Definamos adherencia, esta es la unión física de haberse pegado una cosa con otra (neumático + suelo). Sin esta condición los vehículos patinarían, sin poder girar, ni acelerar ni frenar.
El segundo mecanismo por el que el neumático desarrolla su adherencia y que diferencia al caucho de otros muchos materiales es la histéresis.
La histeresis es el fenómeno de retraso (tiempo) de reacción mecánica que genera una fuerza horizontal, que se opone a los intentos de deslizamiento de la goma, a esto es lo que llamamos adherencia y es el origen de la seguridad de la trayectoria del vehículo.
El fenómeno de histéresis está presente en el caucho por su comportamiento visco-elástico.
Este desfase entre causa (presión o tensión aplicada) y efecto (deformación) hace que el neumático apoyado sobre una superficie rugosa como es el asfalto “abrace” las irregularidades de manera asimétrica, más por delante de esa rugosidad que por detrás, en el sentido de la marcha.
La resistencia a la rodadura crece con la velocidad, pero de manera reducida siempre que no se sobrepase aquélla para la que el neumático ha sido diseñado. En tales circunstancias se puede cuantificar entre el 1 por ciento y 1,5 por ciento del peso que recae sobre ella.
Ancho del Neumático
El grado de histéresis aceptable está limitado en última instancia por la generación de calor asociada a la deformación cíclica del caucho, que puede degradar las prestaciones del neumático y en última instancia destruirlo.
Se habla en general de “gomas blandas” y de “gomas duras” para distinguir la adherencia de diferentes neumáticos. Una goma blanda ofrece intrínsecamente mayor adherencia que una goma dura.
La adherencia aumenta con la temperatura del neumático hasta una adherencia máxima y luego disminuye (a menudo al mismo tiempo que el neumático lo hace) si la temperatura continua aumentando.
Un material provisto de propiedades elásticas devuelve completamente la energía que recibe, un muelle metálico, por ejemplo recupera su forma primitiva después de haber sufrido una deformación.
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| Muelle |
Un material histérico como el caucho no devuelve toda la energía recibida, sino que transforma una parte en calor y en fuerza. Cuando el neumático se aplasta al circular, se produce una penetración de las asperezas del suelo en la goma.
El fenómeno de histéresis está presente en el caucho por su comportamiento visco-elástico.
El deslizamiento de una pieza de este material sobre una irregularidad en la superficie de contacto provoca una deformación. Cuando esta irregularidad se ha superado, el caucho tiende a recuperar su forma original y su contacto con la superficie pero, debido a la histéresis, no de manera inmediata.
Esto genera una distribución de presiones orientada en sentido contrario al deslizamiento, lo que contribuye a la fuerza de fricción total.
Como toda fuerza cuya dirección de aplicación no pase por el centro de rotación de un objeto, imprimirá al mismo un momento angular o par. En el caso del neumático, este par se opondrá a su rodadura, y deberá ser vencido por la energía proveniente del motor, incrementando por tanto el consumo de combustible y reduciendo la velocidad máxima.
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| Consumo de Combustible |
La resistencia a la rodadura crece con la velocidad, pero de manera reducida siempre que no se sobrepase aquélla para la que el neumático ha sido diseñado. En tales circunstancias se puede cuantificar entre el 1 por ciento y 1,5 por ciento del peso que recae sobre ella.
La resistencia a la rodadura de un neumático no es propiamente una fricción. Una fuerza de fricción tiene dirección paralela a la superficie de contacto entre dos objetos; en el caso que nos ocupa, paralela al suelo. Por el contrario, la distribución de fuerzas responsable de la resistencia a la rodadura tienen una dirección normal al asfalto.
La histéresis tiene, por tanto, un efecto provechoso, la adherencia con el asfalto y uno negativo, la resistencia a la rodadura. En los denominados neumáticos ecológicos se emplean compuestos con una limitada histéresis, lo que reduce su resistencia a la rodadura pero, como contrapartida, también su adherencia.
Ancho del Neumático
El área de la superficie de contacto entre un neumático y el suelo queda definida en gran medida por la presión de inflado y el peso que recae sobre él.
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| Contacto con el pavimento |
Sin embargo, cuanto mayor es la anchura de un neumático, más ancha y corta es la huella.
Como se verá al describir la resistencia a la rodadura, esto reduce la magnitud de la deformación que sufre el neumático en su contacto con el asfalto, lo que redunda en una distribución de presiones más homogénea y por tanto más propicia para desarrollar una mayor adherencia.
Esta menor deformación permite además el empleo de compuestos más blandos en neumáticos anchos.
Como se verá al describir la resistencia a la rodadura, esto reduce la magnitud de la deformación que sufre el neumático en su contacto con el asfalto, lo que redunda en una distribución de presiones más homogénea y por tanto más propicia para desarrollar una mayor adherencia.
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| Resistencia al rodar |
Esta menor deformación permite además el empleo de compuestos más blandos en neumáticos anchos.
El grado de histéresis aceptable está limitado en última instancia por la generación de calor asociada a la deformación cíclica del caucho, que puede degradar las prestaciones del neumático y en última instancia destruirlo.
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| Deformación en contacto con el suelo |
La disminución en la generación de calor debida a las menores deformaciones que sufre un neumático ancho permite el empleo de compuestos más blandos, que proporcionen una mayor adherencia.
Su composición química
Esta composición utiliza por supuesto una gran parte de caucho pero también numerosos compuestos o elementos químicos como el sílice por ejemplo. La composición exacta de los neumáticos constituye un secreto industrial que es guardado con recelo por los fabricantes.
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| Compuestos |
Se habla en general de “gomas blandas” y de “gomas duras” para distinguir la adherencia de diferentes neumáticos. Una goma blanda ofrece intrínsecamente mayor adherencia que una goma dura.
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| Mezclas de compuestos |
Su temperatura
A cada neumático, y por lo tanto a cada composición química, corresponde un rango de temperaturas de funcionamiento óptimo.
Cada neumático ofrece una adherencia máxima a una temperatura, o en un rango de temperaturas determinada.
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| Temperatura |
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| Relación de la temperatura en la adherencia |
La temperatura de un neumático aumenta en función de los esfuerzos mecánicos a los cuales está sometido: rodar, acelerar, frenar, tomar curvas son numerosas las acciones que aumentan la temperatura de un neumático.
De forma general, los neumáticos blandos tienen una temperatura de funcionamiento más elevada que un neumático de goma dura y requieren más tiempo para aumentar su temperatura y por consiguiente aumentar su adherencia.
De forma general, los neumáticos blandos tienen una temperatura de funcionamiento más elevada que un neumático de goma dura y requieren más tiempo para aumentar su temperatura y por consiguiente aumentar su adherencia.
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| Cámara térmica |
