Continuaremos hoy avanzando un poco más en el conocimiento de los neumáticos.
Cuando el neumático avanza y entra en contacto con el asfalto, este se encuentra con las rugosidades del piso y se adapta a ellas. Digamos que por su estructura visco elástica se deforma y abraza las pequeñas partículas que componen el asfalto. Esto genera las fuerzas de histéresis. En el momento que un neumático está transmitiendo la tracción a un vehículo, la parte delantera rueda libremente hasta que entra en contacto con las rugosidades del asfalto. Al entrar en contacto la zona delantera se comprime. En este caso no vamos a hablar de la compresión vertical debida al peso, sino a la horizontal en dirección paralela al suelo por iteración con las partículas de este.
Esta compresión genera unas fuerzas internas en los enlaces, que hacen que el caucho modifique su estructura y por lo tanto sus propiedades, entre otras el coeficiente de rozamiento. Una vez pasada la zona de contacto, el caucho se libera de la presión y se estira. Esto sucede en la parte trasera de dicha zona de contacto y hay que decir que no toda la energía de la compresión se devuelve, sino que se transforma en calor disipado.
En este caso volvemos a tener una situación similar a la explicada en el capítulo anterior. Cuando se aplica un par de avance leve, la velocidad a la que se produce este proceso es menor y la reacción del caucho es distinta a la que ocurre cuando la velocidad es mayor. Volvemos a encontrarnos una situación en la que, dependiendo de la velocidad de aplicación de los esfuerzos, la reacción del caucho es distinta y por lo tanto su estructura también. Esto quiere decir una vez más, que el coeficiente de rozamiento de la rueda no es el mismo durante todo el proceso de aceleración ya que el caucho en contacto con el suelo tiene distintas estructuras en sus cadenas de hidrocarburos en cada situación.
Si la compresión es lo suficientemente alta, la estructura en la zona de contacto pasará a comportarse como más rígida, llegando a un punto en el que las partículas se rompen y se separan. Esto quiere decir que la goma se destruye desprendiendo pequeñas partículas y haciendo que pierda su eficiencia. Uno de los motivos, no solo del desgaste, sino también de pérdida de adherencia. Además, la diferencia entre la compresión y la recuperación es mayor y en menor tiempo, con lo que la energía disipada en forma de calor aumenta consecuentemente. Esto afecta lógicamente a la temperatura del neumático, el cual, puede entrar o salir de su zona óptima. Es entre otras cosas una de las razones por las que los coches derrapan cuando se les da una aceleración por encima de lo que el neumático puede aguantar.
Una vez superada la zona de recuperación, en la parte trasera al contacto, el trozo de caucho implicado, continúa su giro por la banda de rodadura hasta otra nueva iteración con el asfalto. Normalmente ese proceso se da con tiempo suficiente para que su estructura se estabilice y llegue de nuevo a la zona de contacto de forma estable. Pero si la velocidad es demasiado alta (si se da suele ser cuando está ya derrapando, aunque este fenómeno es poco probable) cabe la posibilidad de que no haya llegado a estabilizarse y por lo tanto entre en contacto de nuevo con el asfalto en una situación de excitación no normal o estándar. Esto quiere decir que el caucho está intentando todavía recuperar su rigidez estándar, vibrando entre compresión y relajación. Es como el ejemplo de un muelle al que le aplicamos una fuerza y lo liberamos de repente. Dicho muelle no alcanza el equilibrio inmediatamente, sino que necesita un tiempo. Esto genera que el caucho entre en la zona de compresión con una estructura menos optimizada y variable, con lo que el comportamiento es completamente impredecible. Con ello no solo la adherencia disminuye, sino que además se destruye mucho más rápido.
Por lo tanto, la velocidad y la aceleración hacen que varíe de forma importante las condiciones de fricción del neumático. Pero además hay que añadir una vez más la frecuencia del suceso.
En este efecto, lógicamente, no solo interviene el tipo de goma, sino que también entra en juego el tipo de asfalto. Un asfalto formado por partículas con tamaño de grano grande y menos numerosos, ofrecerá al neumático una superficie de contacto diferente a una superficie con granos más pequeños y numerosos. Además, la frecuencia varía en función de las partículas. Si el asfalto es cambiante a lo largo de un circuito, por reparaciones … la adherencia lo es también. También influye el desgaste de las partículas componentes del asfalto y la goma que va quedando entre ellas. Lo que lógicamente indica que el tipo de asfalto influye como es bien conocido.
La dureza del neumático tiene aquí un punto importantísimo, ya que un neumático blando se comprimirá más, y abrazará más las partículas que uno más duro. Esto hará que tenga mejor adherencia, pero también más compresión y recuperación, dando lugar a mas calentamiento y en menos tiempo. También hace que el rango de valores de compresión entre baja y alta velocidad sea mayor; ofreciendo así más posibilidades de encontrar el valor óptimo de adherencia. Por el contrario, fuera de ese valor óptimo el neumático se destruye mucho antes.
Lo que hemos analizado hasta ahora es un neumático a tracción, pero lo mismo sucede en un neumático cuando frena, solo que, al contrario. La parte a compresión se sitúa tras la zona de contacto y la de tracción en la parte anterior.
Un efecto similar se produce en las curvas, pero ese análisis lo haremos más adelante. Intentamos explicar así como el coeficiente de rozamiento de un neumático varía, no solo por la dureza, y los componentes, sino también dentro de un mismo neumático, según cambian las condiciones por muy estables que parezcan a lo largo de una misma vuelta.
Confío que hayan disfrutado de la lectura y les espero en próximas publicaciones de MotorTime sobre técnica de F1
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