La cera para esquís es un material que se aplica a la parte inferior de los corredores de nieve, incluidos los esquís , las tablas de snowboard y los toboganes , para mejorar su coeficiente de rendimiento de fricción en diferentes condiciones de nieve . Los dos tipos principales de cera que se utilizan en los esquís son las ceras deslizantes y las ceras de agarre. Abordan la fricción cinética, que se minimizará con una cera deslizante, y la fricción estática.—Que se logra con una cera de agarre. Ambos tipos de cera están diseñados para combinar con las distintas propiedades de la nieve, incluido el tipo y tamaño de los cristales y el contenido de humedad de la superficie de la nieve, que varían con la temperatura y el historial de temperatura de la nieve. La cera Glide se selecciona para minimizar la fricción de deslizamiento tanto para el esquí alpino como para el esquí de fondo. Grip wax (también llamada "kick wax") proporciona tracción sobre la nieve para los esquiadores de fondo, mientras avanzan con una técnica clásica .
Sector (es) industrial (es) | Equipo y suministros para deportes de invierno |
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Principales tecnologías o subprocesos | Tribología |
Materia prima | Cera de parafina , resinas , fluorocarbonos |
Producto (s) | Cera deslizante, cera de agarre |
Compañías líderes | Brav Group ( Swix , Toko), Briko-Maplus, Dakine, Dominator, Hertel Wax , Holmenkol, Oneball, Purl, Rex, Rode, Skigo , Startex, Visti |
Los materiales plásticos modernos (por ejemplo, polietileno de alto módulo y teflón), utilizados en las bases de los esquís, tienen excelentes propiedades de deslizamiento sobre la nieve, que en muchas circunstancias disminuyen el valor añadido de una cera deslizante. Asimismo, las texturas unidireccionales (por ejemplo, escamas de pescado o pelos de microescamas) bajo los pies de los esquís de fondo pueden ofrecer un práctico sustituto de la cera de agarre para los esquiadores que utilizan la técnica clásica .
Historia
Johannes Scheffer en Argentoratensis Lapponiæ (Historia de Laponia) en 1673 dio lo que probablemente sea la primera instrucción registrada para la aplicación de cera de esquí [1] . Aconsejó a los esquiadores que usaran brea de alquitrán de pino y colofonia. La depilación con cera de esquí también se documentó en 1761. [2] En 1733 el coronel noruego Jens Henrik Emahusen describió el uso de alquitrán. En la década de 1740, el uso de resina y sebo bajo los esquís por parte de los samis está registrado por escrito. [3]
A partir de 1854, los mineros de la fiebre del oro de California organizaron carreras de esquí alpino. [4] También descubrieron que las bases untadas con drogas elaboradas con compuestos vegetales y / o animales ayudaron a aumentar la velocidad del esquí. Esto llevó a algunas de las primeras ceras comerciales para esquí (aunque no contenían cera), como Black Dope y Sierra Lighting ; ambos estaban compuestos principalmente de aceite de esperma , aceite vegetal y brea de pino. Sin embargo, algunos usaron cera de vela de parafina que se derritió sobre las bases de los esquís y funcionaron mejor en condiciones más frías. [5]
El alquitrán de pino en las bases de esquí de madera demostró ser eficaz para el uso de los esquís como transporte a lo largo de los siglos, ya que llena los poros de la madera y crea una superficie hidrófoba que minimiza la succión del agua en la nieve, pero tiene suficiente rugosidad para permitir la tracción para el movimiento hacia adelante. En las décadas de 1920 y 1930, las empresas europeas desarrollaron nuevos barnices como bases de esquí para toda la temporada. Un avance significativo para las carreras de campo traviesa fue la introducción de klister, para una buena tracción en nieve granular, especialmente en condiciones de primavera; klister fue inventado y patentado en 1913 por Peter Østbye . A principios de la década de 1940, una empresa química sueca, asesorada por el esquiador de fondo olímpico Martin Matsbo , inició el desarrollo de ceras a base de petróleo, utilizando cera de parafina y otros aditivos. En 1952, marcas tan destacadas como Toko, Swix y Rex proporcionaban una variedad de ceras codificadas por colores y adaptadas a la temperatura. [5]
En el último cuarto del siglo XX, los investigadores abordaron los problemas gemelos del agua y las impurezas que se adhieren a los esquís durante las condiciones primaverales. Terry Hertel abordó ambos problemas, primero con el uso novedoso de un surfactante que interactuaba con la matriz de cera de tal manera que repele el agua de manera efectiva, un producto introducido en 1974 por Hertel Wax . Hertel también desarrolló el primer producto de fluorocarbono y la primera cera de primavera que repele y hace que la superficie de carrera sea resbaladiza para el esquí alpino y la tabla de snowboard de primavera. Esta tecnología fue introducida al mercado en 1986 por Hertel Wax. [5] En 1990, Hertel solicitó una patente estadounidense sobre una "cera de esquí para su uso con esquís de nieve de base sinterizada", que contenía parafina, una cera endurecedora, aproximadamente un 1% de perfluoroéter diol y un 2% de tensioactivo SDS. [6] Las marcas comerciales de las ceras Hertel son Super HotSauce, Racing FC739, SpringSolution y White Gold. [5] En la década de 1990, el químico jefe de Swix , Leif Torgersen, encontró un aditivo de cera deslizante para repeler el polen y otras impurezas de la nieve, un problema con las ceras de agarre suave durante las carreras de distancia, en forma de fluorocarbono que se podía planchar en la base del esquí. La solución se basó en el trabajo de Enrico Traverso en Enichem SpA , quien había desarrollado un polvo de fluorocarbono con una temperatura de fusión solo unos grados por debajo de la del polietileno sinterizado , [5] patentado en Italia como un "lubricante de esquí que comprende cera parafínica e hidrocarburo compuestos que contienen un segmento de perfluorocarbono ". [7]
La ciencia del deslizamiento sobre la nieve
La capacidad de un esquí u otro corredor para deslizarse sobre la nieve depende tanto de las propiedades de la nieve como del esquí para obtener una cantidad óptima de lubricación al derretir la nieve por fricción con el esquí; si hay muy poca, el esquí interactúa con la nieve sólida cristales, demasiada atracción capilar del agua de deshielo retarda el esquí.
Fricción
Antes de que un esquí pueda deslizarse, debe superar el valor máximo de fricción estática, , para el contacto esquí / nieve, donde es el coeficiente de fricción estática y es la fuerza normal del esquí sobre la nieve. La fricción cinética (o dinámica) ocurre cuando el esquí se mueve sobre la nieve. [8] El coeficiente de fricción cinética,, es menor que el coeficiente de fricción estática tanto para el hielo como para la nieve. [9] [10] La fuerza requerida para deslizarse sobre la nieve es el producto del coeficiente de fricción cinética y la fuerza normal:. [11] Tanto los coeficientes de fricción estático como cinético aumentan con las temperaturas más frías de la nieve (también es cierto para el hielo). [10]
Propiedades de la nieve
Los copos de nieve tienen una amplia gama de formas, incluso cuando caen; entre estos se encuentran: dendritas en forma de estrella de seis lados , agujas hexagonales, plaquetas y gránulos helados. Una vez que la nieve se acumula en el suelo, los copos comienzan inmediatamente a sufrir una transformación (llamada metamorfosis ), debido a los cambios de temperatura, la sublimación y la acción mecánica. Los cambios de temperatura pueden deberse a la temperatura ambiente, la radiación solar, el agua de lluvia, el viento o la temperatura del material debajo de la capa de nieve. La acción mecánica incluye viento y compactación. Con el tiempo, la nieve a granel tiende a consolidarse [12]: sus cristales se truncan al romperse o perder masa con la sublimación directamente de sólido a gas y con la congelación-descongelación, lo que hace que se combinen como cristales de hielo gruesos y granulares. [13] [14] Colbeck informa que la nieve fresca, fría y artificial interactúan más directamente con la base de un esquí y aumentan la fricción, lo que indica el uso de ceras más duras. Por el contrario, las nieves más viejas, más cálidas y más densas presentan una menor fricción, en parte debido al mayor tamaño de grano, que promueve mejor una película de agua y una superficie más lisa de los cristales de nieve para los que están indicadas las ceras más suaves. [15]
- Cristales de nieve recién caídos y metamorfoseados
Copo de nieve dendrítico: micrografía de Wilson Bentley .
Plaquetas y agujas, dos formas alternativas de copos de nieve.
Nieve fresca y seca con enlaces recién formados, mostrando un límite de grano (centro superior).
Grupo de granos de hielo en nieve húmeda con bajo contenido de líquido; los cristales de los granos varían de 0.5 a 1.0 mm.
Propiedades de fricción del esquí
Colbeck ofrece una descripción general de los cinco procesos de fricción de los esquís en la nieve. Estos son: 1) la resistencia debida al arado de la nieve, 2) la deformación de la nieve sobre la que se desplaza el esquí, 3) la lubricación del esquí con una fina capa de agua derretida, 4) la atracción capilar del agua en la nieve hasta el fondo del esquí, y 5) contaminación de la nieve con polvo y otros elementos antideslizantes. El arado y la deformación pertenecen a la interacción del esquí, en su conjunto, con la nieve y son insignificantes sobre una superficie firme. La lubricación, la atracción capilar y la contaminación son problemas para la base del esquí y la cera que se aplica para reducir la fricción por deslizamiento o lograr un agarre adecuado. [15]
Por lo general, un esquí deslizante derrite una película delgada y transitoria de capa lubricante de agua, provocada por el calor de fricción entre el esquí y la nieve al pasar. Colbeck sugiere que el espesor de película de agua óptimo está en el rango entre 4 y 12 μ m . Sin embargo, el calor generado por la fricción se puede perder por conducción a un esquí frío, disminuyendo así la producción de la capa fundida. En el otro extremo, cuando la nieve está húmeda y cálida, la generación de calor crea una película más gruesa que puede crear un mayor arrastre capilar en la base del esquí. [15] Kuzmin y Fuss sugieren que la combinación más favorable de propiedades del material base del esquí para minimizar la fricción por deslizamiento del esquí sobre la nieve incluye: mayor dureza y menor conductividad térmica del material base para promover la generación de agua de deshielo para lubricación, resistencia al desgaste en nieve fría y hidrofobicidad para minimizar la succión capilar. Estos atributos se pueden lograr fácilmente con una base de PTFE , que disminuye el valor agregado de las ceras deslizantes. [16] Lintzén informa que otros factores además de la cera son mucho más importantes para reducir la fricción en los esquís de skate de fondo: la curvatura del esquí y las condiciones de la nieve. [17]
Cera deslizante
Glide wax se puede aplicar a esquís alpinos, tablas de snowboard, esquís de skate, esquís clásicos, esquís de travesía y esquís de travesía. Las ceras tradicionales comprenden hidrocarburos sólidos. Las ceras de "fluorocarburo" de alto rendimiento también contienen flúor que sustituye alguna fracción de los átomos de hidrógeno en los hidrocarburos con átomos de flúor para lograr coeficientes de fricción más bajos y alta repelencia al agua que la cera de hidrocarburo puro. [18] La dureza de la cera se ajusta para minimizar la fricción por deslizamiento en función de las propiedades de la nieve, que incluyen los efectos de: [18]
- Edad : refleja la metamorfosis de los cristales de nieve que son afilados y bien definidos, cuando son nuevos, pero con el envejecimiento se rompen o truncan con la acción del viento o se redondean en gránulos de hielo con la congelación-descongelación, todo lo cual afecta el coeficiente de fricción de un esquí.
- Contenido de humedad : el porcentaje de masa que es agua líquida y puede crear fricción de succión con la base del esquí mientras se desliza.
- Temperatura : afecta la facilidad con la que la fricción deslizante puede derretir los cristales de nieve en la interfaz entre el esquí y la nieve.
Propiedades
Una variedad de ceras deslizantes están diseñadas para rangos de temperatura específicos y otras propiedades de la nieve con una dureza de cera variable y otras propiedades que abordan la repelencia de la humedad y la suciedad. La dureza de la cera deslizante afecta el derretimiento de la nieve para lubricar su paso sobre la superficie y su capacidad para evitar la succión del agua de deshielo en la nieve. Muy poco derretimiento y bordes afilados de cristales de nieve o demasiada succión impiden el paso del esquí. Un punto de inflexión entre donde el tipo de cristal domina la fricción por deslizamiento y el contenido de humedad se produce alrededor de los 26 ° F (−3 ° C). Las ceras más duras abordan condiciones de nieve más frías, más secas o más abrasivas, mientras que las ceras más blandas tienen un coeficiente de fricción más bajo, pero se desgastan más fácilmente. Las formulaciones de cera combinan tres tipos de cera para ajustar el coeficiente de fricción y durabilidad. De duras a blandas, incluyen ceras sintéticas con 50 o más átomos de carbono, ceras microcristalinas con 25 a 50 átomos de carbono y ceras de parafina con 20 a 35 átomos de carbono. [18] Los aditivos para tales ceras incluyen grafito , teflón , silicio , fluorocarbonos y molibdeno para mejorar el deslizamiento y / o reducir la acumulación de suciedad. [19]
Solicitud
La cera Glide se puede aplicar fría o caliente. Las aplicaciones frías incluyen frotar cera dura como un crayón, aplicar cera líquida o cera en aerosol. [20] Las aplicaciones calientes de cera incluyen el uso de calor de una plancha, una lámpara de infrarrojos o un horno de "caja caliente". [21]
Material de base
La función de la cera deslizante es adaptar y mejorar las propiedades de fricción de la base de un esquí a las propiedades esperadas de la nieve que se encuentran en un espectro que va desde la nieve cristalina fría hasta la nieve granular saturada. Las bases de esquí modernas a menudo están hechas de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE) . Kuzmin afirma que el UHMWPE no es poroso y no puede contener cera ni agua, por lo que no hay posibilidad de llenar los poros; además, afirma que el UHMWPE es muy hidrófobo, lo que significa que la nieve mojada no retrasa apreciablemente el esquí y que la cera deslizante ofrece poca capacidad adicional para repeler el agua. Señala que las bases claras son más duraderas e hidrófobas que las que tienen contenido de carbono. [1] El mismo autor afirma que la textura es más importante que la química de la superficie para crear el equilibrio óptimo entre una superficie de carrera demasiado seca (no lo suficientemente resbaladiza) y demasiado húmeda (esquí sujeto a fuerzas de succión). En nieve cálida y húmeda, la textura puede ayudar a romper la atracción capilar retardadora entre la base del esquí y la nieve. [21] Giesbrecht está de acuerdo en que el ángulo de mojado bajo de la base del esquí es clave y también enfatiza la importancia del grado de rugosidad de la superficie en la escala micrométrica en función de la temperatura de la nieve: la nieve fría favorece una superficie más lisa y la nieve más húmeda y cálida favorece una superficie texturizada. [22] Algunos autores cuestionan la necesidad de utilizar ceras deslizantes en las bases de esquí modernas. [23] [24]
Cera de agarre
Los esquiadores de fondo utilizan una cera de agarre (también llamada "cera de patada") para los esquís encerables de estilo clásico para proporcionar tracción con fricción estática en la nieve que les permite impulsarse hacia adelante en llanuras y colinas. Se aplican en una zona por debajo del pie del esquiador y extendiéndose, algo hacia adelante, que está formada por la comba del esquí clásico, denominada "zona de agarre" (o "zona de patada"). [25] La presencia de comba permite que los esquís se agarren a la nieve cuando el peso está sobre un esquí y el esquí está completamente flexionado, pero minimiza la resistencia cuando los esquís tienen el mismo peso y, por lo tanto, no están completamente flexionados. Las ceras de agarre están diseñadas para rangos de temperatura y tipos de nieve específicos; una cera de agarre correctamente seleccionada no reduce de forma apreciable el deslizamiento de los esquís que tienen la curvatura adecuada para el peso del esquiador y para las condiciones de la nieve. [5] Hay dos sustancias que se utilizan para la cera de agarre: cera dura y klister.
- Cera dura : una sustancia tradicionalmente a base de cera de parafina con aditivos, para nieve que comprende cristales que están relativamente intactos y no cambian sustancialmente por el empaque o la congelación-descongelación . Los aditivos, que incluyen un tinte, caucho, colofonia, resina y colofonia , [16] ajustan la dureza de la cera para adaptar la efectividad de su agarre para rangos de temperatura específicos y discretos (de aproximadamente -25 ° F a +35 ° F ); las ceras se clasifican y codifican por colores de acuerdo con estos rangos de temperatura. [26] Las ceras de agarre más duro están diseñadas para temperaturas de nieve más frías, pero agarran mal en temperaturas cálidas. Por el contrario, las ceras más blandas en temperaturas frías crean suficiente fricción y fusión como para que la capa fundida se acumule y promueva la acumulación de nieve congelada. [27]
- Klister : un ungüento pegajoso, que puede contener una combinación de colofonias, ceras, disolventes y grasas [28], con la formulación adaptada para la nieve que comprende cristales gruesos, que se han transformado mediante congelación-descongelación o soplado por el viento, y ajustado para rangos de temperatura específicos. El klister en aerosol es más conveniente que el klister aplicado desde un tubo. [5] [26] Una coincidencia incorrecta del klister con las condiciones de la nieve también puede causar formación de hielo. [27]
Algunos esquís son "sin cera", tienen una textura de escamas de pez u otra textura para evitar que el esquí se deslice hacia atrás. [29] Los montañistas de esquí utilizan pieles de escalada adheridas temporalmente para proporcionar agarre cuesta arriba, pero normalmente se las quitan para el descenso. [30]
Derretir cera deslizante sobre un esquí de skate para planchar y raspar hasta que quede suave.
Aplicación de cera de agarre a un esquí de fondo clásico, utilizando un bote de cera, como los que se muestran en el primer plano de la izquierda.
Alisado de cera de agarre en un esquí de fondo clásico, utilizando un "corcho" de mano, como el elemento marcado "Swix" en el primer plano derecho.
Disolventes de cera
La cera se puede disolver con disolventes no polares como alcoholes minerales . [28] Sin embargo, algunos solventes de cera comerciales están hechos de aceite cítrico , que es menos tóxico, más difícil de encender y más suave en la base del esquí. [31]
Efectos sobre la salud y el medio ambiente
Salud
La cera para esquís puede contener sustancias químicas con posibles efectos sobre la salud, incluidas las sustancias perfluoroalquilo y polifluoroalquílico (PFAS). Se ha demostrado que los niveles de ácidos carboxílicos perfluorados , especialmente ácido perfluorooctanoico (PFOA) , aumentan en los técnicos de cera de esquí durante la temporada de esquí. [32] [33] [34]
Ambiente
Al esquiar, la fricción entre la nieve y los esquís hace que la cera se desgaste y permanezca en la capa de nieve hasta el deshielo primaveral. [35] Luego, el deshielo desemboca en cuencas hidrográficas, arroyos, lagos y ríos, cambiando así la química del medio ambiente y la cadena alimentaria. Los PFAS en la cera de esquí son resistentes al calor, química y biológicamente estables y, por lo tanto, persistentes en el medio ambiente. [36] Se ha demostrado que se acumulan en los animales que están presentes en las pistas de esquí. [37] La Federación Internacional de Esquí (FIS) anunció la introducción de una prohibición de los PFAS en las ceras en todas las disciplinas de esquí de competición a partir de la temporada de invierno de 2020/21. [38]
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La cera básica para esquí está hecha de hidrocarburos sólidos. Algunas empresas de cera también venden cera que contiene flúor. Con estas ceras, algunos, la mayoría o todos los átomos de hidrógeno de los hidrocarburos se han reemplazado por átomos de flúor. Este nuevo compuesto se llama fluorocarbono y ofrece coeficientes de fricción muy bajos y alta repelencia al agua.
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