Neumático de bicicleta
Un neumático de bicicleta es un neumático que se ajusta a la rueda de una bicicleta o vehículo similar. Estos neumáticos también se pueden utilizar en triciclos, sillas de ruedas y bicicletas de mano , con frecuencia para carreras . Los neumáticos de bicicleta proporcionan una fuente importante de suspensión , generan las fuerzas laterales necesarias para el equilibrio y el giro , 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 sólido, los neumáticos siguen siendo típicamente la segunda fuente más grande, después de la resistencia del viento (arrastre del aire) , de consumo de energía en una carretera nivelada. [1] El moderno neumático de bicicleta desmontable contribuyó a la popularidad y el 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 .
Historia
Los primeros "neumáticos" de bicicleta fueron bandas de hierro sobre las ruedas de madera de los velocípedos . [3] A estos les siguieron los neumáticos de caucho macizo sobre los velocípedos . [4] La primera patente para "ruedas de caucho" fue otorgada a Clément Ader en 1868. [5] En un intento de suavizar la marcha, también se probaron neumáticos de caucho con un 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 evitar los dolores de cabeza que su hijo tenía al andar en bicicleta por caminos accidentados. (La patente de Dunlop fue declarada posteriormente inválida debido a la existencia de una técnica anterior por parte de su compatriota escocés Robert William Thomson ). A Dunlop se le atribuye el mérito de "darse cuenta de que el caucho podía soportar el desgaste de ser un neumático y al mismo tiempo conservar su resistencia". [7] Esto llevó a la fundación de Dunlop Pneumatic Tyre 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 conducción que permitía.
Finalmente, en 1891 Édouard Michelin introdujo el neumático desmontable , que se sujetaba a la llanta con abrazaderas en lugar de pegamento y se podía quitar para reemplazar o reparar la cámara de aire separada. [2]
Fijación a la llanta
Se han desarrollado tres técnicas principales para unir un neumático de bicicleta a una llanta de bicicleta : cubierta , con alambre y tubular . [8] Las cubiertas originalmente no tenían alambre en los talones y la forma del talón se entrelazaba con una pestaña 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 generalmente y el término cubierta se ha transferido al neumático moderno con alambre. Para el resto de este artículo, se asumirá el uso moderno de la palabra cubierta .
En un intento por proporcionar los mejores atributos de los métodos cableados y tubulares, también se han ofrecido cubiertas tubulares. [9]
Punto clave
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 las bridas dentro de la llanta. Una cámara de aire hermética separada encerrada por el neumático sostiene la carcasa del neumático y mantiene el talón bloqueado. Una ventaja de este sistema es que se puede acceder fácilmente a la cámara de aire para repararla con un parche o reemplazarla.
La norma ISO 5775-2 define las designaciones para las llantas de bicicleta. Distingue entre:
- Llantas de lados rectos (SS)
- Llantas tipo crochet (C)
- Llantas con reborde en forma de gancho (HB)
Las llantas tradicionales con alambres tenían los lados rectos. En la década de 1970 resurgieron varios diseños de "gancho" (también llamados "crochet") para asentar el talón del neumático en la llanta y mantener el neumático en su lugar, [10] [11] lo que dio lugar al diseño moderno de cubierta. Esto permite presiones de aire más altas (80-150 psi o 6-10 bar) que las que eran posibles con los neumáticos con alambres más antiguos. En estos diseños, es el entrelazado del talón con las bridas 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 de aire. [12]
Algunas cubiertas tipo clincher se pueden utilizar sin cámara en un sistema denominado "tubeless". Las cubiertas sin cámara típicas tienen flancos y talones herméticos que están diseñados para maximizar el sellado entre la cubierta y la llanta.
Tubular o cosido
Algunos neumáticos tienen forma de toro y se adhieren a las llantas tubulares con adhesivo. Las llantas tubulares están diseñadas con bases de sección transversal circular poco profundas en las que se asientan los neumáticos en lugar de estar unidos a las bridas de la llanta mediante talones de neumático como en los tipos de cubierta.
Proporcionar suspensión
La rigidez adecuada de la carcasa del neumático es necesaria para brindar soporte 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 de aire en el interior del neumático. Los neumáticos sin aire utilizan un material elastómero tipo esponja semisólido que elimina la pérdida de aire por pinchazos y filtraciones de aire.
Neumáticos
En un neumático, el aire presurizado se mantiene en el interior, ya sea mediante una cámara de aire separada y relativamente impermeable, o mediante el neumático y la llanta, en un sistema sin cámara. Los neumáticos neumáticos son superiores en cuanto a proporcionar una amortiguación eficaz y mantener una resistencia a la rodadura muy baja.
Entubado
Un neumático con cámara tiene una cámara de aire separada , hecha de caucho butílico , látex o TPU (poliuretano termoplástico) que proporciona una barrera relativamente hermética dentro del neumático. [13] La gran mayoría de los sistemas de neumáticos en uso son cubiertas, 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 las bicicletas tienen forma de globo , mientras que otras no. 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]
Sin cámara
Los neumáticos sin cámara se utilizan principalmente en bicicletas de montaña debido a su capacidad de usar baja presión de aire para una mejor tracción sin pinchazos. [15] Los neumáticos sin cámara funcionan de manera similar a las cubiertas en el sentido de que el talón del neumático está diseñado específicamente para encajar en una llanta sin cámara correspondiente, pero sin cámara interior. El aire se infla directamente en el neumático y, una vez "bloqueado" en la llanta, el sistema es hermético. A menudo se inyectan selladores líquidos en los 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 en la carcasa del neumático, no solo en la cámara interior. Una desventaja es que el aire puede escaparse si el bloqueo del talón se ve comprometido por demasiada fuerza lateral en el neumático o la deformación de la llanta/neumático debido a un fuerte impacto con un objeto.
Los neumáticos sin cámara requieren llantas compatibles con tubeless, que no permiten que el aire escape donde se conectan los radios y tienen una ranura con una forma diferente para que se asiente el talón del neumático.
Neumáticos de carretera sin cámara
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 interior, el peso combinado de las llantas y los neumáticos sin cámara es mayor que el de los juegos de ruedas con neumáticos tubulares de primera línea. [17] El sistema sin cámara de carretera está ganando popularidad entre los ciclistas para quienes los beneficios valen los costos. [18] Los neumáticos sin cámara de carretera tienden a tener un ajuste mucho más ajustado que los neumáticos de cubierta tradicionales, lo que dificulta el montaje y el desmontaje del neumático.
Neumáticos sin aire
Los neumáticos sin aire se utilizaban antes de que se desarrollaran los neumáticos neumáticos, y aparecieron en los velocípedos en 1869. [19] [20] Se siguen desarrollando 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 sin aire modernos son mejores que los antiguos, la mayoría dan un andar áspero y pueden dañar la rueda o la bicicleta. [23]
Sólido
La forma más común de neumático sin aire es simplemente el neumático sólido . Además de caucho sólido, también se ofrecen neumáticos sólidos hechos de poliuretano [24] [25] [26] [27] [28] o espuma microcelular [29] para prevenir al 100% los pinchazos. Sin embargo, se pierde gran parte de la calidad deseable de la suspensión del neumático neumático y la calidad de conducción se ve afectada. [30]
Muchos sistemas de bicicletas compartidas utilizan estos neumáticos para reducir el mantenimiento, y algunos ejemplos de neumáticos sólidos incluyen los disponibles en Greentyre, [31] Puncture Proof Tyres Ltd, [32] KIK-Reifen, [33] Tannus, [31] Hutchinson , [34] y Specialized . [35]
Construcción
Los neumáticos de bicicleta están compuestos por una carcasa de tela impregnada de caucho , también llamada carcasa, con caucho adicional, llamado banda de rodadura, en la superficie que entra en contacto con la carretera. En el caso de las cubiertas, la carcasa envuelve dos talones, uno en cada borde.
Caja
La carcasa de los neumáticos de bicicleta está hecha de tela, normalmente nailon , aunque también se han utilizado algodón y seda . La carcasa proporciona la resistencia contra el estiramiento necesaria para contener la presión de aire interna y, al mismo tiempo, permanecer lo suficientemente flexible como para adaptarse a la superficie del suelo. El número de hilos de la tela afecta al peso y al rendimiento del neumático, y un número elevado de hilos mejora la calidad de la conducción y reduce la resistencia a la rodadura a expensas de la durabilidad y la resistencia a los pinchazos.
Capa al bies
Las fibras de la tela de la mayoría de los neumáticos de bicicleta no están tejidas juntas, sino que se mantienen en capas separadas para que puedan moverse con mayor libertad y reducir el desgaste y la resistencia a la rodadura. También suelen estar orientadas en diagonal, formando capas diagonales. [36]
Capa radial
Se ha intentado utilizar capas radiales, y algunos ejemplos incluyen a Panasonic en la década de 1980 y a Maxxis en la década de 2010, [36] pero a menudo se ha descubierto que ofrecen características de manejo indeseables. [37]
Pisada
La banda de rodadura es la parte del neumático que entra en contacto con el suelo para proporcionar agarre y proteger la carcasa del desgaste.
- Compuesto
La banda de rodadura está hecha de caucho natural y sintético que a menudo incluye rellenos como el 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 como el desgaste, la tracción (húmeda y seca), la resistencia a la rodadura y el costo. Se pueden agregar aceites y lubricantes como suavizantes. [38] El óxido de azufre y zinc facilitan la vulcanización . [38] Algunos neumáticos tienen una banda de rodadura de compuesto doble que es más resistente en el medio y más adherente 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 de carretera 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]
- Patrón
Las bandas de rodadura se encuentran en algún punto del espectro, desde lisas o resbaladizas hasta con tacos. Las bandas de rodadura lisas están destinadas al uso en carretera, donde un dibujo de la banda de rodadura ofrece poca o ninguna mejora en la tracción. [43] Sin embargo, muchos neumáticos lisos tienen un dibujo de banda de rodadura ligero, debido a la creencia errónea común de que un neumático liso será resbaladizo en condiciones húmedas. Las bandas de rodadura con tacos están destinadas al 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 que está destinada a la rueda delantera o a la trasera. [44] Se ha desarrollado un dibujo de banda de rodadura especial, con pequeños hoyuelos , para reducir la resistencia del aire. [45]
- Perfil
El perfil de la banda de rodadura suele ser circular, a juego con la forma de la carcasa que lleva en su interior y que permite que el neumático ruede hacia un lado cuando la bicicleta se inclina para girar o mantener el equilibrio. A veces se utilizan perfiles más cuadrados en neumáticos de bicicleta de montaña y neumáticos novedosos diseñados para parecerse a los neumáticos lisos de carreras de automóviles, [46] como en las bicicletas con caballitos .
Talón
El talón de los neumáticos con cubierta debe estar hecho de un material que se estire muy poco para evitar que el neumático se expanda y se salga de la llanta bajo la presión de aire interna.
- Cable
En los neumáticos económicos se utilizan cuentas de alambre de acero. Aunque no se pueden doblar, a menudo se pueden torcer para formar tres aros más pequeños. [47]
- Kevlar
Los talones de kevlar se utilizan en neumáticos caros y también se los llama "plegables". No se deben utilizar en llantas con flancos rectos, ya que pueden salir volando de la llanta.
Pared lateral
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.
- pared de chicles
Los neumáticos con flancos de caucho natural se denominan "de pared de goma". El caucho natural de color tostado no contiene negro de carbono para reducir la resistencia a la rodadura, ya que su resistencia al desgaste adicional no es necesaria en el flanco. [48]
- Pared de piel
Los neumáticos con muy poca goma, o ninguna, que cubre la pared lateral se denominan "paredes de piel". Esto reduce la resistencia a la rodadura al reducir la rigidez de la pared lateral a costa de reducir la protección contra daños. [49]
Variaciones
Resistencia a la perforación
Algunos neumáticos incluyen una capa adicional entre la banda de rodadura y la carcasa (como se muestra en la sección transversal de la imagen anterior) para ayudar a prevenir pinchazos, ya sea por su dureza o simplemente por su grosor. Estas capas adicionales suelen estar asociadas con una mayor resistencia a la rodadura. [50]
Tachuelas
Se pueden incrustar tacos de metal en la banda de rodadura de los neumáticos con tacos para mejorar la tracción sobre el hielo. [51] Los neumáticos con tacos económicos utilizan tacos de acero, mientras que los neumáticos más caros utilizan tacos de carburo más duraderos. [52] Se ha desarrollado una banda de rodadura tachonada con tacos que se acopla a un neumático más liso y sin tacos para facilitar la transición entre los dos tipos de neumáticos. [53] [54] [55]
Pensativo
Algunos neumáticos tienen una banda reflectante en los flancos para mejorar la visibilidad durante la noche. Otros tienen material reflectante incrustado en la banda de rodadura. [41]
Aerodinámica
Además del dibujo de la banda de rodadura con hoyuelos mencionado anteriormente, al menos un neumático tiene un "ala" adicional para cubrir el espacio entre la pared lateral del neumático y la llanta de la rueda y reducir la resistencia. [56]
Uso en interiores
Al menos un neumático de bicicleta moderno ha sido diseñado específicamente para su uso en interiores sobre rodillos o rodillos de entrenamiento . Minimiza el desgaste excesivo que experimentan los neumáticos tradicionales en este entorno y no es adecuado para su uso sobre pavimento. [57]
Delantero y trasero diferentes
Además de los diferentes patrones de banda de rodadura disponibles en algunos neumáticos de bicicleta 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.
Autoinflable
Se han desarrollado neumáticos de bicicleta que se inflan a medida que avanzan. [59] [60]
Modular
Los neumáticos de bicicleta se han desarrollado de manera que se puedan colocar y quitar diferentes bandas de rodadura. Esto permite tener la tracción adicional de los neumáticos con clavos solo cuando es necesario y evitar la resistencia adicional a la rodadura en caso contrario. [61] [62] [63] [64]
Parámetros
Tallas
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 solo tiene que estar en el rango de anchos apropiados para el ancho de la llanta, [65] sin exceder los espacios libres permitidos por el marco, los frenos y cualquier accesorio como guardabarros. Los diámetros varían desde unos grandes 910 mm, para monociclos de turismo , hasta unos pequeños 125 mm, para esquí sobre ruedas . [66] Los anchos varían desde unos angostos 18 mm hasta unos anchos 119 mm para el Surly Big Fat Larry. [67]
Neumáticos ligeros
Los neumáticos livianos varían en tamaño desde 3 ⁄ 4 a 1+1 ⁄ 8 pulgadas (19 a 29 mm) de ancho.
Neumáticos de peso medio o de medio globo
Los neumáticos de peso medio o demi-globo varían en tamaño desde 1+1 ⁄ 8 a 1+3 ⁄ 4 pulgadas (29 a 44 mm) de ancho.
Neumáticos de globo
Un neumático de globo es un tipo de neumático ancho, de gran volumen y baja presión que apareció por primera vez en las bicicletas cruiser en los EE. UU. en la década de 1930. Por lo general, tienen un ancho de 2 a 2,5 pulgadas (51 a 64 mm).
En la década de 1960, Raleigh fabricó su RSW 16 de ruedas pequeñas con neumáticos de globo [68] para que tuviera un andar suave como la bicicleta Moulton con suspensión total . Luego, otros fabricantes utilizaron la misma idea para sus propias bicicletas de ruedas pequeñas. Algunos ejemplos incluyen la bicicleta plegable Bootie fabricada en Stanningley (Reino Unido) , la Co-operative Wholesale Society (CWS) Commuter y la Trusty Spacemaster.
Neumáticos de gran tamaño
Un neumático de tamaño grande tiene un ancho de entre 2,5 y 3,25 pulgadas (64 y 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+ . Cubren el espacio entre los neumáticos de globo y los neumáticos anchos. [69]
Neumáticos gruesos
Un neumático ancho es un tipo de neumático de bicicleta 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 la conducción en terrenos blandos e inestables, como nieve, arena, pantanos y barro. [70] Desde la década de 1980, se han utilizado neumáticos anchos de 3,8 a 5 pulgadas (97 a 127 mm) y diámetros similares a las ruedas de bicicleta convencionales en " fatbikes " y bicicletas todoterreno diseñadas para andar en nieve y arena. [71] [72]
Presión inflacionaria
La presión de inflado de los neumáticos de bicicleta varía de 4,5 psi (0,31 bar ; 31 kPa ) para neumáticos de fat bike en nieve [73] a 220 psi (15 bar; 1,5 MPa) para neumáticos tubulares de carreras en pista. [74] La clasificación de 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 "5-7 bar (73-102 psi; 500-700 kPa)". 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 sufrir pinchazos. [75]
Una guía 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 de la rueda y el suelo cuando está cargada (es decir, con el ciclista y la carga) en comparación con cuando está descargada. Las presiones por debajo de esto conducen a una mayor resistencia a la rodadura y la probabilidad de pinchazos. Las presiones por encima de esto conducen a una menor resistencia a la rodadura en el propio neumático, pero a una mayor disipación total de energía causada por la transmisión de vibraciones a la bicicleta y especialmente al ciclista, que experimentan 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 el 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 élite en pista) 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 pasa rápidamente a través de cualquier material poroso. Al menos un sistema público de bicicletas compartidas , el Santander Cycles de Londres , infla los neumáticos con nitrógeno , en lugar de aire simple , que ya es 78% nitrógeno, en un intento de mantener los neumáticos a la presión de inflado adecuada durante más tiempo, [80] aunque la eficacia de esto es discutible. [81] [82] [83]
Efecto de la temperatura
Dado que el volumen de gas y el gas mismo dentro de un neumático no se altera 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 disminuirá 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 resultado de la diferencia entre la presión manométrica y la presión absoluta . Para presiones de inflado 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 se infla un neumático de una bicicleta de ruedas anchas a una presión manométrica de 0,5 bar (50 kPa; 7,3 psi) a una temperatura ambiente de 20 °C (68 °F) y luego se reduce la temperatura 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).
Efecto de la presión atmosférica
La presión neta de 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) a nivel del mar , la presión interna absoluta sería de 5 bar (500 kPa; 73 psi) (+ 25 %), y esta es la presión que el neumático debería contener si se moviera 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 %).
Efecto sobre el estrés de la canal
Los neumáticos de bicicleta son esencialmente recipientes a presión de paredes delgadas toroidales y si la carcasa se trata como un material homogéneo e isótropo , 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:
- p es la presión manométrica interna
- r es el radio interior menor de la carcasa
- t es el espesor de la carcasa
La tensión en la dirección poloidal ( tensión circunferencial o de aro 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 de aro de los recipientes a presión cilíndricos de paredes delgadas: [84] [85]
- .
En realidad, por supuesto, la carcasa del neumático no es homogénea ni isótropa, sino que es un material compuesto con fibras incrustadas en una matriz de caucho, lo que complica aún más las cosas.
Ancho de llanta
Si bien no es estrictamente un parámetro de los neumáticos, el ancho de la llanta en 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]
| Ancho del neumático | Ancho de llanta recta | Ancho del borde de la entrepierna |
|---|---|---|
| 18 | - | 13C |
| 20 | - | 13C |
| 23 | 16 | 13 °C-15 °C |
| 25 | 16-18 | 13C-17C |
| 28 | 16-20 | 15 °C-19 °C |
| 32 | 16-20 | 15 °C-19 °C |
| 35 | 18-22 | 17C-21C |
| 37 | 18-22 | 17C-21C |
| 40 | 20-24 | 19C-23C |
| 44 | 20-27 | 19 °C-25 °C |
| 47 | 20-27 | 19 °C-25 °C |
| 50 | 22–30,5 | 21 °C-25 °C |
| 54 | 27–30,5 | 25 °C-29 °C |
| 57 | 27–30,5 | 25 °C-29 °C |
| 62 | 30.5 | 29C |
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 ser adecuada una relación de 1,4 a 2,2, e incluso 3 para llantas con gancho. [89]
Presión de los neumáticos en función del ancho
Mavic recomienda presiones máximas además del ancho de la llanta, [90] y Schwalbe recomienda presiones específicas: [91]
| Ancho del neumático | Recomendación Schwalbe. | Mavic máx. | borde |
|---|---|---|---|
| 18 mm (0,71 pulgadas) | 10,0 bares (145 psi) | 13C | |
| 20 mm (0,79 pulgadas) | 9,0 bares (131 psi) | 9,5 bares (138 psi) | 13C |
| 23 mm (0,91 pulgadas) | 8,0 bares (116 psi) | 9,5 bares (138 psi) | 13 °C-15 °C |
| 25 mm (0,98 pulgadas) | 7,0 bares (102 psi) | 9,0 bares (131 psi) | 13C-17C |
| 28 mm (1,1 pulgadas) | 6,0 bares (87 psi) | 8,0 bares (116 psi) | 15 °C-19 °C |
| 32 mm (1,3 pulgadas) | 5,0 bares (73 psi) | 6,7 bares (97 psi) | 15 °C-19 °C |
| 35 mm (1,4 pulgadas) | 4,5 bares (65 psi) | 6,3 bares (91 psi) | 17C-21C |
| 37 mm (1,5 pulgadas) | 4,5 bares (65 psi) | 6,0 bares (87 psi) | 17C-23C |
| 40 mm (1,6 pulgadas) | 4,0 bares (58 psi) | 5,7 bares (83 psi) | 17C-23C |
| 44 mm (1,7 pulgadas) | 3,5 bares (51 psi) | 5,2 bares (75 psi) | 17 °C-25 °C |
| 47 mm (1,9 pulgadas) | 3,5 bares (51 psi) | 4,8 bares (70 psi) | 17C-27C |
| 50 mm (2,0 pulgadas) | 3,0 bares (44 psi) | 4,5 bares (65 psi) | 17C-27C |
| 54 mm (2,1 pulgadas) | 2,5 bares (36 psi) | 4,0 bares (58 psi) | Siglo XIX-siglo XXIV |
| 56 mm (2,2 pulgadas) | 2,2 bares (32 psi) | 3,7 bares (54 psi) | Siglo XIX-siglo XXIV |
| 60 mm (2,4 pulgadas) | 2,0 bares (29 psi) | 3,4 bares (49 psi) | Siglo XIX-siglo XXIV |
| 63 mm (2,5 pulgadas) | 3,0 bares (44 psi) | 21C-29C | |
| 66 mm (2,6 pulgadas) | 2,8 bares (41 psi) | 21C-29C | |
| 71 mm (2,8 pulgadas) | 2,5 bares (36 psi) | 23 °C-29 °C | |
| 76 mm (3,0 pulgadas) | 2,1 bares (30 psi) | 23 °C-29 °C |
Los neumáticos para fatbikes de 100 a 130 mm (4 a 5 pulgadas) de ancho se montan normalmente en llantas de 65 a 100 mm. [92]
Fuerzas y momentos generados
Los neumáticos de bicicleta generan fuerzas y momentos entre la llanta de la rueda y el pavimento que pueden afectar el rendimiento, la estabilidad y el manejo de la bicicleta.
Fuerza vertical
La fuerza vertical generada por un neumático de bicicleta es aproximadamente igual al producto de la presión de inflado y el área de contacto. [93] En realidad, suele ser ligeramente mayor que esto debido a la pequeña pero finita rigidez de las paredes laterales.
La rigidez vertical, o tasa de resorte , de un neumático de bicicleta, al igual que en los neumáticos de motocicletas y automóviles, aumenta con la presión de inflado. [94]
Resistencia a la rodadura
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, una 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] capas de carcasa más delgadas y material de banda de rodadura más elástico tienden a disminuir la resistencia a la rodadura.
Por ejemplo, un estudio de la Universidad de Oldenburg descubrió 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 las siguientes resistencias a la rodadura: [100]
Tamaño ISO Diámetro del neumático (mm) Crr 47-305 351 0,00614 47-406 452 0,00455 47-507 553 0,00408 47-559 605 0,00332 47-622 668 0,00336
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 irregulares el aumento de la presión de inflado tiende a aumentar la vibración que experimentan la bicicleta y el ciclista, donde esa energía se disipa en su deformación menos que perfectamente inelástica. Por lo tanto, dependiendo de la miríada de factores involucrados, el aumento de la presión de inflado puede conducir a un aumento de la disipación total de energía y a una menor velocidad o a un mayor consumo de energía. [101]
Fuerza de viraje y empuje de inclinación
Al igual que 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]
Momentos
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 motocicleta. [106]
Véase también
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Enlaces externos
- Arreglar una rueda pinchada
