?
La teoría nos dice que hacen falta dos parámetros para definir una recta. Si sólo ajustamos la precarga (o sólo cambiamos el muelle), podemos conseguir que la recta pase por un punto deseado, pero no por dos puntos. En otras palabras, podemos ajustar cuánto se comprime el amortiguador cuando la moto circula en línea recta y a velocidad constante, pero no cuánto se comprime en conducción agresiva. Alternativamente, podemos ajustar cuánto se comprime el amortiguador en conducción agresiva (cargando la moto con el doble de su peso más el del piloto) pero entonces no podremos ajustarla adecuadamente para circular en línea recta. Esto puede verse claramente en la figura, ya que la precarga desplaza la recta hacia la derecha o hacia la izquierda, pero no cambia su pendiente. Y todo esto suponiendo que no excedemos los maŕgenes que nos permite el ajuste de la precarga del amortiguador.
Ajuste de la precarga (o del Sag) y de la dureza de los muelles
Como ya hemos visto, se trata simplemente de ajustar una recta definida por dos parámetros, la precarga (la suma de la de fábrica más la ajustable) y la dureza del muelle. Para ajustar dicha recta, nos basta con conocer dos puntos de la misma. Esos dos puntos, por simplicidad, se ha buscado que sean fáciles de medir. Uno de ellos es el acortamiento del amortiguador cuando soporta sólo el peso de la moto (sin piloto) y el otro es el acortamiento del amortiguador cuando soporta el peso de la moto más el piloto equipado. Esas dos mediciones se han convertido ya en el procedimiento estándar para el ajuste de la precarga y el cálculo de la dureza del muelle requerido. No detallo aquí el resto del procedimiento y de los cálculos, porque son ya muy conocidos y pueden encontrarse, entre otros sitios, en otros artículos en la sección técnica de Novatech Suspensiones.
Entonces, si basta con dos mediciones, ¿por qué hay que medir también con la moto colgada o con caballete central? Pues simplemente porque, como ya he dicho, hay que medir el acortamiento del amortiguador. Y para poder medir cuánto se ha acortado, hace falta primero medir su longitud sin acortar. Para ello, las suspensiones han de tener su máxima extensión. Hay que tener en cuenta que si levantamos la moto con los caballetes habituales para cambiar neumáticos o instalar calentadores en una moto de circuito, las suspensiones siguen soportando el peso de la moto. Esa medición no es válida.
Asimismo, cabe preguntarse si debemos medir el acortamiento del amortiguador o si basta con medir cuánto sube el basculante. Como ya he indicado antes, los sistemas de bieletas no suelen ser lineales, por lo que se introduce un cierto error al medir el despalzamiento del basculante. Pero teniendo en cuenta lo difícil que sería medir sobre el propio amortiguador y que el recorrido del basculante es mucho mayor que el del amortiguador, el reultado en general es que resulta preferible medir el desplazamiento del basculante.
¿Y no sería más exacto usar dos puntos de la recta lo más alejados posible entre sí, para que los errores cometidos en la medición afecten menos a los cálculos? Pues la respuesta es afirmativa, pero como he dicho antes, habría que buscar la forma de cargar la moto con el doble de su peso más el del piloto equipado. Y además, habría que recalcular las reglas prácticas para el cálculo del Sag y la dureza de los muelles.
¿Y no sería posible hacer las medidas sin tener que levantar la moto en el aire? Pues en teoría, es posible calcular la dureza del muelle con tres mediciones. Pero no es posible calcular la precarga adecuada, pues se carece de la referencia de las suspensiones totalmente extendidas. En cualquier caso, poco cuesta poner un caballete central (si la moto no dispone de uno).
Espero haber aclarado muchas de las dudas que pudierais tener sobre suspensiones, precarga y muelles. Como siempre, de cara a calcular la dureza de los muelles, seleccionar un fabricante de la calidad y precio adecuados, desmontar horquilla y amortiguador, siempre resulta recomendable recurrir a los profesionales, evitando dañar los componentes en el proceso o realizar un montaje incorrecto.