Técnica de neumático de competición III

Hablaremos hoy de un par de conceptos muy conocidos, la temperatura y la presión de los neumáticos.

Como hemos dicho los enlaces del caucho reaccionan a la variación de la energía variando la estructura de sus cadenas. Aportando la energía térmica, dichas cadenas se mueven, se reorganizan y dan lugar a distintas estructuras. Ya sabemos que, según las estructuras, el coeficiente de rozamiento varía. Ya que los enlaces del caucho son débiles, no es necesario una gran aportación de energía para modificar dichos enlaces. Por esto, pequeñas variaciones de energía térmica provocan alteraciones suficientes como para ver sus efectos.

El aporte de energía térmica puede venir de forma externa al caucho, esto es por la temperatura del asfalto, ambiente, mantas térmicas, rozamiento o distintas formas ya vistas. Pero también puede venir del interior del neumático. El caucho está en contacto con el aire de su interior por la carcasa y los distintos componentes que la componen. El aire puede aumentar o disminuir su temperatura en función de su presión y volumen. Dado que dicho aire está contenido en una carcasa que, aunque puede modificar su forma, no varía prácticamente su volumen total.

Pongamos por ejemplo un pistón en un cilindro. Cuando comprimimos el pistón, reducimos el volumen del aire contenido en él y su temperatura aumenta. Pero la carcasa realmente no reduce su volumen, sino que cambia la forma. Es como si apretamos en una parte un globo con aire. El aire pasa de esa zona donde hemos aumentado la presión, a otra donde se expande; modificando la forma del globo.

En este segundo caso se producen dos fenómenos. Un aumento de presión local, con su aumento de temperatura y un desplazamiento de moléculas que se traduce en energía cinética; esa energía cinética genera un mayor rozamiento y colisión entre moléculas y por lo tanto aumento de temperatura.

Esta energía térmica se transmite por la carcasa a la goma. Si la energía es lo suficientemente grande puede provocar ampollas o el conocido Blistering. Desde el interior se crea dicha ampolla y cuando llega al exterior, se generan problemas de adherencia. Uno porque la calidad de esa goma no es la misma y cada vez que pisa el asfalto, la adherencia disminuye. Otro, porque en el momento de ese contacto, la superficie es menor, ya que hay un “hueco”. Esto hace que la superficie en contacto sea menor, para unas fuerzas de cargas similares, lo que se traduce en aumento de presión y, por lo tanto, una vez más variación del coeficiente de rozamiento. Este fenómeno hace que el coeficiente de rozamiento no sea igual en toda la rueda. Además, la zona afectada trabaja fuera de las condiciones óptimas con lo que se degrada aún más. La solución es poner a trabajar esa zona en su rango óptimo. Para ello se ha de reducir la velocidad, cosa que se hace casi de forma automática dada la imposibilidad para conducir bien. Entonces se producirá un desgaste que hará que se recupere la superficie.

No hay que confundir con el Graining. Este se produce en la zona de transición, muy cerca de la zona rígida. En este punto, una zona del neumático (que puede ser incluso todo un surco alrededor de la banda de rodadura o solo un arco) el caucho se endurece y se rompe separándose del resto. Ahí es donde se ven los famosos surcos de Graining. Dichos surcos generan el mismo problema, es que por un lado la goma tiene peor calidad y en la zona de contacto la presión sobre el caucho aumenta. La solución, similar, aunque en este caso es bastante más difícil que se llegue a recuperar pues las áreas son mayores.

Pero otra de las influencias de la presión, no es solo la variación de la temperatura que produce, ya que como hemos dicho modifica la forma de la carcasa. En función de la presión, la huella o la zona de contacto con el suelo, es mayor o menor. La presión puede ser modificada bien por la temperatura, cambios de carga (frenadas, aceleraciones giros en curvas…), baches, cambios de rasante… Hay que decir que las variaciones de presión no son lineales con la deformación de la carcasa.

En función de la rigidez de la carcasa, la misma presión puede hacer que se deforme más o menos. Esta diferencia en la rigidez, hará que la huella sea mayor o menos para la misma carga del coche o presión de la rueda. Por ejemplo, una carcasa rígida como el acero (pensemos en la rueda de un tren) no vería apenas modificada su forma con un cambio de presión, pero si es de material poco rígido sí. Aquí vemos la influencia de la carcasa.

Para una presión alta del neumático, y un mismo peso del vehículo, la huella será más pequeña que para una presión baja. Por esto el coeficiente de rozamiento varia con la presión del neumático. (además de otros elementos que trataremos más adelante, pero por ahora seguiremos con el coeficiente de rozamiento)

Si cambiamos la rigidez de la carcasa (o de la suspensión que trataremos en otros capítulos) para una misma banda de rodadura (o el caucho en contacto con el suelo) también cambiamos la estructura de dicho caucho. Si la carcasa es muy rígida, la presión (unida al peso) hará que el caucho se aplaste más. Si es menos rígida se aplastará menos; teniendo influencia en nuestro conocido coeficiente de rozamiento, (adherencia y desgaste).

De una forma similar influye en las curvas. Cuando el vehículo entra en curva, la carcasa se deforma de forma lateral absorbiendo las fuerzas centrifugas. Si es muy rígida la fuerza pasa a la banda de rodadura de inmediato, cambiando la estructura del caucho con una variación de velocidad dV1. Si es menos rígida, la carcasa amortigua un poco la 1fuerza y la variación de velocidad dV2. Ya sabemos cómo afectan estas variaciones, siendo más significativas en las curvas enlazadas. Meter más o menos presión al neumático ayuda a dar la rigidez deseada.

Hemos visto así un poco más, como afectan temperatura y presión; factores altamente conocidos. Seguiremos en el próximo capítulo con más sobre las ruedas de competición