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Neumáticos de automóviles

Aunque la palabra neumático en si misma se refiere a "que funciona con aire" y hay, de hecho muchas otras cosas "neumáticas", se ha reservado en el idioma cotidiano y técnico a la parte de caucho reforzado con fibras y cargado con aire comprimido de las ruedas de las máquinas.

Es imposible tratar de abarcar en un artículo corto, la enorme cantidad de particularidades, tipos y características de los neumáticos, no obstante trataremos aquí las consideraciones mas importantes con algún detalle.

Historia

Las primeras ruedas neumáticas surgieron al principio del siglo XX y estaban hechas de varias capas de lona impermeabilizadas, en forma tubular montada sobre un aro metálico. Estos primeros neumáticos vinieron a aliviar el problema de la rudeza de la marcha de las ruedas de madera o metálicas en los vehículos de la época, por aquellos caminos irregulares, hasta ese momento usados principalmente por carros de tiro animal. Pero..... la durabilidad era del orden de algunos kilómetros.

Algo mas adelante, Charles Goodyear, experimentando con el pegajoso látex del árbol del caucho, descubre que si se calienta mezclado con azufre se produce un cambio importante en sus propiedades, esto es: deja de ser pegajoso, se convierte en muy elástico y esa elasticidad se mantiene por largo tiempo, cosas que no sucedían con el látex natural. A este proceso le llamó Vulcanización en honor al Dios Vulcano (Dios del fuego) de la mitología.

Contenido del artículo
Historia
Elementos del neumático
Tipos de neumáticos
Cuerdas cruzadas
Cuerdas radiales
Los surcos de la banda de rodaje
Presión de inflado
Influencia de la baja presión en la estabilidad
Influencia de la alta presión en la estabilidad
Influencia de la presión de inflado en la durabilidad
Influencia ambiental
Un Italiano de apellido Michelín tiene la idea de utilizar este producto creado por Gooddyear  como material de unión, relleno e impermeabilización de las capas de lona de los neumáticos de entonces, había nacido el neumático duradero.


Mas adelante, las capas de lona, se fueron sustituyendo por mas y mas capas de fibras mas resistentes y duraderas, se perfeccionó el diseño, se agregaron rellenos en polvo de negro de humo, y el neumático pasó a ser en pocos años un excelente y seguro medio de apoyo del vehículo, suave, adherente y muy duradero.

Ante la escasez de látex en Alemania durante la segunda Guerra Mundial y movidos por las necesidades bélicas, se comenzó en ese país a trabajar en la búsqueda de algún sustituto del caucho natural, de ese proceso nacieron los cauchos sintéticos, elaborados a partir del isopreno derivado del petróleo. Estos cauchos solos, o mezclados con el caucho natural tenían mejores cualidades que las del caucho puro, a partir de entonces, comenzó una interminable carrera de mejoras a los cauchos sintéticos que han dado como resultado los flamantes neumáticos radiales sin cámara de hoy en día.

Elementos del neumático.

El neumático está constituido por varias partes diferenciables que están presentes en la mayor parte de ellos, estas son:
  1. La pestaña de apoyo. Es la parte reforzada interiormente con alambres de acero que sirve para el apoyo del neumático sobre la llanta o aro.
  2. El cuerpo tubular. Constituye el cuerpo del neumático y está formado por varias capas de tejidos de fibras sintéticas, de acero, o mezcladas, embebidas en caucho y adheridas fuertemente unas a otras formando un cuerpo monolítico.
  3. La banda de rodamiento. Es una banda plana de mas grosor, de caucho reforzado con fibras en su base interior, y adherida al cuerpo tubular en la zona de contacto del neumático con el camino. Esta banda de rodamiento en la parte exterior tiene unos surcos o dibujos de diferente diseño de acuerdo al uso del neumático.

Tipos de neumáticos

Es enorme la diversidad de aplicaciones de los neumáticos, desde pequeños tubos llenos de aire en las bicicletas o carretillas de mano hasta verdaderos gigantes en las máquinas de la construcción. Por tal motivo los neumáticos pueden clasificarse desde muchos puntos de vista, en esta página solo nos referiremos a la clasificación de acuerdo a la construcción.

Desde ese punto de vista pueden ser:
  1. Neumáticos de capas con cuerdas cruzadas
  2. Neumáticos de capas con cuerdas radiales

Cuerdas cruzadas


La figura 1 es un esquema elemental de la construcción de un neumático de cuerdas cruzadas. Se han representado tres capas de cuerdas, aunque estas pueden ser muchas mas.

En el esquema pueden además verse con claridad las partes de la rueda:

a.- El cuerpo formado por capas.

b.- La banda de rodaje.

c.- El aro o llanta de metal.

Cada capa de las que forman el neumático tiene las cuerdas que la constituyen en diagonal a la dirección del cuerpo del neumático y las cuerdas de cada capa a su vez, cruzadas con respecto a la capa anterior.

Esta construcción da al cuerpo tubular del neumático mas rigidez, con lo que el caucho puede resistir el constante "amasado" que se produce al rodar con carga, cada vez que se pone contacto con el camino.

El ulterior desarrollo de cauchos mas resistentes al "amasado" dio lugar como veremos mas adelante a los neumáticos radiales.

Debido a la relativa rigidez, estos neumáticos son algo mas "duros" que los radiales en cuanto a la amortiguación de las irregularidades menores del camino, y su adherencia al pavimento  durante los giros es menor.

Estos tipos de neumáticos, son apropiados para grandes cargas y donde la suavidad de la marcha y la adherencia al terreno no son factores de gran importancia. Esta misma rigidez hace que la combadura que se produce en la parte baja del neumático con carga sea menor, por lo que se usan casi exclusivamente en las ruedas "gemelas" (dobles) donde la distancia entre el par gemelo de neumáticos es reducida.

Tienen la ventaja de que cuando se desgasta la banda de rodamiento, pueden ser "reencauchadas" con facilidad por lo que recupera la operatividad.  
Estructura del neumático
Figura 1



Cuerdas radiales

La figura de la derecha muestra un esquema mas detallado de la construcción de un neumático radial.

Todos los componentes se aplican por igual a la rueda de cuerdas cruzadas, la diferencia fundamental radica en que, como puede observarse, las cuerdas de las capas de conformación  son perpendiculares al cuerpo del neumático, es decir en la dirección de los radios del círculo que forma la rueda.

Esta construcción hace que el neumático se deforme mas debido a la carga en la zona de contacto con el suelo, haciendo una combadura mas pronunciada.

La fabricación de cauchos mas resistentes al "amasado" y con menores pérdidas de energía por deformación (producción de menos calor) son los que han permitido la fabricación de este tipo de neumático, que tiene las ventajas de dar una mayor suavidad de marcha y una mejor adherencia al pavimento.
Sección

Los surcos de la banda de rodaje



Exceptuando los neumáticos especiales de alto empuje, como los de los tractores agrícolas y algunas máquinas de la construcción así como en otros de uso muy especial, todos los neumáticos en la zona semi plana de contacto con el pavimento tienen unos surcos o dibujos de forma mas o menos tortuosa o compleja. Estos surcos tienen la función de permitir la salida del agua, el lodo, o la nieve, que tiende a acuñarse debajo del neumático cuando el vehículo rueda en caminos cubiertos por algunos de estos materiales.

Contrariamente a lo que se piensa, estos dibujos no juegan un papel trascendental en la adherencia del neumático en el camino limpio y seco, pero su profundidad es muy importante en caminos mojados o con nieve, sin ellos, la rueda puede literalmente "flotar" en la cuña de agua apresada debajo y perder toda la adherencia al camino y con ello la estabilidad.  Por este motivo es que se establecen por las autoridades de muchos países, límites mínimos de profundidad de estos surcos a partir de los cuales el neumático no puede seguir circulando.

Un chofer experimentado sabe que con los neumáticos desgastados tiene que extremar las precauciones y bajar mucho la velocidad cuando llueve. Muchos accidentes se deben a no respetar este detalle.

Presión de inflado.

No menos importante en la seguridad vial y en la duración del neumático es la correcta presión de inflado del neumático. La presión adecuada no es inherente completamente al tipo de neumático, esta presión se establece como consecuencia de una combinación de factores influyentes entre los que están
  1. La ubicación del neumático en el vehículo.
  2. El tipo de trabajo a que se destine el vehículo.
  3. La carga sobre ejes.
Los fabricantes de neumáticos por lo general solo establecen los valores máximos y en ocasiones mínimos de la presión de inflado, corresponde a los fabricantes del vehículo establecer estos valores óptimos de uso, estos valores deben ser respetados estrictamente.

En los vehículos ligeros es común encontrar a partir del año 2008 un sistema automático de vigilancia de esa presión

Influencia de la presión baja en la estabilidad

Debido a la compresibilidad del aire y la elasticidad del material con que están hechos los neumáticos el apoyo sobre el camino no es una linea si no un área, esta área  de contacto se deforma un tanto cuando el automóvil toma una curva debido al empuje lateral que sufre el vehículo, de forma tal, que la dirección en la que tiende a rodar no coincide exactamente con la dirección de marcha del vehículo, esta tendencia al sobregiro aumenta notablemente en un neumático con baja presión de inflado, por lo que el conductor notará  como si el coche girara mas de lo que ha movido el timón, especialmente si las ruedas bajas son las traseras. Da la sensación de que el automóvil se "bandea" de la parte trasera.

Este efecto es peligroso, porque el conductor para restablecer la dirección tiene que estar constantemente haciendo ajustes al timón, si no se tiene cuidado, el efecto de "bandeo"  y las repetidas maniobrar del timón pueden llegar a poner el coche en un movimiento en zig-zag con la consecuente pérdida del control. Se produce el mismo efecto cuando un vehículo marcha sobrecargado de las ruedas traseras, debido a la excesiva deformación de la "huella" del neumático en el camino.

Influencia de la presión alta en la estabilidad.

Cuando un neumático se infla en demasía, se pone rígido, esta dureza hace, que con mayor facilidad "rebote" con fuerza en los obstáculos del camino, durante estos rebotes el neumático puede perder el contacto con el suelo y con ello la capacidad direccional si es de las ruedas directrices o la posibilidad de derrape lateral en las curvas en cualquiera de las ruedas. La combinación de un pavimento irregular, un neumático sobre inflado, alta velocidad y un amortiguador defectuoso es una combinación muy peligrosa.

Influencia de la presión de inflado en la durabilidad.

Presión del neumático

El esquema de la derecha muestra como se comporta la zona de contacto del neumático con el camino con diferentes estados de inflado, el efecto se ha exagerado un tanto para que pueda ser observado con claridad.

Cuando la presión es baja, los laterales del neumático se comban en exceso, esto trae como consecuencia un "amasado" adicional del material del neumático que puede deteriorarlo en pocos kilómetros por demasiado calentamiento, además de un excesivo gasto de combustible. También observe que la banda de rodamiento tiene a encorvarse hacia arriba en el centro, por lo que el contacto del neumático con el camino se reduce a los bordes externos, estos se desgastarán rápidamente, reduciendo en mucho la durabilidad.

En el caso contrario, es decir alta presión de inflado, la sección del neumático tiende a redondearse, en este caso la zona de contacto con el camino se limita al centro de la banda de rodamiento con el consecuente desgaste prematuro de ella y la perdida notable de vida útil.

Influencia ambiental

La vida de los neumáticos es limitada ya que a determinado desgaste no pueden seguir siendo utilizables y será necesario desecharlos, este desgaste es una parte mínima del neumático comparado con su volumen general, por lo que puede decirse que prácticamente se desecha casi íntegramente desde el punto de vista del material que lo constituye. Solo una pequeña parte  de este material es reciclable, es decir se puede aprovechar de nuevo por alguna industria especializada el resto constituye un problema para los vertederos de basura debido a dos razones básicas:
  • El material de los neumáticos tiene una vida muy larga y su degradación demora decenas o cientos de años.
  • Algunos de los productos de la degradación de los neumáticos son nocivos al ambiente.
Si tenemos en cuenta la enorme cantidad de automóviles en uso, la cantidad de neumáticos ya en desuso constituye un problema en la mayor parte de los países formándose en ocasiones verdaderas montañas de ellos en los vertederos, cuya solución definitiva aun no está resuelta. foto

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