Un neumático de bicicleta es un neumático que se adapta a la rueda de una bicicleta o vehículo similar. Estos neumáticos también se pueden utilizar en triciclos, sillas de ruedas y bicicletas de mano , frecuentemente para carreras . Los neumáticos de bicicleta proporcionan una fuente importante de suspensión , generan las fuerzas laterales necesarias para el equilibrio y los giros , y generan las fuerzas longitudinales necesarias para la propulsión y el frenado . Aunque el uso de un neumático reduce en gran medida la resistencia a la rodadura en comparación con el uso de una rueda rígida o un neumático macizo, los neumáticos siguen siendo normalmente la segunda fuente más importante, después de la resistencia al viento (arrastre del aire) , de consumo de energía en una carretera nivelada. [1] El moderno neumático desmontable de bicicleta contribuyó a la popularidad y eventual dominio de la bicicleta de seguridad . [2]
Los neumáticos de bicicleta también se utilizan en monociclos , triciclos , cuatriciclos , bicicletas tándem , bicicletas de mano, remolques de bicicletas y bicicletas con remolque .
Los primeros "neumáticos" de bicicleta eran bandas de hierro sobre las ruedas de madera de los velocípedos . [3] A estos les siguieron los neumáticos de caucho macizo montados en penny-farthings . [4] La primera patente para las "ruedas de goma" fue concedida a Clément Ader en 1868. [5] En un intento de suavizar la marcha, también se probaron neumáticos de goma con núcleo hueco. [6]
El primer neumático práctico fue fabricado por John Boyd Dunlop en 1887 para la bicicleta de su hijo , en un esfuerzo por prevenir los dolores de cabeza que sufría al andar por caminos en mal estado. (La patente de Dunlop fue posteriormente declarada inválida debido al estado de la técnica por su colega escocés Robert William Thomson .) A Dunlop se le atribuye haber "realizado que el caucho podía resistir el desgaste de un neumático manteniendo su resistencia". [7] Esto llevó a la fundación de Dunlop Tire Co. Ltd en 1889. En 1890, comenzó a agregar una capa de lona resistente al caucho para reducir los pinchazos. Los corredores adoptaron rápidamente el neumático por el aumento de la velocidad y la calidad de marcha que permitía.
Finalmente, el neumático desmontable fue introducido en 1891 por Édouard Michelin . Se sujetaba a la llanta con abrazaderas, en lugar de pegamento, y se podía quitar para reemplazar o parchar la cámara de aire separada. [2]
Se han desarrollado tres técnicas principales para fijar un neumático de bicicleta a una llanta de bicicleta : cubierta , cableada y tubular . [8] Las cubiertas originalmente no tenían alambre en los talones y la forma del talón se entrelazaba con una brida en la llanta, dependiendo de la presión del aire para mantener el talón del neumático en su lugar. Sin embargo, este tipo de neumático ya no se usa de forma generalizada y el término clincher se ha transferido al moderno neumático con cables. Durante el resto de este artículo, se asumirá el uso moderno de la palabra factor decisivo .
En un intento por ofrecer los mejores atributos de los métodos tubulares y con cable, también se han ofrecido remachadores tubulares. [9]
La mayoría de los neumáticos de bicicleta son del tipo clincher para usarse con llantas "clincher". Estos neumáticos tienen un talón de alambre de acero o fibra de Kevlar que se entrelaza con pestañas dentro de la llanta. Una cámara de aire interior hermética separada encerrada por el neumático sostiene la carcasa del neumático y mantiene el bloqueo del talón. Una ventaja de este sistema es que se puede acceder fácilmente a la cámara de aire para repararla o reemplazarla.
La norma ISO 5775-2 define las designaciones de llantas de bicicleta. Se distingue entre
Las llantas tradicionales con alambre eran de lados rectos. En la década de 1970 resurgieron varios diseños de "ganchos" (también llamados "ganchos") para asentar el talón del neumático en la llanta y mantener el neumático en su lugar, [10] [11], lo que dio como resultado el moderno diseño de cubierta. Esto permite presiones de aire más altas (80 a 150 psi o 6 a 10 bar) que las que eran posibles con neumáticos cableados más antiguos. En estos diseños, es el entrelazado del talón con las pestañas de la llanta, no el ajuste apretado o la resistencia al estiramiento del talón, lo que mantiene el neumático en la llanta y retiene la presión del aire. [12]
Algunos neumáticos para cubierta se pueden utilizar sin cámara en un sistema denominado sin cámara. Los neumáticos sin cámara típicos tienen paredes laterales herméticas y talones diseñados para maximizar el sellado entre el neumático y la llanta.
Algunos neumáticos tienen forma de toro y se fijan a llantas tubulares con adhesivo. Las llantas tubulares están diseñadas con bancadas de sección transversal circular poco profunda en las que los neumáticos se asientan en lugar de estar unidos a las pestañas de la llanta mediante talones de llanta como en los tipos de cubierta.
Es necesaria una rigidez adecuada de la carcasa del neumático para soportar al ciclista, mientras que la suavidad y flexibilidad de la carcasa son deseables para la amortiguación. La mayoría de los neumáticos de bicicleta son neumáticos; la rigidez de los neumáticos se controla fácilmente controlando la presión del aire dentro del neumático. Los neumáticos sin aire utilizan un material elastómero tipo esponja semisólida que elimina la pérdida de aire por pinchazos y filtraciones de aire.
En un neumático, el aire presurizado se mantiene en el interior mediante una cámara de aire separada y relativamente impermeable, o mediante el neumático y la llanta, en un sistema sin cámara. Los neumáticos son superiores al proporcionar una amortiguación eficaz y al mismo tiempo mantener muy baja la resistencia a la rodadura.
Un neumático con cámara tiene una cámara de aire separada , hecha de caucho butílico o látex , que proporciona una barrera relativamente hermética dentro del neumático. [13] La gran mayoría de los sistemas de neumáticos utilizados son decisivos, debido a la relativa simplicidad de las reparaciones y la amplia disponibilidad de cámaras de aire de repuesto.
La mayoría de las cámaras de aire de bicicletas tienen forma de globo toroidal , mientras que algunas no lo son. Por ejemplo, las cámaras de aire de las bicicletas del servicio de bicicletas compartidas de Moscú son simplemente cámaras de goma lo suficientemente largas como para enrollarse e insertarse en un neumático. [14]
Los neumáticos sin cámara se utilizan principalmente en bicicletas de montaña debido a su capacidad de utilizar baja presión de aire para una mejor tracción sin pincharse. [15] Los neumáticos sin cámara funcionan de manera similar a los neumáticos para cubierta en el sentido de que el talón del neumático está diseñado específicamente para entrelazarse en una llanta sin cámara correspondiente, pero sin cámara de aire. El aire se infla directamente en el neumático y, una vez "bloqueado" en la llanta, el sistema es hermético. Los selladores líquidos a menudo se inyectan en neumáticos sin cámara para mejorar el sellado y detener las fugas causadas por pinchazos. Una ventaja es que los pinchazos son menos comunes en una configuración sin cámara porque requieren un orificio a través de la carcasa del neumático, no solo la cámara de aire. Una desventaja es que el aire puede escapar si el bloqueo del talón se ve comprometido por demasiada fuerza lateral sobre el neumático o por la deformación de la llanta/neumático debido a un fuerte impacto con un objeto.
Los neumáticos sin cámara requieren llantas compatibles sin cámara, que no permiten que el aire escape donde se conectan los radios y tienen una ranura de forma diferente para que se asiente el talón del neumático.
En 2006, Shimano y Hutchinson introdujeron un sistema sin cámara para bicicletas de carretera. [16] Los neumáticos sin cámara aún no han ganado aceptación popular en las carreras de carretera debido a la falta de patrocinio, la tradición de usar neumáticos tubulares y el hecho de que, incluso sin la cámara de aire, el peso combinado de las llantas y los neumáticos sin cámara es más que superior. juegos de ruedas para neumáticos tubulares de última generación. [17] El sistema tubeless de carretera está ganando popularidad entre los ciclistas para quienes los beneficios compensan los costos. [18] Los neumáticos sin cámara de carretera tienden a ajustarse mucho más que los neumáticos tradicionales para cubierta, lo que dificulta el montaje y desmontaje del neumático.
Los neumáticos sin aire se utilizaron antes de que se desarrollaran los neumáticos, y aparecieron en los velocípedos en 1869. [19] [20] Continúan desarrollándose en un esfuerzo por resolver el problema de la pérdida de presión de aire, ya sea por un pinchazo o por permeabilidad. Los ejemplos modernos de neumáticos sin aire para bicicletas incluyen la rueda Energy Return de BriTek, [21] un neumático de bicicleta sin aire de Bridgestone , [22] el neumático que se muestra a la derecha en una Mobike y los neumáticos sólidos que se analizan a continuación. Aunque los neumáticos modernos sin aire son mejores que los antiguos, la mayoría dan una marcha dura y pueden dañar la rueda o la bicicleta. [23]
La forma más común de neumático sin aire es simplemente el neumático macizo . Además del caucho macizo, también se ofrecen neumáticos macizos fabricados de poliuretano [24] [25] [26] [27] [28] o espuma microcelular [29] para una prevención 100 % de pinchazos. Sin embargo, se pierde gran parte de la calidad deseable de la suspensión del neumático y la calidad de marcha se ve afectada. [30]
Muchos sistemas de bicicletas compartidas utilizan estos neumáticos para reducir el mantenimiento, y ejemplos de neumáticos sólidos incluyen los disponibles en Greentyre, [31] Puncture Proof Tires Ltd, [32] KIK-Reifen, [33] Tannus, [31] Hutchinson , [34 ] y Especializado . [35]
Los neumáticos de bicicleta constan de una carcasa de tela impregnada de caucho , también llamada carcasa, con caucho adicional, llamado banda de rodadura, en la superficie que hace contacto con la carretera. En el caso de los remachadores, la carcasa envuelve dos cuentas, una en cada borde.
La carcasa de los neumáticos de bicicleta está hecha de tela, generalmente nailon , aunque también se han utilizado algodón y seda . La carcasa proporciona la resistencia contra el estiramiento necesaria para contener la presión del aire interna y al mismo tiempo permanece lo suficientemente flexible como para adaptarse a la superficie del suelo. El número de hilos de la tela afecta el peso y el rendimiento del neumático, y un número alto de hilos mejora la calidad de la marcha y reduce la resistencia a la rodadura a expensas de la durabilidad y la resistencia a los pinchazos.
Las fibras de la tela de la mayoría de los neumáticos de bicicleta no se tejen juntas, sino que se mantienen en capas separadas para que puedan moverse más libremente y reducir el desgaste y la resistencia a la rodadura. También suelen estar orientados en diagonal, formando capas al bies. [36]
Se ha intentado utilizar telas radiales, y los ejemplos incluyen Panasonic en la década de 1980 y Maxxis en la década de 2010, [36] pero a menudo se encontró que proporciona características de manejo indeseables. [37]
La banda de rodadura es la parte del neumático que contacta con el suelo para proporcionar agarre y proteger la carcasa del desgaste.
La banda de rodadura está hecha de caucho natural y sintético que suele incluir cargas como negro de carbón , que le da su color característico, y sílice . [38] El tipo y la cantidad de relleno se seleccionan en función de características tales como desgaste, tracción (húmeda y seca), resistencia a la rodadura y costo. Se pueden añadir aceites y lubricantes como suavizantes. [38] El azufre y el óxido de zinc facilitan la vulcanización . [38] Algunos neumáticos tienen una banda de rodadura de doble compuesto que es más resistente en el medio y con más agarre en los bordes. [39] Muchos neumáticos modernos están disponibles con bandas de rodadura en una variedad o combinación de colores. [40] [41] Se han desarrollado neumáticos de carreras con diferentes compuestos de banda de rodadura para la parte delantera y trasera, intentando así proporcionar más tracción en la parte delantera y menos resistencia a la rodadura en la parte trasera. [42]
Las bandas de rodadura se encuentran en algún lugar del espectro, desde lisas o resbaladizas hasta nudosas. Las bandas de rodadura suaves están diseñadas para uso en carretera, donde un patrón de banda de rodadura ofrece poca o ninguna mejora en la tracción. [43] Sin embargo, muchos neumáticos lisos tienen un dibujo ligero de la banda de rodadura, debido a la creencia común de que un neumático liso será resbaladizo en condiciones húmedas. Las bandas de rodadura nudosas están diseñadas para uso todoterreno, donde la textura de la banda de rodadura puede ayudar a mejorar la tracción en superficies blandas. Muchas bandas de rodadura son omnidireccionales (el neumático se puede instalar en cualquier orientación), pero algunas son unidireccionales y están diseñadas para orientarse en una dirección específica. Algunos neumáticos, especialmente para bicicletas de montaña , tienen una banda de rodadura destinada a la rueda delantera o a la trasera. [44] Se ha desarrollado un patrón especial de la banda de rodadura, con pequeños hoyuelos , para reducir la resistencia del aire. [45]
El perfil de la banda de rodadura suele ser circular, coincidiendo con la forma de la carcasa en su interior y permitiendo que el neumático ruede hacia un lado cuando la bicicleta se inclina para girar o equilibrar. A veces se utilizan perfiles más cuadrados en neumáticos para bicicletas de montaña y neumáticos novedosos diseñados para parecerse a los slicks de carreras de automóviles, [46] como en las bicicletas con ruedas .
El talón de los neumáticos para cubierta debe estar hecho de un material que se estire muy poco para evitar que el neumático se expanda fuera de la llanta bajo la presión de aire interna.
Los cordones de alambre de acero se utilizan en neumáticos económicos. Aunque no se pueden doblar, a menudo se pueden torcer para formar tres aros más pequeños. [47]
Las cuentas de Kevlar se utilizan en neumáticos caros y también se denominan "plegables". No deben usarse en llantas con paredes laterales rectas, ya que pueden salir volando de la llanta.
La pared lateral de la carcasa, la parte que no está destinada a entrar en contacto con el suelo, puede recibir uno de varios tratamientos.
Los neumáticos con paredes laterales de caucho natural se denominan "pared de goma". El caucho natural de color tostado carece de negro de carbón para disminuir la resistencia a la rodadura, ya que su resistencia adicional al desgaste no es necesaria en la pared lateral. [48]
Los neumáticos con muy poca goma, si es que hay alguna, que cubra la pared lateral se denominan "pared de piel". Esto reduce la resistencia a la rodadura al reducir la rigidez de las paredes laterales a costa de reducir la protección contra daños. [49]
Algunos neumáticos incluyen una capa adicional entre la banda de rodadura y la carcasa (como se muestra en la sección transversal que se muestra arriba) para ayudar a prevenir pinchazos, ya sea por ser resistentes o simplemente por ser gruesos. Estas capas adicionales suelen estar asociadas con una mayor resistencia a la rodadura. [50]
Se pueden incrustar clavos de metal en la banda de rodadura de neumáticos con tacos para mejorar la tracción sobre hielo. [51] Los neumáticos con clavos económicos utilizan pernos de acero, mientras que los neumáticos más caros utilizan pernos de carburo más duraderos . [52] Se ha desarrollado una banda de rodadura con clavos y nudos que se cierra sobre un neumático más suave y sin clavos para facilitar la transición entre los dos tipos de neumáticos. [53] [54] [55]
Algunos neumáticos tienen una franja reflectante en los flancos para mejorar la visibilidad por la noche. Otros tienen material reflectante incrustado en la banda de rodadura. [41]
Además del patrón de hoyuelos de la banda de rodadura mencionado anteriormente, al menos un neumático tiene un "ala" adicional para cubrir el espacio entre el flanco del neumático y la llanta y reducir la resistencia. [56]
Al menos un neumático de bicicleta moderno ha sido diseñado específicamente para uso en interiores sobre rodillos o zapatillas de deporte . Minimiza el desgaste excesivo que experimentan los neumáticos tradicionales en este entorno y no es adecuado para su uso en pavimento. [57]
Además de los diferentes patrones de banda de rodadura disponibles en algunos neumáticos para bicicletas de montaña mencionados anteriormente, hay juegos de neumáticos delanteros y traseros disponibles para bicicletas de carretera con diferentes patrones de banda de rodadura, compuestos de banda de rodadura y tamaños para las ruedas delanteras y traseras. [58] Otros escenarios implican reemplazar un neumático dañado y dejar el otro sin cambios.
Se han desarrollado neumáticos para bicicletas que se inflan solos a medida que avanzan. [59] [60]
Los neumáticos de bicicleta se han desarrollado para que se puedan poner y quitar diferentes bandas de rodadura. Esto permite tener la tracción adicional de los neumáticos con clavos sólo cuando sea necesario y evitar la resistencia adicional a la rodadura en caso contrario. [61] [62] [63] [64]
Las designaciones modernas de tamaño de neumáticos (por ejemplo, "37-622", también conocido como ETRTO) están definidas por la norma internacional ISO 5775 , junto con las designaciones de tamaño de llanta correspondientes (por ejemplo, "622×19C"). Inglés antiguo (pulgadas, por ejemplo, "28 × 1+5 ⁄ 8 × 1+3 ⁄ 8 ") y las designaciones francesas (métricas, por ejemplo, "700×35C") también se siguen utilizando, pero pueden ser ambiguas. El diámetro del neumático debe coincidir con el diámetro de la llanta, pero el ancho del neumático sólo tiene que estar en el rango de anchos apropiados para el ancho de la llanta, [65] sin exceder los espacios libres permitidos por el cuadro, los frenos y cualquier accesorio como guardabarros. Los diámetros varían desde unos grandes 910 mm, para monociclos de turismo , hasta un pequeño de 125 mm, para esquí sobre ruedas . [66] Los anchos varían desde un estrecho de 18 mm hasta un ancho de 119 mm para el Surly Big Fat Larry. [67]
Los neumáticos livianos varían en tamaño de 3 ⁄ 4 a 1+1 ⁄ 8 pulgadas (19 a 29 mm) de ancho.
Los neumáticos de peso medio o Demi-ballon varían en tamaño desde 1+1 ⁄ 8 a 1+3 ⁄ 4 pulgadas (29 a 44 mm) de ancho.
Un neumático de globo es un tipo de neumático ancho, de gran volumen y de baja presión que apareció por primera vez en las bicicletas de crucero en los EE. UU. en la década de 1930. Por lo general, tienen de 2 a 2,5 pulgadas (51 a 64 mm) de ancho.
En la década de 1960, Raleigh fabricó su RSW 16 de ruedas pequeñas con neumáticos tipo globo [68] para que tuviera una marcha suave como la bicicleta Moulton totalmente suspendida . Otros fabricantes utilizaron luego la misma idea para sus propios vehículos de ruedas pequeñas. Los ejemplos incluyen la bicicleta plegable Bootie fabricada por Stanningley (Reino Unido) , la Commuter de la Co-operative Wholesale Society (CWS) y la Trusty Spacemaster.
Un neumático de tamaño grande tiene un ancho típico de 2,5 a 3,25 pulgadas (64 a 83 mm). Hay tres diámetros de asiento de talón disponibles: 559 mm para 26+ , 584 mm para 27,5+ ( 650B+ ) y 622 mm para 29+ . Llenan el espacio entre los neumáticos tipo globo y los neumáticos gruesos. [69]
Un neumático grueso es un tipo de neumático de bicicleta ancho y de gran tamaño, generalmente de 3,8 pulgadas (97 mm) o más y llantas de 2,6 pulgadas (66 mm) o más anchas, diseñado para una baja presión sobre el suelo para permitir andar en terrenos blandos e inestables, como nieve, arena. , pantanos y barro. [70] Desde la década de 1980, se han utilizado neumáticos gruesos de 3,8 a 5 pulgadas (97 a 127 mm) de ancho y diámetros similares a las ruedas de bicicleta convencionales en " fatbikes " y bicicletas todo terreno diseñadas para andar en nieve y arena. [71] [72]
La presión de inflado de los neumáticos de bicicleta varía desde 4,5 psi (0,31 bar ; 31 kPa ) para neumáticos fat bike en nieve [73] hasta 220 psi (15 bar; 1,5 MPa) para neumáticos tubulares de carreras en pista. [74] La presión máxima de los neumáticos suele estar estampada en la pared lateral, indicada como "Presión máxima" o "Inflar a ..." o, a veces, expresada como un rango como "5 a 7 bar (73 a 102 psi; 500 –700kPa)". Disminuir la presión tiende a aumentar la tracción y hacer que el viaje sea más cómodo, mientras que aumentar la presión tiende a hacer que el viaje sea más eficiente y disminuye las posibilidades de pincharse. [75]
Una pauta publicada para la presión de inflado de la cubierta es elegir el valor para cada rueda que produzca una reducción del 15% en la distancia entre la llanta y el suelo cuando está cargada (es decir, con el ciclista y la carga) en comparación con cuando está descargada. Presiones por debajo de esto conducen a una mayor resistencia a la rodadura y a la probabilidad de pinchazos. Presiones superiores a esta provocan una menor resistencia a la rodadura en el propio neumático, pero una mayor disipación total de energía causada por las vibraciones transmitidas a la bicicleta y especialmente al ciclista, que experimenta histéresis elástica . [76] [77] Las cámaras de aire no son completamente impermeables al aire y pierden presión lentamente con el tiempo. Las cámaras de aire de butilo mantienen la presión mejor que las de látex. [78] Los neumáticos inflados con botes de dióxido de carbono (a menudo utilizados para reparaciones en la carretera) o helio (ocasionalmente utilizado para carreras de pista de élite) pierden presión más rápidamente, porque el dióxido de carbono, a pesar de ser una molécula relativamente grande, es ligeramente soluble en caucho, [79 ] y el helio es un átomo muy pequeño que atraviesa rápidamente cualquier material poroso. Al menos un sistema público de bicicletas compartidas , Santander Cycles de Londres , está inflando neumáticos con nitrógeno , en lugar de aire simple , que ya contiene un 78% de nitrógeno, en un intento de mantener los neumáticos a la presión de inflado adecuada por más tiempo, [80] aunque la efectividad de esto es discutible. [81] [82] [83]
Dado que el volumen de gas y el propio gas dentro de un neumático no se alteran significativamente por un cambio de temperatura, la ley de los gases ideales establece que la presión del gas debe ser directamente proporcional a la temperatura absoluta . Por lo tanto, si un neumático se infla a 4 bar (400 kPa; 58 psi) a temperatura ambiente , 20 °C (68 °F), la presión aumentará a 4,4 bar (440 kPa; 64 psi) (+10%) a 40 °C (104 °F) y disminuir a 3,6 bar (360 kPa; 52 psi) (-10%) a −20 °C (−4 °F).
En el ejemplo anterior, una diferencia del 7 % en la temperatura absoluta resultó en una diferencia del 10 % en la presión de los neumáticos. Esto es el resultado de la diferencia entre la presión manométrica y la presión absoluta . Para presiones de inflación bajas, esta distinción es más importante, ya que la ley de los gases ideales se aplica a la presión absoluta, incluida la presión atmosférica. Por ejemplo, si una llanta de fat-bike se infla a 0,5 bar (50 kPa; 7,3 psi) de presión manométrica a una temperatura ambiente de 20 °C (68 °F) y luego la temperatura se reduce a -10 °C (14 °F) (una disminución del 9% en la temperatura absoluta), la presión absoluta de 1,5 bar (150 kPa; 22 psi) se reducirá en un 9% a 1,35 bar (135 kPa; 19,6 psi), lo que se traduce en una disminución del 30% en la presión manométrica. , a 0,35 bar (35 kPa; 5,1 psi).
La presión neta del aire en el neumático es la diferencia entre la presión de inflado interna y la presión atmosférica externa , 1 bar (100 kPa; 15 psi), y la mayoría de los manómetros de neumáticos informan esta diferencia. Si un neumático se infla a 4 bar (400 kPa; 58 psi) al nivel del mar , la presión interna absoluta sería de 5 bar (500 kPa; 73 psi) (+25%), y esta es la presión que necesitaría el neumático. contener si se trasladara a un lugar sin presión atmosférica, como el vacío del espacio libre . En la elevación más alta de los viajes aéreos comerciales, 12.000 metros (39.000 pies), la presión atmosférica se reduce a 0,2 bar (20 kPa; 2,9 psi), y ese mismo neumático tendría que contener 4,8 bar (480 kPa; 70 psi) ( +20%).
Los neumáticos de bicicleta son esencialmente recipientes a presión toroidales de paredes delgadas y si la carcasa se trata como un material homogéneo e isotrópico , entonces la tensión en la dirección toroidal ( tensión longitudinal o axial si el neumático se considera un cilindro largo) se puede calcular como: [84] [85]
dónde:
La tensión en la dirección poloidal ( tensión circular o circunferencial si el neumático se considera un cilindro largo) es más complicada, varía alrededor de la circunferencia menor y depende de la relación entre los radios mayor y menor, pero si el radio mayor es mucho mayor que el radio menor, como en la mayoría de los neumáticos de bicicleta donde el radio mayor se mide en cientos de mm y el radio menor se mide en decenas de mm, entonces la tensión en la dirección poloidal está cerca de la tensión circunferencial de los recipientes a presión cilíndricos de paredes delgadas: [ 84] [85]
En realidad, por supuesto, la carcasa del neumático no es homogénea ni isotrópica, sino que es un material compuesto con fibras incrustadas en una matriz de caucho, lo que complica aún más las cosas.
Si bien no es estrictamente un parámetro del neumático, el ancho de la llanta sobre la que se monta un neumático determinado influye en el tamaño y la forma de la zona de contacto y posiblemente en la resistencia a la rodadura y las características de manejo. [86] La Organización Técnica Europea de Neumáticos y Llantas (ETRTO) publica una guía de anchos de llanta recomendados para diferentes anchos de neumáticos: [87]
En 2006, se amplió para permitir neumáticos anchos de hasta 50 mm en llantas 17C y 62 mm en llantas 19C. [88] Idealmente, el ancho del neumático debería ser de 1,8 a 2 veces el ancho de la llanta, pero debería ajustarse una proporción de 1,4 a 2,2, e incluso 3 para llantas con gancho. [89]
Mavic recomienda presiones máximas además del ancho de la llanta, [90] y Schwalbe recomienda presiones específicas: [91]
Los neumáticos Fatbike de 100 a 130 mm (4 a 5 pulgadas) de ancho suelen montarse en llantas de 65 a 100 mm. [92]
Los neumáticos de bicicleta generan fuerzas y momentos entre la llanta y el pavimento que pueden afectar el rendimiento, la estabilidad y el manejo de la bicicleta.
La fuerza vertical generada por un neumático de bicicleta es aproximadamente igual al producto de la presión de inflado y el área de la zona de contacto. [93] En realidad, suele ser un poco más que esto debido a la rigidez pequeña pero finita de las paredes laterales.
La rigidez vertical, o índice de elasticidad , de un neumático de bicicleta, al igual que los neumáticos de motocicletas y automóviles, aumenta con la presión de inflado. [94]
La resistencia a la rodadura es una función compleja de la carga vertical, la presión de inflado, el ancho del neumático, el diámetro de la rueda, los materiales y métodos utilizados para construir el neumático, la rugosidad de la superficie sobre la que rueda y la velocidad a la que rueda. [1] Los coeficientes de resistencia a la rodadura pueden variar de 0,002 a 0,010, [1] [74] [95] [96] y se ha descubierto que aumentan con la carga vertical, la rugosidad de la superficie y la velocidad. [1] [97] Por el contrario, mayor presión de inflado (hasta un límite), neumáticos más anchos (en comparación con neumáticos más estrechos a la misma presión y del mismo material y construcción), [98] ruedas de mayor diámetro, [99] ruedas más delgadas Las capas de la carcasa y el material de la banda de rodadura más elástico tienden a disminuir la resistencia a la rodadura.
Por ejemplo, un estudio de la Universidad de Oldenburg encontró que los neumáticos Schwalbe Standard GW HS 159, todos con un ancho de 47 mm y una presión de inflado de 300 kPa (3,0 bar; 44 psi), pero fabricados para llantas de varios diámetros, tenían la siguientes resistencias a la rodadura: [100]
El autor del artículo citado concluye, basándose en los datos allí presentados, que Crr es inversamente proporcional a la presión de inflado y al diámetro de la rueda.
Aunque el aumento de la presión de inflado tiende a disminuir la resistencia a la rodadura porque reduce la deformación del neumático, en superficies rugosas el aumento de la presión de inflado tiende a aumentar la vibración experimentada por la bicicleta y el ciclista, donde esa energía se disipa en su deformación menos que perfectamente inelástica. Por lo tanto, dependiendo de la multitud de factores involucrados, el aumento de la presión inflacionaria puede llevar a una mayor disipación total de energía y a una velocidad más lenta o a un mayor consumo de energía. [101]
Al igual que con otros neumáticos, los neumáticos de bicicleta generan una fuerza en las curvas que varía con el ángulo de deslizamiento y un empuje de inclinación que varía con el ángulo de inclinación . Estas fuerzas han sido medidas por varios investigadores desde la década de 1970, [102] [103] y se ha demostrado que influyen en la estabilidad de la bicicleta. [104] [105]
Los momentos generados en la zona de contacto por un neumático incluyen el par de autoalineación asociado con la fuerza en las curvas, el par de torsión asociado con el empuje de inclinación, ambos alrededor de un eje vertical, y un momento de vuelco alrededor del eje de balanceo de la bicicleta. [106]
Se acepta ampliamente que los coeficientes de resistencia a la rodadura de los neumáticos de bicicleta para superficies lisas oscilan entre 0,002 y 0,010.
A medida que la seguridad de los neumáticos ganó popularidad, el deporte generó un interés popular sin precedentes.
Conclusión: Los neumáticos clincher permanecen en la llanta principalmente por el cierre de la pared lateral en forma de gancho que retiene el talón del neumático, no por la tensión circunferencial en el talón.
Los pinchazos han afectado a los ciclistas desde que empezaron a inflar los neumáticos. Ahora hay una cura: una goma resistente llamada BykFil que reemplaza todo el aire del neumático y acaba con las fugas para siempre.
El poliuretano sólido reemplaza el aire en los neumáticos de caucho en un nuevo método de inflado de neumáticos desarrollado por Synair Corp., Tustin, California. El material es Tyrfil, comercializado en los EE. UU. por BF Goodrich Tire Co. El sistema de poliuretano de dos componentes se bombea en neumáticos montados en llantas a través de válvulas de aire y se convierte en un sólido con una gravedad específica de 1,02. Synair ha desarrollado un producto similar, Bykfil, para neumáticos de bicicleta. Se necesitan aproximadamente 21/4 libras de Bykfil para llenar un neumático de bicicleta estándar: aproximadamente libras para neumáticos de bicicletas de carreras. El coste de Bykfil para el usuario final es de unos 7 dólares por un neumático de bicicleta estándar. El costo de Tyrfil es de aproximadamente $1,25/lb.
Preparación de resina de dos componentes útil para inflar neumáticos.
Son pesados, lentos y dan una marcha dura. También es probable que provoquen daños en las ruedas debido a su escasa capacidad de amortiguación.
El paquete de tres bobinas debe estar asegurado para evitar que se abra nuevamente.
Una pequeña cremallera a lo largo de la pared lateral permite a los usuarios cerrar los pernos o pisar sobre un neumático de carretera liso.
Su sistema Zip-on reTyre hace que sea rápido y fácil colocar la banda de rodadura perfecta en la bicicleta para cada viaje, sin necesidad siquiera de quitar la rueda de la bicicleta.
Las "pieles" intercambiables de la banda de rodadura se pueden colocar y quitar con cremallera de un neumático base liso subyacente.
un sistema de banda de rodamiento con cremallera que podría ayudar a los ciclistas a adaptar rápida y fácilmente su tracción a las condiciones climáticas y de la carretera cambiantes
Este nuevo tamaño de neumático más ancho está destinado a cerrar la brecha entre los neumáticos estándar de bicicleta de montaña y las fatbikes. ¿Qué tan gordas son las tallas grandes? No existe una definición rígida, pero la designación de Trek es un punto de partida tan bueno como cualquier otro: un neumático de 2,8 a 3,25 pulgadas en una llanta (externa) de 35 a 50 mm.
En las bandas sonoras, los neumáticos anchos a presiones más bajas requirieron solo 2/3 de la potencia de los neumáticos más estrechos a presiones más altas.
Sin embargo, resulta que la tasa de fuga de CO2 es enorme, y la razón es que en realidad es soluble en caucho butílico y, por lo tanto, no está limitado a una pérdida de permeación normal, sino que puede transferirse directamente a través del caucho a granel, lo que provoca una pérdida grave de presión en los neumáticos. el orden de un solo día.
En pocas palabras: en general, los consumidores pueden usar nitrógeno y pueden disfrutar de la ligera mejora en la retención de aire proporcionada, pero no reemplaza los controles regulares de inflación.
Si inflara su neumático trasero hasta 100 psi, entonces su zona de contacto tendría exactamente una pulgada cuadrada de área. Esto se debe a que la llanta empujaría el suelo con 100 libras de fuerza mientras que el suelo empujaría hacia arriba la llanta con 100 libras de fuerza iguales y opuestas, y dado que hay una presión de 100 libras por pulgada cuadrada en su llanta , entonces el área de contacto es una pulgada cuadrada.
