Cubierta en forma de anillo que se ajusta alrededor del borde de una rueda.
Surtido de neumáticos de carretera nuevos para automóviles, que muestran una variedad de patrones de banda de rodadura.Los neumáticos de los tractores tienen nervaduras y huecos importantes para la tracción en terrenos blandos.
Un neumático ( inglés americano ) o neumático ( inglés Commonwealth ) es un componente en forma de anillo que rodea la llanta de una rueda para transferir la carga de un vehículo desde el eje a través de la rueda hasta el suelo y para proporcionar tracción en la superficie sobre la que viaja la rueda. La mayoría de los neumáticos, como los de automóviles y bicicletas, son estructuras infladas neumáticamente , que proporcionan un cojín flexible que absorbe los impactos cuando el neumático rueda sobre las superficies rugosas de la superficie. Los neumáticos proporcionan una huella, llamada zona de contacto , diseñada para adaptarse al peso del vehículo y al apoyo sobre la superficie sobre la que rueda ejerciendo una presión que evitará deformar la superficie.
Los materiales de los neumáticos modernos son caucho sintético , caucho natural , tela y alambre, junto con negro de humo y otros compuestos químicos. Consisten en una banda de rodadura y un cuerpo. La banda de rodadura proporciona tracción mientras que la carrocería proporciona contención para una cantidad de aire comprimido . Antes de que se desarrollara el caucho , los neumáticos eran bandas metálicas colocadas alrededor de ruedas de madera para mantenerlas juntas bajo carga y evitar el desgaste. Los primeros neumáticos de caucho eran macizos (no neumáticos). Los neumáticos se utilizan en muchos vehículos, incluidos automóviles , bicicletas , motocicletas , autobuses , camiones , equipo pesado y aviones . Los neumáticos metálicos se utilizan en locomotoras y vagones , y los neumáticos de caucho macizo (u otros polímeros) también se utilizan en diversas aplicaciones no automotrices, como ruedas , carros , cortadoras de césped y carretillas .
Los neumáticos sin mantenimiento pueden provocar graves peligros para los vehículos y las personas, que van desde pinchazos que hacen que el vehículo no funcione hasta reventones , donde los neumáticos explotan durante el funcionamiento y posiblemente dañan los vehículos y lesionan a las personas. Por este motivo, la fabricación de neumáticos suele estar muy regulada. Debido al uso generalizado de neumáticos para vehículos de motor, los residuos de neumáticos constituyen una parte sustancial de los residuos mundiales. Existe la necesidad de reciclar neumáticos mediante el reciclaje y la reutilización mecánicos, como el caucho desmenuzado y otros agregados derivados de los neumáticos , y la pirólisis para la reutilización química, como el combustible derivado de los neumáticos . Si no se reciclan adecuadamente o se queman , los neumáticos de desecho liberan sustancias químicas tóxicas al medio ambiente. Además, el uso regular de neumáticos produce partículas de microplástico que contienen estos químicos que ingresan al medio ambiente y afectan la salud humana. [1]
Etimología y ortografía
La palabra neumático es una forma abreviada de vestimenta , procedente de la idea de que una rueda con neumático es una rueda revestida. [2] [3]
La ortografía neumático no apareció hasta la década de 1840, cuando los ingleses comenzaron a ajustar por contracción las ruedas de los vagones de ferrocarril con hierro maleable. Sin embargo, los editores tradicionales continuaron usando neumáticos . El periódico Times de Londres todavía usaba neumático en 1905. [4] La ortografía neumático comenzó a usarse comúnmente en el siglo XIX para neumáticos en el Reino Unido. La edición de 1911 de la Encyclopædia Britannica afirma que "la ortografía 'neumático' no es aceptada actualmente por las mejores autoridades inglesas y no es reconocida en los EE. UU." , [5] mientras que Modern English Usage de Fowler de 1926 describe que "no hay nada que decirse de 'neumático', que es etimológicamente incorrecto, además de innecesariamente divergente de nuestro uso [esc. británico] más antiguo y estadounidense actual". [6] Sin embargo, durante el siglo XX, tiro se estableció como la ortografía británica estándar. [3]
Los primeros neumáticos eran bandas de cuero , [7] luego de hierro (más tarde de acero ) colocadas sobre ruedas de madera utilizadas en carros y carretas . Un trabajador calificado, conocido como carretero , hacía que el neumático se expandiera calentándolo en un fuego de forja , colocándolo sobre la rueda y apagándolo, haciendo que el metal se contrajera nuevamente a su tamaño original para ajustarse firmemente a la rueda.
La primera patente de lo que parece ser un neumático estándar apareció en 1847 y fue presentada por el inventor escocés Robert William Thomson . [8] Sin embargo, esta idea nunca entró en producción. El primer neumático práctico fue fabricado en 1888 en May Street, Belfast , por el escocés John Boyd Dunlop , propietario de una de las consultas veterinarias más prósperas de Irlanda. Fue un esfuerzo para prevenir los dolores de cabeza de su hijo Johnnie, de 10 años, mientras andaba en su triciclo por aceras irregulares. Su médico, John, más tarde Sir John Fagan, le había recetado montar en bicicleta como ejercicio y era un visitante habitual. Fagan participó en el diseño de los primeros neumáticos. El ciclista Willie Hume demostró la supremacía de los neumáticos Dunlop en 1889, ganando las primeras carreras de neumáticos en Irlanda y luego en Inglaterra. [9] [10] En la especificación de patente de neumáticos de Dunlop con fecha del 31 de octubre de 1888, su interés está únicamente en su uso en bicicletas y vehículos ligeros. En septiembre de 1890, se le informó de un acontecimiento anterior, pero la empresa guardó la información para sí. [11]
En 1892, la patente de Dunlop fue declarada inválida debido al estado de la técnica por su olvidado compañero escocés Robert William Thomson de Londres (patentes Londres 1845, Francia 1846, EE.UU. 1847). Sin embargo, a Dunlop se le atribuye el mérito de "darse cuenta de que el caucho podía resistir el desgaste de un neumático manteniendo su resistencia". [12] John Boyd Dunlop y Harvey du Cros superaron las considerables dificultades que siguieron. Emplearon al inventor Charles Kingston Welch y adquirieron otros derechos y patentes, lo que les permitió cierta protección limitada de la posición de su negocio de neumáticos . Neumático se convertiría en Dunlop Rubber y Dunlop Tires . El desarrollo de esta tecnología dependió de innumerables avances de ingeniería, incluida la vulcanización del caucho natural con azufre, así como el desarrollo de la llanta "clincher" para sujetar el neumático en su lugar lateralmente sobre la llanta.
Los cauchos sintéticos se inventaron en los laboratorios de Bayer en los años 20. [13] La escasez de caucho en el Reino Unido durante la Segunda Guerra Mundial impulsó la investigación sobre alternativas a los neumáticos de caucho con sugerencias que incluían cuero, amianto comprimido, rayón, fieltro, cerdas y papel. [14]
En 1946, Michelin desarrolló el método de construcción de neumáticos radiales . Michelin había comprado la empresa automovilística Citroën en quiebra en 1934 para utilizar esta nueva tecnología. Debido a su superioridad en manejo y economía de combustible, [15] el uso de esta tecnología se extendió rápidamente por Europa y Asia. [16] En los EE. UU., la obsoleta construcción de neumáticos con capas diagonales persistió hasta que Ford Motor Company adoptó neumáticos radiales a principios de la década de 1970, [17] tras un artículo de 1968 en una influyente revista estadounidense, Consumer Reports , que destacaba la superioridad de la construcción radial. . [18] [19] La industria estadounidense de neumáticos perdió su cuota de mercado frente a los fabricantes japoneses y europeos, [20] que compraron empresas estadounidenses. [21]
Aplicaciones
Los neumáticos pueden clasificarse según el tipo de vehículo al que sirven. Se pueden distinguir por la carga que transportan y por su aplicación, por ejemplo, a un vehículo de motor, a un avión o a una bicicleta.
Automotor
Servicio ligero a medio
Neumático de invierno con clavosUn neumático de invierno sin clavos, que muestra un dibujo de la banda de rodadura diseñado para compactar la nieve en los huecos. [22]Neumáticos de rally de alto rendimiento
Los neumáticos livianos para vehículos de pasajeros transportan cargas en el rango de 550 a 1100 libras (250 a 500 kg) en la rueda motriz. Los camiones y furgonetas de servicio liviano a mediano transportan cargas en el rango de 1100 a 3300 libras (500 a 1500 kg) en la rueda motriz. [23] Se diferencian por clasificación de velocidad para diferentes vehículos, incluidos (comenzando desde la velocidad más baja hasta la más alta): neumáticos de invierno, neumáticos para camionetas, neumáticos para automóviles de nivel básico, sedanes y camionetas, sedanes deportivos y automóviles de alto rendimiento. . [24] Además de los neumáticos de carretera, existen categorías especiales:
Los neumáticos para nieve están diseñados para usarse en nieve y hielo . Tienen un diseño de banda de rodadura con espacios más grandes que los de los neumáticos de verano, lo que aumenta la tracción sobre nieve y hielo. Los neumáticos que han pasado una prueba específica de rendimiento de tracción en invierno tienen derecho a mostrar un símbolo de "Copo de nieve de montaña de tres picos" en sus paredes laterales. Los neumáticos diseñados para condiciones invernales están optimizados para conducir a temperaturas inferiores a 7 °C (45 °F). Algunos neumáticos para nieve tienen clavos de metal o cerámica que sobresalen del neumático para aumentar la tracción sobre nieve o hielo compactos. Los clavos desgastan el pavimento seco, provocando polvo y desgaste en la trayectoria de las ruedas. [25] Las regulaciones que exigen el uso de neumáticos para nieve o permiten el uso de clavos varían según el país de Asia y Europa, y según el estado o provincia de América del Norte.
Los neumáticos para todas las estaciones suelen estar clasificados para barro y nieve (M+S). Estos neumáticos tienen espacios en la banda de rodadura que son más pequeños que los neumáticos para nieve y más grandes que los neumáticos convencionales. Son más silenciosos que los neumáticos para nieve en carreteras despejadas, pero menos eficaces en nieve o hielo. [26]
Los neumáticos todo terreno están diseñados para tener una tracción adecuada fuera de la carretera, pero tienen características benignas de manejo y ruido para la conducción en carretera. [27] Estos neumáticos tienen mejores calificaciones sobre nieve y lluvia que los neumáticos de calle y son "buenos" sobre hielo, rocas y arena. [28]
Los neumáticos para terreno fangoso tienen una banda de rodadura más profunda y abierta para un buen agarre en barro que los neumáticos todo terreno, pero funcionan menos bien en pavimento. [29]
Los neumáticos de alto rendimiento están clasificados para velocidades de hasta 168 millas por hora (270 km/h) y los neumáticos de ultra alto rendimiento están clasificados para velocidades de hasta 186 millas por hora (299 km/h), pero tienen características de marcha más duras y durabilidad. [30]
Los vehículos eléctricos tienen demandas únicas sobre los neumáticos debido a la combinación de peso (lo que resulta en un nuevo índice de carga), mayor par y requisitos de menor resistencia a la rodadura. [31]
Otros tipos de neumáticos para automóviles ligeros incluyen neumáticos antipinchazos y neumáticos para coches de carreras:
Los neumáticos Run-Flat eliminan la necesidad de un neumático de repuesto porque pueden circular a velocidad reducida en caso de pinchazo, utilizando una pared lateral rígida para evitar daños en la llanta del neumático. [32] Los vehículos sin neumáticos antipinchazo dependen de un neumático de repuesto, que puede ser un neumático compacto, para reemplazar un neumático dañado. [32]
Los neumáticos para autos de carreras se dividen en tres categorías principales: DOT (legales para la calle), lisos y para lluvia . Los neumáticos de coches de carreras están diseñados para maximizar la fricción en las curvas y la aceleración a expensas de la longevidad. Los neumáticos lisos de carreras no tienen banda de rodadura para maximizar el contacto con el pavimento y los neumáticos de lluvia tienen canales para expulsar el agua y evitar el hidroplaneo . [33]
Tarea pesada
Neumáticos todoterreno en transporte.
Los neumáticos de servicio pesado para camiones y autobuses grandes vienen en una variedad de perfiles y transportan cargas en el rango de 4000 a 5500 libras (1800 a 2500 kg) en la rueda motriz. [23] Por lo general, se montan en tándem en el eje motriz. [32]
Los neumáticos para camiones vienen en una variedad de perfiles que incluyen "perfil bajo" con una altura de sección que es del 70 al 45% del ancho de la banda de rodadura, "base ancha" para vehículos pesados y un neumático "súper simple" que tiene el mismo presión de contacto total como una combinación de neumáticos de montaje doble. [32]
Los neumáticos todoterreno se utilizan en vehículos de construcción, equipos agrícolas y forestales y otras aplicaciones que se realizan en terrenos blandos. La categoría también incluye maquinaria que viaja sobre superficies endurecidas en sitios industriales, puertos y aeropuertos. [34] Los neumáticos diseñados para terrenos blandos tienen una banda de rodadura ancha y profunda para proporcionar tracción en tierra suelta, barro, arena o grava. [35]
Otro
Los aviones, las bicicletas y una variedad de aplicaciones industriales tienen requisitos de diseño distintos.
Los neumáticos de los aviones están diseñados para aterrizar en superficies pavimentadas y dependen de su tren de aterrizaje para absorber el impacto del aterrizaje. Para conservar el peso y el espacio necesarios, suelen ser pequeños en proporción al vehículo que soportan. La mayoría son de construcción de capas radiales. Están diseñados para una carga máxima cuando el avión está parado, aunque las cargas laterales al aterrizar son un factor importante. [36] Aunque el hidroplaneo es una preocupación para los neumáticos de aviones, normalmente tienen ranuras radiales y no tienen ranuras o entalladuras laterales. [37] Algunas avionetas emplean neumáticos de tundra de gran diámetro y baja presión para aterrizar en superficies no preparadas en áreas silvestres. [38]
Los neumáticos de bicicleta pueden estar diseñados para circular por carreteras o terrenos no mejorados y pueden montarse en vehículos con más de dos ruedas. Hay tres tipos principales: clincher , alámbrico y tubular . [39] La mayoría de los neumáticos de bicicleta son de cubierta y tienen un talón que presiona contra la llanta de la rueda. Un tubo interior proporciona la presión del aire y la presión de contacto entre el talón y la llanta. [40]
Los neumáticos industriales soportan vehículos como carretillas elevadoras, tractores, excavadoras, apisonadoras y cargadoras de cangilones. Los que se utilizan en superficies lisas tienen una banda de rodadura lisa, mientras que los que se utilizan en superficies blandas suelen tener características de banda de rodadura grandes. [41] Algunos neumáticos industriales son macizos o están rellenos de espuma. [42]
Los neumáticos de motocicleta proporcionan tracción, resisten el desgaste, absorben las irregularidades de la superficie y permiten que la motocicleta gire mediante contraviraje . El contacto de los dos neumáticos con el suelo afecta la seguridad, el frenado, el ahorro de combustible, el ruido y la comodidad del conductor. [43] [ fuente autoeditada? ]
Tipos de construcción
Una sección transversal de un neumático que muestra las orientaciones de las capas.
La construcción de neumáticos abarca neumáticos utilizados en automóviles, camiones y aviones, pero también incluye aplicaciones no automotrices con aplicaciones de movimiento lento, de trabajo liviano o ferroviarias, que pueden tener neumáticos no neumáticos.
Automotor
Tras el anuncio de Consumer Reports en 1968 de la superioridad del diseño radial, los neumáticos radiales comenzaron un ascenso inexorable en participación de mercado, alcanzando el 100% del mercado norteamericano en la década de 1980. [18] La tecnología de neumáticos radiales es ahora el diseño estándar para prácticamente todos los neumáticos de automóvil, pero se han utilizado otros métodos. [24]
La construcción de neumáticos radiales utiliza cordones de capas del cuerpo que se extienden desde los talones y a través de la banda de rodadura de modo que los cordones se colocan en ángulos aproximadamente rectos con la línea central de la banda de rodadura y paralelos entre sí, así como correas estabilizadoras directamente debajo de la banda de rodadura. Los cinturones pueden ser de cordón o de acero. Las ventajas de esta construcción incluyen una mayor vida útil de la banda de rodadura, mejor control de la dirección, menos reventones, mayor economía de combustible y menor resistencia a la rodadura. Las desventajas del neumático radial son una conducción más dura a bajas velocidades en carreteras en mal estado y en el contexto de todoterreno, una menor capacidad de "autolimpieza" y una menor capacidad de agarre a bajas velocidades. [24]
La construcción de neumáticos diagonales (o de capas cruzadas) utiliza cordones de capas del cuerpo que se extienden diagonalmente de un talón a otro, generalmente en ángulos en el rango de 30 a 40 grados. Se colocan capas sucesivas en ángulos opuestos formando un patrón entrecruzado al que se aplica la banda de rodadura. El diseño permite que todo el cuerpo del neumático se flexione fácilmente, proporcionando la principal ventaja de esta construcción: una conducción suave en superficies rugosas. Esta característica de amortiguación también provoca las principales desventajas de un neumático diagonal: mayor resistencia a la rodadura y menos control y tracción a velocidades más altas. [24]
Un neumático diagonal con cinturón comienza con dos o más capas diagonales a las que se unen cinturones estabilizadores directamente debajo de la banda de rodadura. Esta construcción proporciona una marcha más suave similar a la del neumático diagonal, al tiempo que reduce la resistencia a la rodadura porque las correas aumentan la rigidez de la banda de rodadura. El diseño fue presentado por Armstrong, mientras que Goodyear lo hizo popular con el neumático de marca " Polyglas ", que presenta una carcasa de poliéster con correas de fibra de vidrio. [44] El neumático "con cinturón" comienza con dos capas principales de poliéster, rayón o nailon recocidas como en los neumáticos convencionales, y luego se colocan encima cinturones circunferenciales en diferentes ángulos que mejoran el rendimiento en comparación con los neumáticos diagonales sin cinturón. Las correas pueden ser de fibra de vidrio o de acero. [44]
Los neumáticos semineumáticos tienen el centro hueco, pero no están presurizados. Son livianos, económicos, a prueba de pinchazos y brindan amortiguación. [45] Estos neumáticos a menudo vienen como un conjunto completo con la rueda e incluso con rodamientos de bolas integrales . Se utilizan en cortadoras de césped , sillas de ruedas y carretillas . También pueden ser resistentes, normalmente utilizados en aplicaciones industriales [46] y están diseñados para no desprenderse del borde durante el uso.
Un neumático sin aire es un neumático no neumático que no se sostiene con presión de aire. Se utilizan con mayor frecuencia en vehículos pequeños, como carritos de golf, y en vehículos utilitarios en situaciones en las que el riesgo de pinchazo es alto, como en equipos de construcción. Muchos neumáticos utilizados en aplicaciones industriales y comerciales no son neumáticos y se fabrican a partir de compuestos sólidos de caucho y plástico mediante operaciones de moldeo. Los neumáticos macizos incluyen los que se utilizan en cortadoras de césped, patinetas, carritos de golf, scooters y muchos tipos de vehículos industriales ligeros, carros y remolques. Una de las aplicaciones más comunes de los neumáticos macizos es en equipos de manipulación de materiales (montacargas). Estos neumáticos se instalan utilizando una prensa hidráulica para neumáticos.
Las ruedas de algunas locomotoras y tipos de material rodante más antiguos están equipadas con neumáticos de ferrocarril para evitar la necesidad de reemplazar la rueda en su totalidad. El neumático, generalmente hecho de acero, rodea la rueda y se mantiene en su lugar principalmente mediante un ajuste de interferencia .
Los neumáticos de las aeronaves pueden funcionar a presiones que superan las 200 libras por pulgada cuadrada (14 bar ; 1400 kPa ). [47] Algunos neumáticos de avión se inflan con nitrógeno para "eliminar la posibilidad de que una reacción química entre el oxígeno atmosférico y los gases volátiles del revestimiento interior del neumático produzca una explosión". [48]
Fabricación
Los neumáticos se fabrican en unas 450 fábricas de neumáticos en todo el mundo. La producción de neumáticos comienza con materias primas a granel, como caucho, negro de humo y productos químicos, y produce numerosos componentes especializados que se ensamblan y curan. Se utilizan muchos tipos de caucho, siendo el más común el copolímero de estireno-butadieno . [49]
Las previsiones para el mercado mundial de neumáticos para automóviles indican un crecimiento continuo hasta 2027. Las estimaciones sitúan el valor del volumen de ventas mundial en alrededor de 126 mil millones de dólares en 2022, y se espera que alcance un valor de más de 176 mil millones de dólares en 2027. [50] La producción de neumáticos también está experimentando crecimiento. En 2015, Estados Unidos fabricó casi 170 millones de neumáticos. [51] Anualmente se fabrican más de 2.500 millones de neumáticos, lo que convierte a la industria del neumático en un importante consumidor de caucho natural. Se estima que en 2019 se venderán 3 mil millones de neumáticos cada año en todo el mundo. [52] Las estimaciones cifran la producción mundial de neumáticos en 2.268 millones en 2021 y se prevé que alcance los 2.665 millones de neumáticos en 2027. [53]
En 2011, las tres principales empresas fabricantes de neumáticos por ingresos eran Bridgestone (que fabricaba 190 millones de neumáticos), Michelin (184 millones), Goodyear (181 millones); les siguieron Continental y Pirelli . [54] [55] El grupo Lego produjo más de 318 millones de neumáticos de juguete en 2011 y fue reconocido por Guinness World Records por tener la mayor producción anual de neumáticos de cualquier fabricante. [56] [57]
Componentes
Componentes de un neumático radialNeumáticos de bicicleta de montaña con patrón de tacos abiertos para agarre en suelos blandosLa ausencia de ranuras maximiza la fricción en pavimento seco en un juego de neumáticos lisos de Fórmula Uno
Un neumático consta de varios componentes: la banda de rodadura, el talón, el flanco, el hombro y la lona.
Huella
La banda de rodadura es la parte del neumático que entra en contacto con la superficie de la carretera. La porción que está en contacto con la carretera en un instante dado es la zona de contacto . La banda de rodadura es un caucho grueso o un compuesto de caucho/compuesto formulado para proporcionar un nivel adecuado de tracción que no se desgasta demasiado rápido. [58]
El dibujo de la banda de rodadura se caracteriza por un sistema de ranuras circunferenciales, entalladuras laterales y ranuras para neumáticos de carretera [24] o un sistema de tacos y huecos para neumáticos diseñados para terreno blando o nieve. Las ranuras corren circunferencialmente alrededor del neumático y son necesarias para canalizar el agua. Los tacos son la parte del diseño de la banda de rodadura que hace contacto con la superficie de la carretera. Las ranuras, entalladuras y ranuras permiten que los neumáticos evacúen el agua.
El diseño de las bandas de rodadura y la interacción de tipos específicos de neumáticos con la superficie de la carretera afectan el ruido de la carretera , una fuente de contaminación acústica que emana de los vehículos en movimiento. Estas intensidades de sonido aumentan con velocidades más altas del vehículo. [59] Las bandas de rodadura de los neumáticos pueden incorporar una variedad de distancias entre ranuras ( longitudes de paso ) para minimizar los niveles de ruido en frecuencias discretas. Las laminillas son hendiduras cortadas a lo largo del neumático, generalmente perpendiculares a las ranuras, que permiten que el agua de las ranuras escape hacia los lados y mitigue el hidroplaneo . [24]
Los diferentes diseños de la banda de rodadura abordan una variedad de condiciones de conducción. A medida que aumenta la relación entre el área de la banda de rodadura y el área de las ranuras, también aumenta la fricción de los neumáticos sobre el pavimento seco, como se ve en los neumáticos de Fórmula Uno , algunos de los cuales no tienen ranuras. Los neumáticos de alto rendimiento a menudo tienen áreas vacías más pequeñas para proporcionar más caucho en contacto con la carretera para una mayor tracción, pero pueden combinarse con caucho más blando que proporciona una mejor tracción, pero se desgasta rápidamente. [60] Los neumáticos para barro y nieve (M&S) emplean ranuras más grandes y profundas para enganchar el barro y la nieve. [24] Los neumáticos para nieve tienen ranuras aún más grandes y profundas que compactan la nieve y crean resistencia al corte dentro de la nieve compactada para mejorar el rendimiento de frenado y curvas. [61]
Las barras de desgaste (o indicadores de desgaste) son elementos elevados ubicados en la parte inferior de las ranuras de la banda de rodadura que indican que el neumático ha alcanzado su límite de desgaste. Cuando los tacos de la banda de rodadura se desgastan hasta el punto de que las barras de desgaste se conectan a través de los tacos, los neumáticos están completamente desgastados y deben retirarse de servicio, generalmente cuando la profundidad restante de la banda de rodadura es de 1,6 milímetros (0,063 pulgadas). [62]
Otro
El talón del neumático es la parte del neumático que hace contacto con la llanta de la rueda. Este componente esencial está construido con cables de acero robustos revestidos de caucho duradero, especialmente formulado y diseñado para resistir el estiramiento. La precisión del ajuste del talón es crucial, ya que sella el neumático contra la rueda, manteniendo la integridad de la presión del aire y evitando cualquier pérdida de aire. El diseño del talón garantiza una conexión segura y antideslizante, evitando que el neumático gire independientemente de la rueda durante el movimiento del vehículo. Además, la interacción entre las dimensiones del talón y el ancho de la rueda influye significativamente en la capacidad de respuesta y la estabilidad de la dirección del vehículo, ya que ayuda a mantener la forma prevista del neumático y el contacto con la carretera.
La pared lateral es la parte del neumático, o neumático de bicicleta , que hace de puente entre la banda de rodadura y el talón. La pared lateral es en gran parte de caucho, pero está reforzada con tela o cordones de acero que brindan resistencia a la tracción y flexibilidad. El flanco contiene presión de aire y transmite el par aplicado por el eje motriz a la banda de rodadura para crear tracción, pero soporta poco peso del vehículo, como se desprende del colapso total del neumático cuando se pincha.
Las paredes laterales están moldeadas con detalles específicos del fabricante, etiquetas de advertencia exigidas por el gobierno y otra información para el consumidor. [63] [64]
Las paredes laterales también pueden tener a veces ornamentaciones decorativas que incluyen inserciones de paredes blancas o líneas rojas, así como letras de neumáticos . [sesenta y cinco]
El hombro es la parte del neumático en el borde de la banda de rodadura cuando hace la transición a la pared lateral. [66]
Las capas son capas de cordones relativamente inextensibles incrustados en el caucho [67] para mantener su forma evitando que el caucho se estire en respuesta a la presión interna. Las orientaciones de las capas juegan un papel importante en el rendimiento del neumático y son una de las principales formas en que se clasifican los neumáticos. [68]
Problemas
Blem (abreviatura de "manchado") es un término utilizado para un neumático que no pasó la inspección durante la fabricación, pero sólo por razones superficiales/cosméticas/estéticas. Por ejemplo, un neumático con letras pintadas de blanco que está manchado o incompleto podría clasificarse como un "defecto". Los neumáticos Blem son completamente funcionales y generalmente tienen la misma garantía que los neumáticos impecables, pero se venden con descuento. [69]
Materiales
Los materiales de los neumáticos modernos se pueden dividir en dos grupos: los cordones que forman la capa y el elastómero que los recubre.
Cordones
Los cordones, que forman la capa y el cordón y proporcionan la resistencia a la tracción necesaria para contener la presión de inflado, pueden estar compuestos de acero , fibras naturales como el algodón o la seda , o fibras sintéticas como el nailon o el kevlar . Es importante una buena adherencia entre los cordones y la goma. Para lograr esto, los cordones de acero se recubren con una fina capa de latón, [70] también se agregarán varios aditivos al caucho para mejorar la unión, como mezclas de resorcinol / HMMM .
Elastómero
Alrededor del 50% de los neumáticos utilizan el copolímero de estireno-butadieno como ingrediente principal [13]
El elastómero, que forma la banda de rodadura y recubre los cables para protegerlos de la abrasión y mantenerlos en su lugar, es un componente clave en el diseño de los neumáticos. Puede estar compuesto por varios compuestos de material de caucho (el más común es el copolímero de estireno-butadieno ) con otros compuestos químicos como sílice y negro de humo .
Optimizar la resistencia a la rodadura del material elastómero es un desafío clave para reducir el consumo de combustible en el sector del transporte. Se estima que los vehículos de pasajeros consumen aproximadamente entre el 5% y el 15% de su combustible para superar la resistencia a la rodadura, mientras que se entiende que la estimación es mayor para los camiones pesados. [71] Sin embargo, existe un equilibrio entre la resistencia a la rodadura y la tracción y el agarre en mojado: si bien se puede lograr una baja resistencia a la rodadura reduciendo las propiedades viscoelásticas del compuesto de caucho (baja tangente (δ) ), esto tiene el costo de tracción y agarre en mojado, lo que requiere histéresis y disipación de energía (alta tangente (δ)). Un valor de tangente bajo (δ) a 60 °C se utiliza como indicador de baja resistencia a la rodadura, mientras que un valor de tangente alto (δ) a 0 °C se utiliza como indicador de alta tracción en mojado. [29] Diseñar un material elastómero que pueda lograr una alta tracción en mojado y una baja resistencia a la rodadura es clave para lograr seguridad y eficiencia de combustible en el sector del transporte.
El material elastómero más común utilizado hoy en día es un copolímero de estireno - butadieno . Combina las propiedades del polibutadieno , que es un polímero altamente gomoso ( Tg = -100 °C) que tiene una alta histéresis y, por lo tanto, ofrece buenas propiedades de agarre en mojado, con las propiedades del poliestireno , que es un polímero vítreo ( Tg = 100 °C). teniendo una histéresis baja y ofreciendo así una baja resistencia a la rodadura además de resistencia al desgaste . Por lo tanto, la proporción de los dos monómeros en el copolímero de estireno-butadieno se considera clave para determinar la temperatura de transición vítrea del material, que se correlaciona con sus propiedades de agarre y resistencia. [72]
Las emisiones de partículas no procedentes del escape, generadas por el desgaste de frenos, embragues, neumáticos y superficies de la carretera, así como por la suspensión del polvo de la carretera, constituyen una parte poco conocida pero creciente de las emisiones del tráfico rodado y perjudican significativamente salud pública. [73]
Los componentes asociados de los neumáticos incluyen la rueda en la que están montados, el vástago de la válvula a través del cual se introduce el aire y, en algunos neumáticos, una cámara de aire que proporciona el medio hermético para mantener la presión de los neumáticos.
Rueda : los neumáticos se montan en ruedas que suelen tener llantas integrales en sus bordes exteriores para sujetar el neumático. Las ruedas de los automóviles suelen estar hechas de acero prensado y soldado, o de un compuesto de aleaciones metálicas ligeras , como aluminio o magnesio. Hay dos aspectos de cómo los neumáticos soportan la llanta de la rueda en la que están montados. [74] Primero, la tensión en las cuerdas tira del talón uniformemente alrededor de la rueda, excepto donde se reduce por encima de la zona de contacto. [75] En segundo lugar, el talón transfiere esa fuerza neta al borde. [76] [75] Los neumáticos se montan en la rueda forzando sus talones dentro del canal formado por las llantas interior y exterior de la rueda. [77] [78]
Vástago de válvula : los neumáticos reciben el aire a través de un vástago de válvula , un tubo hecho de metal o caucho, con una válvula de retención , generalmente una válvula Schrader en los automóviles y la mayoría de los neumáticos de bicicletas, o una válvula Presta en las bicicletas de alto rendimiento. Se montan directamente en la llanta, en el caso de neumáticos sin cámara, o son parte integral de la cámara de aire. Actualmente, la mayoría de los vehículos de pasajeros modernos deben tener un sistema de control de la presión de los neumáticos , que normalmente consiste en un vástago de válvula conectado a un módulo electrónico. [32]
Cámara de aire : la mayoría de los neumáticos para bicicletas , muchos neumáticos para motocicletas y muchos neumáticos para vehículos grandes como autobuses, camiones pesados y tractores están diseñados para usarse con cámaras de aire . Las cámaras de aire son globos en forma de toro fabricados de un material impermeable, como caucho sintético suave y elástico, para evitar fugas de aire. Las cámaras de aire se insertan en el neumático y se inflan para retener la presión del aire. Las cámaras de aire grandes se pueden reutilizar para otros fines, como nadar y hacer rafting (ver anillo de natación ), hacer tubing (recreación) , andar en trineo y esquiar . También se fabrican tori inflables especialmente diseñados para estos usos, ofreciendo una variedad de colores, cubiertas de tela, manijas, plataformas y otros accesorios, y eliminando el vástago de válvula que sobresale.
Características de presentación
Entorno de rendimiento de los neumáticos de Goodyear
Las interacciones de un neumático con el pavimento son complejas. Un modelo comúnmente utilizado (empírico) de las propiedades de los neumáticos es la "Fórmula Mágica" de Pacejka . [79] Algunas se explican a continuación, en orden alfabético, por sección.
Dinámica
Equilibrio : las combinaciones de rueda y neumático requieren una distribución uniforme de masa alrededor de sus circunferencias para mantener el equilibrio de los neumáticos mientras giran a gran velocidad. Los neumáticos se controlan en el punto de fabricación para detectar desequilibrios estáticos y dinámicos excesivos utilizando máquinas automáticas de equilibrado de neumáticos. Los neumáticos se revisan nuevamente en la planta de ensamblaje de automóviles o en la tienda minorista de neumáticos después de montarlos en la rueda. Los conjuntos que exhiben un desequilibrio excesivo se corrigen aplicando contrapesos a las ruedas para contrarrestar el desequilibrio neumático/rueda. Un método alternativo al equilibrado de neumáticos es el uso de agentes equilibradores internos de neumáticos. Estos agentes aprovechan la fuerza centrífuga y la inercia para contrarrestar el desequilibrio de los neumáticos. [80] Para facilitar el equilibrio adecuado, la mayoría de los fabricantes de neumáticos de alto rendimiento colocan marcas rojas y amarillas en las paredes laterales para permitir el mejor montaje posible del conjunto neumático/rueda. Hay dos métodos para montar conjuntos de neumático y rueda de alto rendimiento utilizando estas marcas rojas (uniformidad) o amarillas (peso). [81]
Crecimiento centrífugo : un neumático que gira a velocidades más altas tiende a desarrollar un diámetro mayor debido a las fuerzas centrífugas que fuerzan la banda de rodadura a alejarse del eje de rotación. Esto puede causar un error en el velocímetro . A medida que crece el diámetro del neumático , el ancho del neumático disminuye. Este crecimiento centrífugo puede provocar el roce del neumático contra el vehículo a altas velocidades. Los neumáticos de motocicleta suelen estar diseñados con refuerzos destinados a minimizar el crecimiento centrífugo. [24]
Pista neumática : la pista neumática de un neumático es el efecto de pista generado por neumáticos flexibles que ruedan sobre una superficie dura y están sujetos a cargas laterales, como en una curva. Más técnicamente, es la distancia a la que se produce la fuerza resultante de deslizamiento lateral detrás del centro geométrico de la zona de contacto . [82]
Ángulo de deslizamiento : el ángulo de deslizamiento o ángulo de deslizamiento lateral es el ángulo entre la dirección real de desplazamiento de una rueda y la dirección hacia la que apunta (es decir, el ángulo de la suma vectorial de la velocidad de traslación de la rueda y la velocidad de deslizamiento lateral ). [24]
Longitud de relajación : la longitud de relajación es el retraso entre el momento en que se introduce un ángulo de deslizamiento y el momento en que la fuerza en las curvas alcanza su valor de estado estable. [24]
Tasa de resorte : la rigidez vertical, o tasa de resorte , es la relación entre la fuerza vertical y la deflexión vertical del neumático y contribuye al rendimiento general de la suspensión del vehículo. En general, la tasa de primavera aumenta con la presión inflacionaria. [83]
Distancia de frenado : los neumáticos orientados al rendimiento tienen un dibujo de la banda de rodadura y compuestos de caucho diseñados para agarrarse a la superficie de la carretera, por lo que generalmente tienen una distancia de frenado ligeramente más corta. Sin embargo, se necesitan pruebas de frenado específicas para obtener datos que vayan más allá de las generalizaciones. [24]
Efectivo
Empuje de inclinación : el empuje de inclinación y la fuerza de inclinación son la fuerza generada perpendicularmente a la dirección de desplazamiento de un neumático debido a su ángulo de inclinación y su superficie de contacto finita. [24]
Círculo de fuerzas: el círculo de fuerzas , círculo de tracción, círculo de fricción o elipse de fricción es una forma útil de pensar en la interacción dinámica entre el neumático de un vehículo y la superficie de la carretera. [84]
Zona de contacto : la zona de contacto , o huella, del neumático es el área de la banda de rodadura que está en contacto con la superficie de la carretera. Esta zona transmite fuerzas entre el neumático y la carretera mediante la fricción. La relación entre longitud y anchura de la zona de contacto influye en el comportamiento de dirección y en las curvas. [24]
Fuerza en las curvas : la fuerza en las curvas o fuerza lateral es la fuerza lateral (es decir, paralela a la superficie de la carretera) producida por el neumático de un vehículo durante las curvas. [24]
Tracción en seco : la tracción en seco es la medida de la capacidad del neumático para brindar tracción o agarre en condiciones secas. La tracción en seco es función de la pegajosidad del compuesto de caucho. [24]
Variación de fuerza : la banda de rodadura del neumático y los elementos de las paredes laterales se deforman y se recuperan a medida que entran y salen de la huella. Como el caucho es elastomérico, se deforma durante este ciclo. A medida que el caucho se deforma y se recupera, imparte fuerzas cíclicas al vehículo. Estas variaciones se denominan colectivamente uniformidad del neumático . La uniformidad de los neumáticos se caracteriza por la variación de la fuerza radial (RFV), la variación de la fuerza lateral (LFV) y la variación de la fuerza tangencial . La variación de la fuerza radial y lateral se mide en una máquina de variación de fuerza al final del proceso de fabricación. Se rechazan los neumáticos que se encuentren fuera de los límites especificados para RFV y LFV. Los parámetros geométricos, incluidos el descentramiento radial, el descentramiento lateral y el abultamiento de las paredes laterales, se miden utilizando una máquina de uniformidad de neumáticos en la fábrica de neumáticos al final del proceso de fabricación como control de calidad. [24]
Resistencia a la rodadura : la resistencia a la rodadura es la resistencia a la rodadura causada por la deformación del neumático en contacto con la superficie de la carretera. A medida que el neumático rueda, la banda de rodadura entra en el área de contacto y se deforma para adaptarse a la carretera. La energía necesaria para realizar la deformación depende de la presión de inflado, la velocidad de rotación y numerosas propiedades físicas de la estructura del neumático, como la fuerza del resorte y la rigidez. Los fabricantes de neumáticos buscan construcciones de neumáticos con menor resistencia a la rodadura para mejorar la economía de combustible en los automóviles y especialmente en los camiones, donde la resistencia a la rodadura representa una alta proporción del consumo de combustible. Los neumáticos también tienen una resistencia a la rodadura mucho menor que los neumáticos macizos. Debido a que la presión interna del aire actúa en todas las direcciones, un neumático es capaz de "absorber" los baches de la carretera al pasar sobre ellos sin experimentar una fuerza de reacción opuesta a la dirección de desplazamiento, como es el caso de un sólido (o espuma). -lleno) neumático. [24]
Par de autoalineación: el par de autoalineación , también conocido como par de alineación, SAT o Mz, es el par que crea un neumático a medida que rueda y que tiende a girarlo, es decir, girarlo alrededor de su eje vertical. [24]
Tracción en mojado : la tracción en mojado es la tracción o agarre del neumático en condiciones de mojado. La tracción en mojado mejora gracias a la capacidad del diseño de la banda de rodadura para canalizar el agua fuera de la huella del neumático y reducir el hidroplaneo . Sin embargo, los neumáticos con una sección transversal circular, como los que se encuentran en las bicicletas de carreras, cuando están correctamente inflados tienen una huella lo suficientemente pequeña como para no ser susceptibles al hidroplaneo. Para estos neumáticos, se observa que los neumáticos completamente lisos darán una tracción superior tanto en pavimento mojado como seco. [85]
Carga
Sensibilidad de carga : la sensibilidad de carga es el comportamiento de los neumáticos bajo carga. Los neumáticos convencionales no se comportan como sugeriría la teoría clásica de la fricción . Es decir, la sensibilidad a la carga de la mayoría de los neumáticos reales en su rango operativo típico es tal que el coeficiente de fricción disminuye a medida que aumenta la carga vertical, Fz. [24]
Carga de trabajo : la carga de trabajo de un neumático se controla para que no se someta a una tensión indebida que pueda provocar su fallo prematuro. [86] La carga de trabajo se mide en toneladas-kilómetro por hora (TKPH). La denominación y las unidades de la medida son las mismas. La reciente escasez y el aumento del costo de los neumáticos para equipos pesados han convertido al TKPH en un parámetro importante en la selección de neumáticos y el mantenimiento de equipos para la industria minera. Por esta razón, los fabricantes de neumáticos para grandes vehículos de minería y movimiento de tierras asignan clasificaciones TKPH a sus neumáticos según su tamaño, construcción, tipo de banda de rodadura y compuesto de caucho. [87] [88] La clasificación se basa en el peso y la velocidad que el neumático puede soportar sin sobrecalentarse y provocar un deterioro prematuro. La medida equivalente utilizada en los Estados Unidos es la tonelada milla por hora (TMPH).
Tener puesto
El desgaste de los neumáticos es una fuente importante de contaminación por caucho . Una preocupación aquí es que la contaminación por desgaste de neumáticos de vehículos no está regulada, a diferencia de las emisiones de escape. [89]
Neumático que muestra un desgaste desigual de la banda de rodadura hasta el punto de exponer la carcasa
Desgaste de la banda de rodadura
Esto ocurre por contacto normal con carreteras o terreno; Existen varios tipos de desgaste anormal de la banda de rodadura. Una mala alineación de las ruedas puede provocar un desgaste excesivo de las nervaduras más internas o externas. Los caminos de grava, los terrenos rocosos y otros terrenos accidentados provocan un desgaste acelerado. Un inflado excesivo por encima del máximo del flanco puede provocar un desgaste excesivo en el centro de la banda de rodadura. Los neumáticos modernos tienen correas de acero integradas para evitarlo. Un inflado insuficiente provoca un desgaste excesivo de las costillas exteriores. Las ruedas desequilibradas pueden provocar un desgaste desigual de los neumáticos, ya que es posible que la rotación no sea perfectamente circular. Los fabricantes de neumáticos y las empresas de automóviles han establecido estándares mutuamente para las pruebas de desgaste de la banda de rodadura que incluyen parámetros de medición para el perfil de pérdida de la banda de rodadura, el número de tacos y el desgaste del talón a la punta. [24]
Barra de desgaste e indicador de desgaste de la banda de rodadura en la banda de rodadura del neumático para nieve
Indicadores de desgaste de la banda de rodadura ( TWI )
Barras elevadas en los canales de la banda de rodadura, que indican que la banda de rodadura se está desgastando y, por tanto, es insegura. Se exigen indicadores en todos los neumáticos nuevos desde 1968 en EE. UU. [90] En muchos países, el Código de Circulación prohíbe conducir en vías públicas cuando la superficie de contacto está al ras con cualquiera de estas barras; esto a menudo se define cuando la profundidad de la ranura es de aproximadamente 1,5 o 1,6 mm (2/32 de pulgada). TWI también se puede utilizar para referirse a pequeñas flechas o íconos en la pared lateral del neumático, que indican la ubicación de las barras de desgaste elevadas.
Daño por envejecimiento
El envejecimiento de los neumáticos o la "degradación termooxidativa" puede ser causado por el tiempo, la temperatura ambiente y de funcionamiento, la presión parcial de O2 en un neumático, la fatiga por flexión o las características de construcción y composición. Por ejemplo, la exposición prolongada a los rayos UV provoca que los productos químicos del caucho se deformen, lo que podría provocar pudrición seca. Varios métodos de almacenamiento pueden retardar el proceso de envejecimiento, pero no eliminarán la degradación de los neumáticos. [91]
Tamaños, códigos, estándares y agencias reguladoras.
Los neumáticos para automóviles tienen una variedad de marcas de identificación moldeadas en la pared lateral como un código de neumático . Indican tamaño, clasificación y otra información pertinente a ese neumático individual.
Américas
La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico y Carreteras (NHTSA) es un organismo gubernamental de EE. UU. dentro del Departamento de Transporte (DOT) encargado de regular la seguridad automotriz en los Estados Unidos. [92] La NHTSA estableció el Sistema Uniforme de Clasificación de Calidad de Llantas ( UTQG ), es un sistema para comparar el desempeño de llantas de acuerdo con el Código de Regulaciones Federales 49 CFR 575.104; requiere etiquetar los neumáticos según el desgaste de la banda de rodadura, la tracción y la temperatura. El código DOT es una secuencia de caracteres alfanuméricos moldeados en el flanco del neumático y permite la identificación del neumático y su edad. El código es obligatorio por el Departamento de Transporte de EE.UU. [92] pero se utiliza en todo el mundo. [93] El Código DOT también es útil para identificar neumáticos sujetos a retirada de productos [94] o al final de su vida útil debido a su edad. La Tire and Rim Association (T&RA) es una organización de estándares voluntarios de EE. UU. que promueve la intercambiabilidad de neumáticos, llantas y piezas afines. De particular interés, publican dimensiones clave de neumáticos, dimensiones de contorno de llanta, estándares de dimensiones de válvulas de neumáticos y estándares de carga/inflado.
La Organización Técnica Europea de Neumáticos y Llantas (ETRTO) es la organización europea de normalización "para establecer dimensiones de ingeniería, características de carga/presión y directrices de funcionamiento". [96] Todos los neumáticos vendidos para uso en carretera en Europa después de julio de 1997 deben llevar una marca E. La marca en sí es una "E" mayúscula o una "e" minúscula, seguida de un número en un círculo o rectángulo, seguido de un número adicional. Una "E" (mayúscula) indica que el neumático está certificado para cumplir con los requisitos de dimensiones, rendimiento y marcado de la norma ECE 30. Una "e" (minúscula) indica que el neumático está certificado para cumplir con los requisitos de dimensiones, rendimiento y y requisitos de marcado de la Directiva 92/23/CEE. El número en el círculo o rectángulo indica el código de país del gobierno que otorgó la aprobación de tipo. El último número fuera del círculo o rectángulo es el número del certificado de homologación emitido para ese tamaño y tipo de neumático en particular. [97]
La práctica recomendada por la Asociación Británica de Fabricantes de Caucho (BRMA), publicada en junio de 2001, afirma: "Los miembros de la BRMA recomiendan encarecidamente que los neumáticos sin usar no se pongan en servicio si tienen más de seis años y que todos los neumáticos se reemplacen diez años después de la fecha". de su fabricación." [98]
Asia
La Asociación Japonesa de Fabricantes de Neumáticos para Automóviles (JATMA) es la organización japonesa de normas para neumáticos, llantas y válvulas. [99] Desempeña funciones similares a las de T&RA y ETRTO.
La Certificación Obligatoria de China (CCC) es un sistema de certificación obligatorio relativo a la seguridad de los productos en China que entró en vigor en agosto de 2002. El sistema de certificación CCC es operado por la Administración General Estatal de Supervisión de Calidad, Inspección y Cuarentena de la República Popular China ( AQSIQ) y la Administración de Certificación y Acreditación de la República Popular China (CNCA). [100]
Mantenimiento
Un taller de reparación de neumáticos en Níger
Para mantener la salud de los neumáticos, son apropiadas varias acciones: rotación de los neumáticos, alineación de las ruedas y, en ocasiones, recauchutado del neumático.
Rotación : los neumáticos pueden presentar patrones de desgaste irregulares una vez instalados en un vehículo y parcialmente desgastados. Los vehículos con tracción delantera tienden a desgastar los neumáticos delanteros a un ritmo mayor en comparación con los neumáticos traseros. La rotación de neumáticos consiste en mover los neumáticos a diferentes posiciones del coche, como de adelante hacia atrás, para igualar el desgaste, con el objetivo de prolongar la vida útil del neumático. [101]
Alineación : la alineación de las ruedas ayuda a prevenir el desgaste al hacer que la llanta gire en una dirección distinta a la trayectoria del vehículo. Cuando se montan en el vehículo, es posible que la rueda y el neumático no estén perfectamente alineados con la dirección de marcha y, por lo tanto, presenten un desgaste irregular. Si la discrepancia en la alineación es grande, entonces el desgaste irregular será sustancial si no se corrige. La alineación de las ruedas es el procedimiento para verificar y corregir esta condición mediante el ajuste de los ángulos de inclinación , avance y convergencia . El ajuste de los ángulos debe realizarse según las especificaciones del OEM. [102]
Inflación
Resistencia a la rodadura en función del inflado de los neumáticos.
El inflado es clave para el desgaste adecuado y la resistencia a la rodadura de los neumáticos. Muchos vehículos tienen sistemas de monitoreo para asegurar una inflación adecuada. Se recomienda a la mayoría de los automóviles de pasajeros que mantengan la presión de los neumáticos dentro del rango de 32 a 35 libras por pulgada cuadrada (220 a 240 kPa ) cuando los neumáticos no se calientan al conducir. [103] [104]
Especificación: los fabricantes de vehículos proporcionan especificaciones de neumáticos, incluida una presión de inflado en frío recomendada , para garantizar una operación segura dentro de la clasificación de carga designada y la capacidad de carga del vehículo. Si bien muchos neumáticos tienen estampada una clasificación de presión máxima, los vehículos de pasajeros y las camionetas livianas generalmente incluyen guías de inflado en una calcomanía ubicada justo dentro de la puerta del conductor y en el manual del propietario del vehículo. [105]
Contacto con el suelo : la zona de contacto del neumático se cambia fácilmente tanto por inflado excesivo como insuficiente. Un inflado excesivo puede aumentar el desgaste de la zona de contacto central, y un inflado insuficiente provocará una banda de rodadura cóncava, lo que dará como resultado un menor contacto central, aunque la zona de contacto general seguirá siendo mayor. [106] La mayoría de los neumáticos modernos se desgastarán uniformemente a altas presiones, pero se degradarán prematuramente si están desinflados. El aumento de la presión de los neumáticos puede disminuir la resistencia a la rodadura y también puede dar como resultado distancias de frenado más cortas [107] Si la presión de los neumáticos es demasiado baja, la superficie de contacto del neumático aumenta considerablemente. Esto aumenta la resistencia a la rodadura, la flexión de los neumáticos y la fricción entre la carretera y el neumático. Un inflado insuficiente puede provocar sobrecalentamiento de los neumáticos, desgaste prematuro de la banda de rodadura y separación de la banda de rodadura en casos graves. [108]
Monitoreo : los sistemas de monitoreo de presión de neumáticos (TPMS) son sistemas electrónicos que monitorean la presión de los neumáticos en las ruedas individuales de un vehículo y alertan al conductor cuando la presión desciende por debajo de un límite de advertencia. Existen varios tipos de diseños para controlar la presión de los neumáticos. Algunos realmente miden la presión del aire y otros realizan mediciones indirectas, como medir cuándo cambia el tamaño relativo del neumático debido a una presión de aire más baja.
Peligros
Burbuja de neumáticosNeumático que muestra grietas debido a la exposición prolongada al climaUn neumático pinchado en un turismo
Los peligros de los neumáticos pueden ocurrir por falla del propio neumático o por pérdida de tracción en la superficie sobre la que rueda. Las fallas estructurales de un neumático pueden provocar pinchazos o reventones más peligrosos. Algunas de estas fallas pueden deberse a errores de fabricación y pueden dar lugar a retiradas del mercado, como las fallas generalizadas de los neumáticos Firestone en los vehículos Ford que llevaron a la controversia sobre los neumáticos Firestone y Ford en la década de 1990.
Fallo del neumático
Los neumáticos pueden fallar por diversas razones, entre ellas: [109]
Separación de cinturón que puede ser cinturón a cinturón, banda de rodadura y cinturón, o separación del borde del cinturón. La separación entre correas puede ocurrir cuando la llanta se desvía demasiado, debido a altas temperaturas del pavimento, impactos peligrosos en la carretera u otras causas que tienen que ver con el mantenimiento y el almacenamiento.
Las separaciones que no son de correa incluyen aquellas en la banda de rodadura del neumático, en el área del talón, en la pared lateral inferior, entre capas de refuerzo y de los materiales de acero o tela de refuerzo.
Otros tipos de fallas incluyen daños por desinflado, degradación química, grietas, hendiduras y protuberancias.
Fallas en la operación del vehículo
Caucho derretido : a medida que los compuestos de caucho para neumáticos se calientan, debido a la fricción al detenerse, tomar curvas o acelerar, pueden comenzar a derretirse, lubricar el área de contacto entre los neumáticos y la carretera y depositarse en el pavimento. Este efecto es más fuerte con el aumento de la temperatura ambiente. [24]
Hidroplaneo : los vehículos motorizados o los neumáticos de aviones que pasan sobre un pavimento mojado pueden perder contacto con una velocidad o profundidad de agua suficiente para un diseño determinado de la banda de rodadura. En este caso, la zona de contacto del neumático se desliza sobre una película de agua y pierde la fricción necesaria para frenar o tomar curvas y comienza a hidroplanear (o aquaplane ). El hidroplaneo puede ocurrir como hidroplaneo dinámico donde hay agua estancada con una profundidad de al menos 0,12 pulgadas (3 mm) por encima de la textura del pavimento y la velocidad se mantiene por encima de un nivel umbral. También puede ocurrir como hidroplaneo viscoso en el que el caucho de los neumáticos se derrite durante un breve intervalo y provoca deslizamiento. Esto puede dejar depósitos de caucho en la pista cuando los aviones aterrizan. [110] El hidroplaneo dinámico provoca una disminución de la fricción y el contacto con una mayor velocidad de los neumáticos. [111]
Nieve : el grado en que un neumático puede mantener tracción en la nieve depende de su capacidad para compactar la nieve, material que luego desarrolla resistencia contra el deslizamiento a lo largo de un plano de corte paralelo al área de contacto del neumático con el suelo. [112] Al mismo tiempo, la parte inferior de las bandas de rodadura de los neumáticos comprime la nieve sobre la que se apoyan, creando también fricción. El proceso de compactación de la nieve dentro de las bandas de rodadura requiere que ésta sea expulsada a tiempo para que la banda de rodadura compacte la nieve nuevamente en la siguiente rotación. El proceso de compactación/contacto funciona tanto en el sentido de la marcha para la propulsión y el frenado, como también lateralmente para las curvas. [61]
Hielo : el hielo suele estar cerca de su punto de fusión cuando un neumático pasa sobre él. Esto, combinado con una textura suave, promueve un bajo coeficiente de fricción y una tracción reducida durante el frenado, las curvas o la aceleración. [24]
Suelo blando : el suelo puede lubricarse con agua, lo que reduce su capacidad para mantener la resistencia al corte cuando un neumático intenta aplicar fuerza al acelerar, frenar o tomar curvas. La arena seca también tiene una baja resistencia al corte debido a la escasa cohesión entre las partículas de arena. [113]
Impactos en la salud
Los neumáticos contienen una serie de trazas de sustancias químicas tóxicas, incluidos metales pesados y agentes químicos que se utilizan para aumentar la durabilidad de los neumáticos. [1] Estos suelen incluir hidrocarburos aromáticos policíclicos , benzotiazoles , isopreno y metales pesados como zinc y plomo . [1]
Como los neumáticos se utilizan para las operaciones de vehículos, el desgaste natural del neumático deja partículas microfinas equivalentes a PM0.1 , PM2.5 y PM10 como residuos de neumáticos. [1] Este residuo se acumula cerca de las carreteras y áreas de uso de vehículos, pero también viaja al medio ambiente a través de la escorrentía superficial . [1] Tanto los seres humanos como los animales están expuestos a estas sustancias químicas en el lugar de acumulación (es decir, al caminar sobre la superficie de la carretera) y a través de la acumulación en entornos naturales y cadenas alimentarias. [1] Una revisión de la literatura de 2023 del Imperial College de Londres advirtió que tanto los productos químicos tóxicos como los microplásticos producidos por el desgaste de los neumáticos tienen posibles consecuencias graves y generalizadas para el medio ambiente y la salud. [1]
Además, la quema de neumáticos libera estas sustancias químicas como contaminantes del aire y deja residuos tóxicos, que pueden tener efectos significativos en las comunidades locales y los socorristas. [114]
Fin de uso
Neumáticos reciclados en tanques de agua en el tejado de Cherchen , Xinjiang
Una vez que se desechan los neumáticos, se consideran neumáticos de desecho. Los neumáticos de desecho a menudo se reutilizan para cosas que van desde barreras para autos chocadores hasta pesas para sujetar lonas. Los neumáticos no son muy deseados en los vertederos debido a su gran volumen y al 75% de espacio vacío, lo que consume rápidamente un espacio valioso. Es probable que los neumáticos de caucho contengan algunos rastros de metales pesados u otros contaminantes graves , pero estos están estrechamente unidos dentro del compuesto de caucho real, por lo que es poco probable que sean peligrosos a menos que la estructura del neumático sufra daños graves por fuego o productos químicos fuertes. [115] Algunas instalaciones pueden reciclar neumáticos de desecho cortándolos y procesándolos para obtener nuevos productos o vendiendo el material a plantas de energía autorizadas como combustible. Algunos neumáticos también pueden recauchutarse para su reutilización.
Cuestiones ambientales
Humos tóxicos que emergen de un incendio en un vertedero de neumáticos.
Los estadounidenses generan alrededor de 285 millones de neumáticos de desecho al año. [116] Muchos estados tienen regulaciones sobre la cantidad de llantas de desecho que se pueden conservar en el sitio, debido a preocupaciones sobre vertidos, riesgos de incendio y mosquitos. En el pasado, millones de neumáticos han sido desechados en campos abiertos. Esto crea un caldo de cultivo para los mosquitos, ya que los neumáticos a menudo retienen agua en su interior y permanecen lo suficientemente calientes para que los mosquitos se reproduzcan. Los mosquitos crean una molestia y pueden aumentar la probabilidad de propagar enfermedades. También existe peligro de incendio, ya que una pila de neumáticos tan grande consume mucho combustible. Algunos incendios de neumáticos duran meses, ya que el agua no penetra ni enfría adecuadamente los neumáticos en llamas . Se sabe que los neumáticos se licuan, liberando hidrocarburos y otros contaminantes al suelo e incluso al agua subterránea, bajo el calor y las temperaturas extremas de un incendio. El humo negro del incendio de un neumático causa contaminación del aire y es un peligro para las propiedades a favor del viento.
El uso de astillas de llantas de desecho para paisajismo se ha vuelto controvertido debido a la lixiviación de metales y otros contaminantes de las piezas de llanta. El zinc está concentrado (hasta un 2% en peso) a niveles lo suficientemente altos como para ser altamente tóxico para la vida y las plantas acuáticas. [117] De particular preocupación es la evidencia de que algunos de los compuestos que se filtran de los neumáticos al agua contienen disruptores hormonales y causan lesiones hepáticas. [118]
Los neumáticos son una fuente importante de contaminación por microplásticos . [119]
Recauchutado
Los neumáticos que están completamente desgastados se pueden recauchutar y refabricar para reemplazar la banda de rodadura desgastada. [120] Esto se conoce como recauchutado o recauchutado, un proceso de pulir la banda de rodadura desgastada y aplicar una banda de rodadura nueva. [121] Hay dos procesos principales utilizados para recauchutar neumáticos, llamados métodos de curado con molde y métodos de precurado. Ambos procesos comienzan con la inspección del neumático, seguida de un método de inspección no destructivo como la cizallografía [122] para localizar daños no visibles y restos y clavos incrustados. Algunas carcasas se reparan y otras se desechan. Los neumáticos se pueden recauchutar varias veces si la carcasa está en condiciones de uso. Los neumáticos utilizados para vehículos de reparto de corta distancia se recauchutan más que los neumáticos de largo recorrido durante la vida útil de la carrocería del neumático. A las carcasas aptas para el recauchutado se les quita la banda de rodadura vieja para prepararla para el recauchutado. [123]
Durante el proceso de recauchutado, los técnicos de recauchutado deben asegurarse de que la carcasa esté en las mejores condiciones posibles para minimizar la posibilidad de falla de la carcasa. Se rechazarán las carcasas que presenten problemas tales como banda de rodadura tapada, separación de la banda de rodadura, cortes irreparables, correas corroídas o daños en los flancos, o cualquier neumático run-flat o patinado. El método de curado en molde implica la aplicación de caucho crudo sobre la carcasa previamente pulida y preparada, que luego se cura en matrices. Durante el período de curado, se produce la vulcanización y el caucho bruto se adhiere a la carcasa, adoptando la forma de la banda de rodadura de la matriz. Por otro lado, el método de precurado implica la aplicación de una banda de rodadura ya preparada sobre la carcasa pulida y preparada, que luego se cura en un autoclave para que pueda ocurrir la vulcanización. [123]
Reciclaje
Los neumáticos se pueden reciclar, entre otras cosas, para convertirlos en asfalto fundido en caliente , generalmente como modificador de caucho granulado : pavimento asfáltico reciclado (CRM—RAP), [124] [125] y como agregado en concreto de cemento portland . [126] Los neumáticos triturados pueden crear mantillo de caucho en los parques infantiles para disminuir las lesiones por caídas. [127] Hay algunos edificios "verdes" que se están construyendo tanto en edificios públicos como privados que están hechos de neumáticos viejos. [128]
El método de pirólisis de neumáticos para reciclar neumáticos usados es una técnica que calienta neumáticos enteros o triturados en un recipiente reactor que contiene una atmósfera libre de oxígeno y una fuente de calor. En el reactor, el caucho se ablanda, después de lo cual los polímeros de caucho se descomponen continuamente en moléculas más pequeñas.
Otros usos
Niños en un columpio de neumáticosQuemando neumáticos en señal de protesta.
Se han desarrollado otros usos posteriores para neumáticos desgastados, entre ellos:
Elementos de construcción : se han utilizado neumáticos rellenos de tierra como contenedores de jardín [129] , cimientos de casas, [130] muros a prueba de balas [131] y para prevenir la erosión del suelo en llanuras aluviales. [132] Las paredes de los neumáticos son una característica común de los circuitos de carreras de motor por motivos de seguridad.
Equipo recreativo : los neumáticos usados se emplean como equipo de ejercicio para programas deportivos como el fútbol americano . [133] Un ejercicio de acondicionamiento clásico que perfecciona la velocidad y agilidad de los jugadores es el "Tire Run", donde los neumáticos se colocan uno al lado del otro, con cada neumático de la izquierda unos centímetros por delante del neumático de la derecha en un patrón en zigzag. Luego, los atletas recorren el patrón de los neumáticos parándose en el centro de cada neumático. El ejercicio obliga a los atletas a levantar los pies del suelo más de lo normal para evitar tropezar con los neumáticos. [134] Los neumáticos viejos a veces se convierten en un columpio para jugar. [135]
Quema de neumáticos como protesta : Manifestantes de todo el mundo han quemado neumáticos para generar humo negro. [136] [137]
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enlaces externos
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