VALIDACIÓN DE LA POTENCIA EN LA BICICLETA DE CICLISMO INDOOR KEISER M3I CON EL POTENCIÓMETRO POWERTAP P1

La bicicleta de ciclismo indoor KEISER M3i es una de las más avanzadas que existen en el mercado, una de las que teníamos pendiente probar y exprimir junto con modelos como la Tomahawk IC7, Technogym Group Cycle y Stages SC. Evidentemente “mide” potencia y su punto fuerte es la compatibilidad con APPs a través de Bluetooth Smart. Actualmente, existen 4 APPs disponibles o en proceso de lanzamiento, pero este artículo es un paso previo al análisis de dichas APPs, ya que nos hemos centrado en validar los datos de potencia que ofrece la Keiser M3i.

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INTRODUCCIÓN

Hace ya tiempo que el ciclismo indoor se acerca a las prestaciones del ciclismo outdoor y cada vez son más los profesionales interesados en el entrenamiento a través de la potencia. Recientemente, hemos publicado en el blog zitaSport el webinar de las II Jornadas de la Cátedra de Ciclismo Indoor GHSports – Universidad Europea (ver webinar gratuito aquí).

En el ciclismo indoor actual, estamos viviendo un cambio de paradigma: de las sensaciones de esfuerzo a los displays con pulsaciones y vatios, en definitiva: del ciclismo analógico al ciclismo digital. Evidentemente, sin olvidar su esencia: soporte musical, actividad fitness y mucha motivación. Pero además, introduciendo la posibilidad de trabajar con vatios… en resumen, como suele comentar el gran Paco González: es la era de la “pedagogía de la potencia”.

En el blog zitaSport, hemos querido realizar una validación independiente de la bicicleta Keiser M3i. Este detalle es importante: INDEPENDIENTE. La bicicleta ha sido cedida por Keiser durante unas semanas para su análisis, que incluirá muy probablemente una visión específica en otro artículo de las APPs compatibles, pero primero hemos querido validar la potencia de la forma más aséptica posible, y es por ello, que en este artículo hemos puesto especial empeño en mostrar la metodología empleada, por si cualquier profesional, en cualquier parte del mundo, desea reproducir el estudio.

Esta es la segunda cuestión fundamental del artículo: la METODOLOGÍA. Si el interés del lector se basa en los resultados, basta con llegar al final del artículo, pero hemos querido ser meticulosos en el procedimiento de validación. Así como en mostrar todos los pasos dados hasta llegar al resultado final y sus conclusiones para que el estudio sea REPRODUCIBLE.

MATERIAL EMPLEADO

La primera validación que hemos realizado corresponde a la bicicleta de ciclismo indoor BH Duke H925 (leer artículo aquí). Hemos empleado prácticamente la misma metodología y materiales que en el artículo anterior. Como en el caso de la BH Duke H925, la bicicleta Keiser M3i no mide la potencia real que se produce al pedalear, sino que realiza una estimación a través del volante de inercia. Al fin y al cabo, lo importante es que el dato que ofrezcan las bicicletas cumpla dos requisitos: que sea preciso, y más aún, que sea fiable (que la desviación que pueda tener con respecto a una medición real sea constante). Es por ello, que hemos utilizado el potenciómetro POWERTAP P1.

El potenciómetro POWERTAP P1 ha servido de “patrón de oro” o Gold Standard con el que comparar los datos de la Keiser M3i. El análisis completo del potenciómetro en el blog zitaSport se puede leer aquí.

Powertap es una marca reputada, que junto con SRM ha validado sus productos a través de publicaciones científicas:

Accuracy of SRM and PowerTap Power Monitoring Systems for Bicycling

Validity and Reliability of the PowerTap Mobile Cycling Powermeter when compared with the SRM Device

Validity and Reproducibility of the Ergomo Pro Power Meter Compared with the SRM and PowerTap Power Meters

De todos los modelos de ambas marcas, el único que se puede utilizar en una bicicleta de ciclismo indoor es el potenciómetro ubicado en los pedales de la marca Powertap, modelo P1.

El distribuidor nacional de POWERTAP es Tamalpais, S.L.. El potenciómetro ha sido cedido para el análisis por Tamalpais S.L. y ya está de vuelta, en idénticas condiciones. Desde aquí, nuestro agradecimiento por las facilidades que siempre dan para la gestión de las cesiones.

Si estáis pensando en adquirir un potenciómetro de la marca, antes de nada, preguntad en Tamalpais, el trato es profesional y el asesoramiento exquisito. Personalmente, hemos solicitado a Tamalpais la petición expresa de que los pedales estuvieran recién calibrados, para un mejor análisis. Siempre podréis trastear por internet en busca del mejor precio, pero en algunos casos, y este es uno de ellos, merece la pena adquirirlo en el distribuidor oficial y poder disfrutar de la tranquilidad de un asesoramiento profesional. Al fin y al cabo estamos hablando de un producto con un precio por encima de 1.000 euros.

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Para la recogida de datos, un Garmin EDGE Explore 1000 cedido por Garmin. Igualmente, agradecimiento desde el blog zitaSport a la gente de Garmin por su predisposición.

KEISER M3I

La bicicleta, como ya hemos comentado, ha sido cedida por Keiser y calibrada expresamente para el análisis por Paco González, Director Internacional de los programas de formación de Keiser.

El modelo es el ya comentado, Keiser M3i. La versión del display (esto es importante para la metodología como veremos más adelante) es la 6.15.

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Los datos han sido registrados a través de Bluetooth Smart en la APP impowered be Trained PRO, en versión beta mediante un Sony Xperia Z1 Compact.

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CONECTIVIDAD

Antes de comentar la metodología de la validación, es importante señalar cómo funciona la Keiser M3i en lo que se refiere a la conectividad del display.

Por una parte, la frecuencia cardiaca llega al display a través de la señal analógica de 5kHz, sin embargo, la señal que emite el display es Bluetooth Smart (Low Energy o 4.0). Al respecto, es interesante el artículo: SISTEMAS DE TRANSMISIÓN INALÁMBRICA EN LA TECNOLOGÍA PARA EL DEPORTE

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La versión del display condiciona la metodología, ya que emite un dato cada 2 segundos (en los test realizados cada 2,3 segundos para ser exactos).

En la web de desarrollo de Keiser podemos leer: The transmission from the bike is a non-connectible unidirectional advertisement packet set to transmit the bikes current statistics once every 357 milliseconds. Bike versions previous to 6.30 use a broadcast period of 2 seconds, but this was changed in version 6.30 to overcome issues with detecting broadcasts on devices using shared antennas.

La versión actual del display (6.30 y posteriores) emite un dato cada 357 milisegundos. Esto no supone un problema en la validación, pero es necesario mencionarlo para entender la metodología.

Los datos han sido registrados con la APP impowered be Trained PRO (versión beta) que permite exportar los datos en formato .TCX para su posterior análisis.

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Tanto los archivos .TCX del Garmin EDGE Explore 1000 como los archivos generados, también en formato .TCX, de la APP impowered be Trained PRO, se pueden abrir en Excel.

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MÉTODOLOGÍA

La metodología es sencilla pero ciertamente laboriosa: se han realizado cuatro sesiones en días diferentes, con calibración previa del potenciómetro Powertap P1 antes de cada sesión (zero offset para ser realmente exactos en la definición, ya que la calibración se realiza en fábrica).

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Se han realizado un total de 50 test durante las cuatro sesiones. Todos los test de más de 1 minuto de duración siempre que la intensidad lo ha permitido, y al menos de 30 segundos en cualquier caso.

Los test se han basado en mantener una intensidad y cadencia constantes, con objeto de obtener posteriormente el valor medio de potencia en ambos dispositivos (Powertap P1 y Keiser M3i). Se han realizado los test a diferentes cadencias, siempre entre 70 y 90rpm. Posteriormente, se ha comprobado que la cadencia no afecta a la precisión de la bicicleta Keiser M3i. Los datos continúan siendo consistentes a más de 140rpms.

Los test se han realizado en posición de pedaleo sentado.

En los 50 test hemos comparado datos de todo el rango de potencia que ofrece la bici de Ciclismo Indoor, esto es: los test se han realizado a potencias de 20w, 40w, 60w, 80w, etc. cuando no ha sido posible mantener la intensidad durante 1 minuto, los test se han realizado a una duración de 30 segundos: 600w, 620w, 640w, etc. (excepto el test de 800w, a intensidad máxima).

Estos son los datos de los test realizados:

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Para comparar los datos, y ya que la versión del display de la bicicleta Keiser 3Mi emite datos cada 2 segundos (2,3 según nuestras pruebas) se han comparado los valores medios de cada test 3 segundos después de empezar cada uno de ellos y 3 segundos antes de terminarlos, eliminando los primeros y últimos segundos. Esto es así ya que en numerosas ocasiones, la diferencia en el intervalo de los registros, ofrece en el Garmin una rampa hasta la potencia media sostenible que en la APP no aparece, sobretodo en intensidades altas.

Es importante señalar que esta particularidad tan solo afecta a la APP (no a la información que aparece en el display, que es inmediata) y solo en la versión del display con la que hemos trabajado (6.15). La versión actual (6.30+) emite un dato cada 0,357 segundos. Probablemente los desarrolladores de aplicaciones decidan filtrar algunos datos y utilizar el sistema convencional que vemos en Polar, Garmin o Suunto de medición de 1 dato por segundo.

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En el propio display de la bicicleta los datos de potencia aparecen de manera instantánea al realizar el esfuerzo. Podemos decir que la “reactividad” de la bicicleta a la potencia es inmediata.

RESUMEN DE LAS SESIONES

Las gráficas de tres de las cuatro sesiones se muestran a continuación. Dado que el Garmin EDGE Explore 1000 registra los datos cada segundo, y la APP impowered be Trained PRO los registra cada, aproximadamente, 2,3 segundos, no es posible visualizar ambos registros en una misma gráfica (potencia / tiempo). Las imágenes adjuntas han sido realizadas superponiendo gráficas independientes, por lo que visualmente se pueden observar desfases temporales (flechas verdes). Esto no afecta a la validación, ya que los 50 test comienzan y terminan cuando comienza cada esfuerzo puntual, salvando los 3 segundos al comienzo y finalización de cada uno de los test.

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THX TO the5krunner:

Overlay 07-06-2016

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Los 50 test devuelven 50 puntos que pueden ser ordenados en una gráfica, lo que nos permite realizar una regresión lineal de los mismos y obtener la fórmula que relaciona la potencia de la bicicleta Keiser M3i con la potencia del potenciómetro Powertap P1.

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RESULTADOS

En primer lugar, la fórmula más interesante. La potencia generada por la bicicleta en relación a la que podríamos considerar como “potencia real”, que nos ofrece el potenciómetro Powertap P1.

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También podemos obtener la relación contraria, aislando los vatios generados por el potenciómetro Powertap P1. Esto puede ser útil cuando salimos a entrenar con la bicicleta de carretera o MTB.

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Por último, un resumen de los resultados obtenidos y el coeficiente de correlación, que lógicamente es muy alto, pues estamos midiendo lo mismo en ambos casos (potencia) y únicamente varía el dispositivo.

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INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS

Cuando vemos una fórmula como las que ofrece la regresión lineal simple, donde y = a · x + b, puede no quedar claro como es la relación entre ambas mediciones de potencia. Por ello, dedicamos unas líneas a explicar la fórmula, y como cambia la relación entre las potencias en función de las variables “a” y “b” en la regresión.

“y” y “x” son los datos de potencia ofrecidos por el potenciómetro (W Gold Standard) y la bicicleta (W Ciclismo Indoor). Las variables “a” y “b” definen la relación entre ambas mediciones.

La variable “a” significa lo que se van separando las rectas, así que lo mejor es que el dato se mantenga muy cercano a “1”, ya que esto significa que las líneas no se van separando. En el ejemplo a = 2.

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La variable “b” significa la separación constante entre ambas rectas. Si a = 1; ambas rectas son idénticas, y b define el error sistémico. Esto es: las rectas serán paralelas y “b” definirá lo juntas o separadas que estén. En el ejemplo, b = 100.

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Utilizando la ecuación de regresión lineal obtenida en el estudio podemos “pintar” las rectas del potenciómetro y la bicicleta en la misma gráfica, encontrando que las rectas prácticamente se superponen. El dato de potencia ofrecido por la Keiser M3i se acerca mucho al dato real del potenciómetro Powertap P1, pero ¿Cuánto?

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DISCUSIÓN

Si hayamos la diferencia de varias mediciones (50w, 100w, 150w, etc.) y observamos el valor en porcentaje, vemos que la diferencia entre ambas mediciones es del 5%.

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Es importante señalar que esto no significa que el “margen de error” de la bicicleta Keiser M3i sea del 5%, sino que la medición está desviada un 5%, pero su fiabilidad, ya hemos comentado que es muy alta.

Estos son los parámetros importantes en la validación: la precisión y la fiabilidad.

Pongamos un ejemplo sencillo: si para una medición de potencia con Powertap obtenemos 3 veces 100w, la media será 100w. Si con la bicicleta obtenemos 3 veces 105w, la medición será muy fiable, y la precisión se desvía un 5%. Pero una media de 105w también la podemos obtener de 3 mediciones de 90w, 105w y 120w. En este caso, la fiabilidad sería muy baja.

La imagen nos da una idea de lo que ha sucedido en la validación

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Explicado esto, ¿Qué importancia debemos darle a una desviación de 5%?, ¿es mucho o es poco?, ¿es realmente importante?

Para ponerlo en contexto, basta con leer las especificaciones del potenciómetro, en las que Powertap afirma que los pedales P1 tienen un nivel de precisión del 1,5%.

La desviación que hemos encontrado con la bicicleta de ciclismo indoor Keiser M3i es menor que la que hemos encontrado entre distintos potenciómetros en otros análisis (puedes leer sobre análisis de potenciómetros en el blog aquí).

En resumen, lo más importante para el usuario es que la medición sea fiable, que cada día la bicicleta mida igual, que la diferencia con un potenciómetro real sea constante y, en definitiva, que el dato que ofrece la Keiser 3Mi sea “consistente”.

Que la precisión de la bicicleta se desvíe un 5% entra dentro de los márgenes aceptables cuando hablamos de potenciómetros. Lo importante es que esa desviación no merme la fiabilidad, que sea igualmente constante a altas y bajas intensidades, a cadencia lenta o máxima y pedaleando sentado y de pie, y aquí debemos hacer una pequeña puntualización.

CERTIFICACIÓN EN-ISO 20957-1

Sin embargo, para el lector más exigente, una opinión no tiene porque ser suficiente, y es por ese motivo por el que hemos prestado atención a la certificación ISO 20957-1 (Stationary training equipment — Part 1: General safety requirements and test methods).

ISO (Organización Internacional de Normalización) es la organización que se encarga de la creación de estándares internacionales. Es una organización independiente y no-gubernamental formada por las organizaciones de estandarización de sus 164 países miembros. Es el mayor desarrollador mundial de estándares internacionales voluntarios y facilita el comercio mundial al proporcionar estándares comunes entre países.

La norma 20957-1 creada en 2005 y modificada en 2014 trata concretamente de los equipamientos de entrenamiento estático y abarca desde la calidad de los materiales a la precisión de los sistemas de medición de los equipamientos. En dicha norma, en la parte 10 encontramos: Part 10: Exercise bicycles with a fixed wheel or without freewheel, additional specific safety requirements and test methods.

Para conseguir la certificación EN ISO 20957-1 las biciletas de Ciclismo Indoor deben demostrar una precisión con los estandares de calidad especificados en la norma de un ±10%. (ver imagen en pdf).

keiser m3i 1

PEDALEO SENTADO VS. PEDALEO DE PIE

Lo que comenzó siendo una “ligera impresión”, hemos tenido la oportunidad de constatarlo mediante un test específico. Cómo hemos dicho, la diferencia entre la bicicleta Keiser M3i y el potenciómetro Powertap P1 está en torno a un 5% a favor del potenciómetro, sin embargo, cuando el pedaleo se produce de pie, la diferencia se reduce en torno al 2-3%.

Hemos querido realizar una sencilla prueba: manteniendo la potencia constante según el potenciómetro, hemos pedaleado en posición sentado y de pie, registrando los datos con la APP impowered be Trained PRO. Esto lo hemos repetido para diferentes potencias: 130w, 200w y 300w. Podríamos haber realizado más pruebas, pero los datos apuntan claramente a una diferencia en la medición de la potencia si el pedaleo es sentado o de pie. Dicha diferencia se sitúa en torno a un 2-3% (registro de un 2-3% más de potencia de pie que sentado).

Estos son los datos de las seis series:

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Ahora, la pregunta es, ¿Por qué ocurre esto?, ¿Por qué la bicicleta Keiser M3i mide diferente potencia dependiendo de si pedaleamos en posición sentado o de pie?

Vamos con la explicación.

Un buen preámbulo lo encontramos en el análisis por cuadrantes de Allen & Coggan, en su famoso libro “Entrenar y correr con potenciómetro” (páginas 176 a 196 de la segunda versión en castellano, Editorial Paidotribo, 2014).

El software Golden Cheetah ofrece el gráfico con el título: “Fuerza vs. Velocidad” que vemos en la siguiente imagen. En ella, la potencia se expresa como resultado de la fuerza que se aplica en los pedales (eje y = Fuerza Efectiva Media en los Pedales, expresada en Newtons) y la velocidad con la que se pedalea (eje x = Velocidad Circular de los Pedales, expresada en metros por segundo).

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Allen & Coggan (p. 177) expresan esta relación de la siguiente manera:

FPEM: (P x 60)/(C x 2 x π x LB)

Donde FPEM es la Fuerza de Pedaleo Efectiva Media expresada en Newtons (N), P es potencia (w), C es cadencia (rpm) y LB en longitud de biela (m).

Las constantes 60, 2 y Pi sirven para convertir la cadencia en velocidad angular.

De manera más sencilla, podemos expresar esta fórmula como:

P = F x V

Donde P = Potencia (w), F = Fuerza (N) y V = velocidad circular (o circunferencial) de pedaleo (m/s).

Ahora viene el problema, porque todo esto funciona muy bien si consideramos que la fuerza y velocidad circular de pedaleo es uniforme durante los 360° de la pedalada (lo que equivale a decir que la potencia es uniforme durante toda la pedalada). Actualmente, esto es fácil de desmentir con el potenciómetro Pioneer Cycling Power Meter, que mide la intensidad y dirección de la fuerza aplicada cada 15 grados.

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La hipótesis, contrastada con entrenadores y desarrolladores de potenciómetros, es que la potencia de pedaleo de pie no es constante, o mejor dicho: es menos constante aún que la potencia generada sentado.

La mayor potencia se genera entre los 90/180° debido a la fuerza y velocidad que se imprime al pedal.

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La diferencia es sutil, y la potencia media puede continuar siendo la misma que si pedaleamos sentados, con la diferencia de que en el pedaleo sentado la velocidad circular de pedaleo (VCP) es más uniforme que de pie.

Sin embargo, el dato de potencia puede variar si lo registramos (hacemos la foto de la fuerza y velocidad circular) en un punto concreto de los 360°, y justo al pasar por ese punto, imprimimos más fuerza y velocidad que en el resto de la pedalada.

Dicho de otro modo: la bicicleta Keiser M3i ofrece el dato de potencia analizando tan solo un momento de la pedalada, y ese momento varía si pedaleamos sentados o de pie, a pesar de que la potencia media pueda ser la misma.

¿Por qué sabemos que la potencia media realmente es la misma?

En principio, debemos confiar en el Gold Standard seleccionado, el potenciómetro Powertap P1. Este potenciómetro no toma una fotografía puntual de la pedalada, sino que obtiene la potencia media de la pedalada completa, de manera parecida a como lo hace el Pioneer Cycling Power Meter.

El potenciómetro Powertap P1 cuenta con un Magnetic Ring en el eje del pedal (Pioneer lo ubica en el eje de pedalier). Se trata de un sensor con forma de anillo en el que hay 20 pequeños imanes alrededor del eje del pedal.

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En combinación con los ocho medidores de tensión y acelerómetros, el Magnetic Ring ofrece un enorme potencial, ya que puede medir la aplicación de fuerza durante todo el recorrido del pedal. El resultado es que la potencia que ofrece el Powertap P1 es la media de todas las mediciones realizadas durante los 360º de la pedalada, no un momento puntual que puede verse condicionado por la posición del ciclista (sentado o de pie).

¿Cómo puede solucionar esto Keiser?

Partimos de la base de que el planteamiento presentado es una mera hipótesis, pero es la que mejor justifica esa diferencia de medición de la bicicleta con respecto a una medición entendida como Gold Standard.

En principio, bastaría con incluir una segunda medición en la bicicleta, tal vez en el punto opuesto de la circunferencia que hace el pedal, y hallar el valor medio obtenido. Evidentemente, poder realizar 12 mediciones, como hace el potenciómetro Pioneer, es algo que a todos nos gustaría ver en una Keiser, tal vez en la M4i.

CONCLUSIONES

La validación de la bicicleta de ciclismo indoor Keiser M3i ha sido muy satisfactoria, la precisión es muy buena y la fiabilidad excelente. Hemos podido obtener un dato consistente, de un 5% de desviación entre los datos ofrecidos por el potenciómetro Powertap P1 y la bicicleta. Esta desviación (que no error) no merma la fiabilidad de la bicicleta, ya que no ha ofrecido datos anómalos al pedalear a rpms máximas o muy lentas, sprints, buscando la intensidad máxima, etc. Podemos decir que la bicicleta ofrece datos “consistentes” y la desviación se mantiene siempre estable.

Personalmente, una desviación de un 5% no es un dato significativo en una validación, teniendo en cuenta que existen mayores diferencias entre potenciómetros que podemos adquirir en el mercado. Lo importante ha sido la alta fiabilidad de los datos.

Pero el verdadero punto fuerte de la bicicleta todavía tenemos pendiente escribirlo: un display con capacidad de enviar los datos a APPs creadas por desarrolladores independientes (lo que se suele denominar 3rd party), la interconectividad con el simulador BKool y, personalmente, algo que me hace mucha ilusión: la capacidad de exportar los datos de la bicicleta y analizarlos junto con los datos de entrenamiento outdoor en plataformas como STRAVA o TRAINING PEAKS.

Sin duda, estamos ante la mejor demostración del cambio de era en el ciclismo indoor: del ciclismo analógico al ciclismo digital, sin perder la esencia del ciclismo indoor, pero optimizando los nuevos recursos.

Por cierto, una imagen de la bicicleta en cuestión: KEISER M3i con la que damos por finalizado el análisis:

keiser m3i 2

7 comentarios
    • Gabriel Hernando Castañeda
      Gabriel Hernando Castañeda Dice:

      I’ll try , but the problem are second in the X axis (registration is different) . We tried with the ORIGIN software professional and we could not . Thank you very much for the idea. Can I send two files and you try?

      Responder
    • Gabriel Hernando Castañeda
      Gabriel Hernando Castañeda Dice:

      La APP nos la pasaron los desarrolladores que la han preparado para Keiser, creo que todavía no está operativa (no está descargable). Es una mejora de la que si podemos descargar IMPOWERED BE TRAINED

      Supongo que en breve Keiser la lanzará al mercado, si es que no lo ha hecho ya

      saludos

      Responder
  1. Iago
    Iago Dice:

    Hola, me gustaria saber que banda pectoral han usado para la prueba ya que soy usuario de la M3 y a dia de hoy los datos los registro con la app de keiser pero no consigo conecta ninguna banda de frecuencia cardiaca a la M3. He probado la H1, H7 y garmin. Hay alguna otra que funcione? Geonaute?
    Gracias!

    Responder

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