Ruedas y Neumáticos: Componentes y Funcionamiento

El neumático es un órgano de seguridad fundamental. Se puede afirmar que constituye el único elemento de unión entre el vehículo y el suelo sobre el que este circula.

Misión del Neumático

• Soportar el peso del vehículo.
• Transmitir la potencia de tracción.
• Asegurar la dirección y frenado.
• Mantener la trayectoria impuesta por el conductor.
• Proporcionar confort (suspensión, reducción de ruido, etc.).

Elementos que Componen el Neumático

• Cubierta.
• Rueda y válvula.
• Aire o nitrógeno.
• Cámara (en neumáticos con cámara).

La Rueda Metálica

La rueda metálica representa el elemento de unión entre la cubierta y el eje. Es la encargada de soportar todo el par motor transmitido por el semieje de transmisión, pero sobre todo su diseño influye en la correcta evacuación del calor generado en los frenos.

La Cubierta

La cubierta es el elemento de caucho y sílice en su mayor parte que tiene que estar el máximo de tiempo posible en contacto con el suelo. Debe proporcionar la relación agarre-desgaste más favorable.

Constitución de la Cubierta

Carcasa

La carcasa es la estructura flexible, formada por arcos de acero, algodón o fibras. Estos radios, embutidos en goma, forman las lonas de carcasa.

Funciones de la Carcasa

• Soportar la carga y velocidad con ayuda de la presión de inflado.
• Participar en la estabilidad.
• Participar en el confort.
• Participar en el rendimiento.

Carcasa radial: una o dos lonas con los cables dispuestos en forma de radios.

Cintura o cinturón: compuesta de dos a cuatro lonas dispuestas en forma de malla triangular.

Ambas se ensamblan formando la estructura de una cubierta radial.

Banda de Rodadura

Es la parte de la cubierta en contacto con el suelo. Está formada por una gruesa capa de goma en la que se practican una serie de ranuras que dan origen a la escultura.

Funciones de la Banda de Rodadura

• La adherencia en seco y en mojado.
• El rendimiento kilométrico.
• Resistencia al desgaste y a la forma irregular del mismo.
• Baja resistencia a la rodadura.
• Baja sonoridad de rodaje (confort).
• Participar en la direccionabilidad.
• Estética.

En el fondo de la escultura se encuentran los indicadores de desgaste que se manifiestan por la aparición de bandas transversales lisas, cuando la profundidad de dibujo es de 1,6 mm. Los indicadores de desgaste se localizan a la altura de los “bib” Michelin o de TWI.

Flanco

Es la zona comprendida entre la banda de rodadura y los talones.

Funciones del Flanco

• Soportar la carga (resistencia mecánica).
• Soportar las constantes flexiones mecánicas.
• Resistencia a las agresiones externas y climáticas.
• Participar en la estabilidad.
• Participar en el confort.

Talón

Diseñado para fijar la cubierta a la llanta. En su interior, lleva un arco de acero inextensible de forma y proporción variable en función de la dimensión y tipo de cubierta.

Funciones del Talón

• Fijar la cubierta a la llanta.
• Realizar la hermeticidad (en cubiertas Tubeless).
• Asegurar la transmisión de los esfuerzos de aceleración y de frenada.
• Impedir el aumento del diámetro interior de la cubierta.
• Participar en la seguridad.

Montaje de la Cubierta sobre la Llanta

• Si es un neumático con dibujo simétrico, se aconseja montar siempre las cuatro ruedas con el marcaje DOT en el lado exterior del vehículo, para poder visualizar la fecha de fabricación del mismo. Si se mantienen los mismos neumáticos, hay que marcarlos para conservar el sentido de giro al volver a montarlos.
• Si es un neumático con dibujo asimétrico, se debe montar siempre el flanco con los marcajes en varios idiomas “lado exterior” en el lado exterior del vehículo. La banda de rodadura de estos neumáticos se divide en dos dibujos distintos, uno para la zona interior y otro para la zona exterior del neumático. La zona interna del neumático está pensada para rodar en mojado, y la zona externa, más ancha, está pensada para el agarre en seco. Estos neumáticos se identifican por llevar escrito en ambos flancos la palabra interno o externo, en distintos idiomas.
• Los flancos de los neumáticos direccionales van marcados con unas flechas y es imprescindible conservar el sentido de rodadura indicado; de este modo se podrá evacuar el agua y disminuir el riesgo de aquaplaning, ruidos y desgastes.

La Rueda Metálica

Está constituida por:

• Llanta: Parte metálica de la rueda que soporta el neumático y permite la solidaridad del mismo al buje del vehículo. La característica fundamental de las llantas es su perfil, es decir, la forma de su sección transversal.
• Disco: Soldado a la llanta que permite la fijación del conjunto sobre el buje del vehículo.

Perfil de Llanta

• Pestaña: Es la zona donde se apoya, lateralmente, el talón de la cubierta.
• Asiento de talón: Es la zona donde se apoyan los talones de la cubierta.
• Base: Es la zona comprendida entre ambos asientos de talón.
• Orificio para válvula.

Tipos de Llanta

• Llanta de base honda: Es una llanta de una pieza en la que la base queda más profunda en su centro, con el fin de permitir el montaje y desmontaje de la cubierta.
• Simétricas: Son aquellas cuyo plano longitudinal medio es también plano de simetría.
• Asimétricas: El plano que divide la llanta por la mitad es diferente del de simetría.
• Con perfil de seguridad (hump): Presenta un resalte en el asiento del talón para impedir que este se salga (destalonamiento).

Terminología Dimensional de las Llantas

Las llantas se definen por su perfil y su diámetro, ambas separadas por un guion (-) o por el signo por (x).

• (x) = Llantas base honda
• (-) = Llantas base plana

• Anchura: Es la cota del perfil comprendida de pestaña a pestaña, se expresa en pulgadas.
• Altura de la pestaña: Es la altura máxima de la pestaña. Se expresa mediante una letra que corresponde a una cota en mm.
• Diámetro nominal: Es el diámetro de la llanta medido sobre el asiento de los talones, se expresa en pulgadas.
• Perfil de la llanta: Indica el tipo de perfil (Tubeless, con cámara, llanta honda serie ancha, llanta honda serie estándar, etc.).
• Bombeo: Es la distancia que existe entre el plano de rodamiento de la llanta y la cara del disco que apoya la brida del buje.

Ejemplo de Nomenclatura: 5.50 J –14 –FH –4 –39 –61336

• 5.50: Ancho interior, en pulgadas.
• J: Altura de pestaña en mm.
• 14: Diámetro Nominal, en pulgadas.
• FH: Perfil de seguridad (Flat Hump).
• 4: Número de agujeros de fijación.
• 39: Bombeo en mm.
• 61336: Número de código.

El Disco

La llanta se hace solidaria al buje a través de un disco situado en su centro, unido a la llanta por medio de remaches, cordones de soldadura, etc.

Tipos de Disco

• Acero estampado: Son rígidas, resistentes a los golpes y relativamente ligeras, así como fáciles de producir en grandes cantidades.
• Aleación ligera (aluminio/magnesio): Su menor peso permite grandes espesores, así como el montaje de cubiertas de gran sección. Presentan una buena conducción del calor pero son sensibles a las corrosiones de tipo salino y electrolítico.
• De radios: Son muy ligeras y de gran fortaleza. El anclaje de los radios exige el montaje de cámara. El coste de fabricación es muy elevado.

La Válvula

La válvula de un neumático está constituida por un cuerpo cilíndrico que por su parte inferior se une con la llanta o la cámara, según el tipo de neumático, en las escotaduras. En su parte exterior lleva la rosca exterior para el acople de un tapón y evitar la entrada de polvo.

• En el interior va roscado el soporte, que además se acopla herméticamente a un cuerpo cilíndrico, por medio de un cono de goma.
• Por el interior de este soporte pasa la aguja, a la que va fijado el obturador cónico, con junta de goma.
• Al final de la varilla va acoplado el soporte, que apoya en unos resaltes en el interior del cuerpo.
• Se une a la llanta por su parte inferior mediante las escotaduras.

¿Por qué sustituir una Válvula?

• La válvula trabaja.
• La válvula envejece.
• Está sometida a alta fuerza centrífuga.
• El tapón puede deteriorarse y no realizar la estanqueidad.

¿Cuándo sustituir una Válvula?

• Siempre que montemos cubiertas nuevas.
• Siempre que se desmonte la cubierta.

Presión de Inflado

El aire a presión es un componente esencial del neumático e influye en:

• La seguridad: Adherencia y deriva (estabilidad).
• La resistencia a la rodadura (consumo de carburante).
• El confort (flexibilidad y ruido).
• El desgaste y deterioro (rendimiento kilométrico).

Adherencia

Es la capacidad de unión entre el neumático y el pavimento para permitir al vehículo:

• Seguir las maniobras deseadas.
• Soportar la aceleración y frenado en cualquier situación.

Adherencia en Seco

Podemos considerarla como el resultado de dos mecanismos superpuestos:

• La adaptación de la banda de rodadura, deformándose rápida y continuamente al perfil de la superficie del suelo.
• Unión intermolecular de la goma y el suelo.

Adherencia en Mojado

Hay que conseguir un contacto seco y por lo tanto debemos:

• Romper la película de agua con altas presiones por cm², mediante aristas y laminillas (suelo húmedo de 0,5 mm de agua).
• Eliminar el agua con las ranuras de la banda de rodadura de manera rápida (suelo mojado de 0,5 mm de agua).

Aquaplaning

Cuando un neumático rueda sobre una película de agua y pierde contacto con el pavimento, se produce el fenómeno de aquaplaning. Esto es debido a que si el neumático no consigue evacuar todo el agua depositada entre él y el suelo, se interpone una capa que disminuye notablemente el coeficiente de adherencia. La aparición de este fenómeno está notablemente influenciada por la velocidad y la carga del vehículo.

Estabilidad y Deriva

Se entiende por estabilidad de un vehículo, el hecho de poder seguir la trayectoria deseada, sean cuales fueren las fuerzas transversales que inciden sobre la cubierta. Un neumático sometido a una fuerza lateral sufre una deformación que provoca la variación de trayectoria. A esta variación se le llama deriva y el ángulo comprendido entre la trayectoria real y la teórica, forma el ángulo de deriva.

Factores del Ángulo de Deriva

El valor del ángulo de deriva es función de:

• La fuerza lateral.
• La velocidad.
• La carga.
• La presión de inflado.
• La anchura de la llanta.

Estabilidad en Línea Recta

Si a un vehículo que se desplaza en línea recta lo sometemos a una fuerza lateral (viento), podemos manejar dos hipótesis:

1. Mayor deriva en el eje delantero que trasero: Será entonces este eje el que pierda con mayor facilidad la trayectoria recta. En este caso, bastará corregir la dirección en sentido contrario al que se desplaza el vehículo para retomar la línea recta. Vehículo estable.
2. Mayor deriva en el eje trasero que en el delantero: Será este eje el que pierda con mayor facilidad la trayectoria recta. En este caso, habrá que corregir la dirección en el sentido en que se desplaza el vehículo para retomar la línea recta. Vehículo inestable.

Estabilidad en Curvas

1. Mayor deriva en el eje delantero: Este eje perderá por tanto la trayectoria ideal (mismo radio de giro que tenga la curva). En este caso, bastará girar más la dirección. Vehículo subvirador.
2. Mayor deriva en el eje trasero: Será este eje el que pierda la trayectoria. Para corregirlo habrá que girar el volante en el sentido contrario al de la curva. Vehículo sobrevirador.

Podemos concluir que para conductores normales, conviene que el vehículo tenga mayor adherencia y menor deriva en el eje trasero que en el delantero, por lo cual:

• Se puede dar más presión al eje trasero que al delantero, con el fin de disminuir la deriva de este eje.
• Con el fin de limitar el derrapaje y la deriva del eje trasero, se recomienda el montaje de las cubiertas nuevas en este eje y no en el eje delantero.

Resistencia a la Rodadura

La resistencia a la rodadura proviene de la deformación que sufre el neumático en la superficie de contacto contra la carretera. Para que un neumático que está rodando adquiera esa forma plana aplastada contra la carretera en la zona inferior, es necesario aplicarle una fuerza (invertir energía).

Por otro lado, cuando la superficie de contacto se separa de la carretera e inicia su trayectoria ascendente, la goma recupera su forma inicial devolviendo también una fuerza contra el asfalto que favorece el giro. Si ambas fuerzas fuesen iguales, los pares de giro se compensarían y el vehículo no tendería a frenarse ni a acelerarse.

La razón por la que ambas fuerzas no son iguales es por una propiedad de la goma denominada histéresis. La energía de deformación que hay que aplicar a un punto del neumático para que se aplaste contra el asfalto es mayor que la energía que el neumático devuelve al recuperar su forma original. La diferencia entre ambas cantidades de energía se transforma en calentamiento del neumático y el par de giro “neto” resulta ser en contra del avance del vehículo. Este par de giro en el sentido contrario al avance es el componente fundamental de la resistencia a la rodadura.

La resistencia a la rodadura de un neumático depende, además de sus propias características químicas y morfológicas, del peso que lleve encima. De hecho, la resistencia a la rodadura es directamente proporcional al peso soportado por el neumático. Para hacernos una idea de su orden de magnitud, este coeficiente se sitúa alrededor de entre 0,007 y 0,014.

Confort

• Sobreinflado: Disminuye la flexibilidad.
• Bajo inflado: Aumenta el ruido.

Rendimiento Kilométrico

La cubierta está estudiada para que se establezca un equilibrio entre la presión de inflado, la carga y la resistencia de la carcasa. Cuando la presión no es la adecuada, la cubierta se deforma, la banda de rodadura no apoya correctamente en el suelo y sobre ella aparecen desgastes característicos.

Control de la Presión de Inflado

La presión de inflado de los neumáticos es un factor determinante para garantizar un óptimo contacto de su banda de rodadura con el pavimento. De este depende su capacidad de agarre longitudinal en frenadas y aceleraciones, así como su adherencia lateral que permite obtener trayectorias de marcha fieles a las impuestas por el conductor. Por tanto, se hace necesario realizar un control periódico de las presiones de inflado.

“LAS PRESIONES SE CONTROLAN Y SE RECTIFICAN EN FRÍO”

Se entiende por neumáticos fríos:

• Cuando el vehículo lleva parado como mínimo una hora.
• Si el vehículo ha rodado 2 o 3 Km a velocidad reducida.

Precauciones al rectificar presiones con neumáticos calientes:

• No desinflar jamás.
• Aumentar las presiones recomendadas en 0,3 bar.
• Respetar diferencia de presiones entre ejes.

Este control se puede realizar de diversas formas, mediante:

• El cálculo del radio de rodadura del neumático a partir de su velocidad angular.
• Sensores implantados en el interior del neumático que miden su temperatura y presión.

El primer método es llevado a cabo mediante un módulo de software implantado en la unidad de antibloqueo de ruedas ABS, que calcula permanentemente la velocidad de rotación de los neumáticos y los compara con la velocidad de desplazamiento del vehículo. La velocidad angular de un neumático tiene una correspondencia con la velocidad lineal del vehículo, que depende del radio de rodadura. Si existe una divergencia entre estas dos magnitudes, quiere decir que el radio de rodadura ha variado, o lo que es lo mismo, que su presión ha sufrido alteraciones.

Para un cálculo correcto, es necesario que la unidad ABS parta de unos valores de referencia que nosotros, manualmente, debemos introducir en su memoria.

Proceso de Calibración:

• Poner los neumáticos a la presión preconizada por el fabricante.
• Mantener pulsado el indicador para presión de neumáticos durante un tiempo de unos 2 segundos.
• El encendido del testigo en el cuadro de instrumentos y un aviso acústico nos indica que la unidad está preparada para iniciar su calibración.
• Durante el modo de circulación normal, el sistema se calibra a la presión de inflado y los neumáticos montados que ha introducido el conductor.

Sensores Inductivos

Está formado por un núcleo de imanes permanentes y una bobina cuyos extremos son los que envían la señal a la unidad de control. Dicho sensor capta la señal de una rueda dentada (generatriz) solidaria a la rueda del vehículo y que por tanto gira a las mismas revoluciones. Al girar la rueda, sus dientes se mueven influyendo en el campo magnético emisor y como consecuencia se induce en la bobina corriente alterna cuya frecuencia y amplitud se modifica según el número de revoluciones. De cada uno de los sensores se envía la señal obtenida a la unidad de control para informar sobre la velocidad instantánea de cada rueda.

Auto-inflado del Neumático

Se trata del primer neumático autoinflable. Utilizando un novedoso sistema de cámaras y válvulas, la llanta de Goodyear tiene la facultad de mantener la presión por encima de un mínimo predeterminado. El neumático cuenta con tres componentes adicionales:

• Una pequeña válvula de admisión de aire.
• Una cámara circular montada en la periferia de la parte central del neumático.
• Una válvula de inyección de aire al interior del neumático.

Neumáticos Antipinchazos

Tecnología con Soporte Independiente

Se trata de un neumático con un anillo de apoyo independiente que garantiza la capacidad de carga en caso de rodaje sin presión y evita la degradación del neumático.

Tecnología Autoportante

Se trata de un neumático sin anillo de apoyo: S.S.T. (Self-Supporting Tyres) o Autoportante, con flancos reforzados que garantizan la capacidad de carga en caso de un rodaje sin presión.