Los neumáticos, parte segunda

Jose María Marfil

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Huella, estructura, adherencia y presión

ver galeríaLos neumáticos, parte segundaConocer en profundidad los mecanismos que permiten a un par de neumáticos montados en una moto de más de 100 CV y 200 Kilos “engancharse” al asfalto mientras apuramos una frenada, trazamos el viraje -rascando con la rodilla en el suelo- y aceleramos con contundencia para alejarnos de la curva, sólo está al alcance de unos pocos con amplios conocimientos sobre física y química. No es mi caso, ni es el objetivo de Motos.net; por mucho que seamos una página especializada. Pero tener unas nociones básicas sobre lo que acontece entre goma y asfalto, puede servirnos para evolucionar como moteros y también, claro está, para tomar decisiones de compra. En el artículo anterior os ayudamos a identificarlos. Hoy entraremos en los mecanismos que lo hacen funcionar.

Huella del neumático: la garra

Empezaremos por la parte del neumático que, tras deformarse, se convierte en la huella, en la superficie que contacta con el asfalto. De su calidad (goma) y su cantidad (superficie) dependerá la adherencia, la manejabilidad y la duración. Hoy hablaremos de la cantidad. O sea, de la superficie y de los factores que la hacen posible: Las cargas y la deformación.

Hablar de carga, es hablar de las fuerzas que empujan al neumático contra el asfalto. Se miden en kgf (kilos de fuerza) y hay dos: las verticales y las laterales. Explicar el origen de la carga vertical es relativamente sencillo. Casi todos, por instinto, imaginamos que depende del peso de la moto y piloto más las transferencias delante/atrás al frenar o al acelerar. Intuir el origen de la fuerza lateral ya no es tan fácil. Aparece sólo al inclinar, aumenta a medida que incrementas la inclinación y lo hace siguiendo el valor de la tangente del ángulo de “plegada”. Bueno, más o menos, ya que intervienen más factores como el deslizamiento, las fuerzas giroscópicas, etc. Pero no te asustes, que no vamos a seguir por ahí. Sólo nos interesa saber que, cuando inclinamos, aparece otro factor que ayuda a deformarlo, colaborando a incrementar la superficie de contacto. Y eso está bien, pero solo en parte, ya que esa carga lateral exige del neumático adherencia extra para evitar el deslizamiento. Lógicamente, frenar o acelerar inclinando complica todavía más las cosas.

El grado de deformación, que da como resultado la superficie de contacto, lo controlan la dureza de la carcasa y la presión de inflado. Vayamos primero por la carcasa.ver galeríaLos neumáticos, parte segunda

De ella habrás oído hablar algunas veces. Sobre todo en conversaciones entre moteros, viendo las carreras por la tele o leyendo algún folleto de neumáticos. Su papel sería algo así como el de un esqueleto -y pido perdón por el símil- cuyos huesos están formados por tejidos fabricados con hilo metálico como el acero o sintéticos como el rayón, el nylon u otras aramídas de gran resistencia y ligereza tipo Kevlar. La información sobre su estructura (cantidad y tipo de tejidos que la forman) acostumbra a estar inscrita en el flanco. De las claves para interpretar los códigos hablamos en la entrega anterior. Lo tienes aquí.

Recubriendo la carcasa y antes de llegar a la goma exterior, podemos encontrarnos con los cinturones que, siguiendo con el símil, serían algo así como los “músculos”. De hecho, no dejan de ser tejidos similares a los de la carcasa pero con una importante diferencia: los cinturones nunca llegan a abrazar por completo al neumático. Se colocan encima del “esqueleto”, separados por capas estabilizadoras de material elástico y su función es ayudar a la carcasa en situaciones de estrés por puntas de “carga” como: aceleraciones, frenadas, inclinaciones, etc. Los podemos encontrar colocados en la corona (parte central de la banda de rodadura) y/o en los flancos. Su cantidad y disposición dependerá de las necesidades de refuerzo.

La disposición y forma de las lonas de la carcasa y los cinturones sirven como base para dar forma al perfil del neumático. Una cuestión importante ya que, la “redonda triangulación” del mismo, ayuda a definir el comportamiento dinámico de la moto (incrementar o disminuir la rapidez en los cambios de dirección), la superficie de contacto (en recta o inclinando) o incluso su duración.ver galeríaLos neumáticos, parte segunda

Tampoco debemos olvidarnos de la incidencia de la temperatura de trabajo.  La deformación del neumático -al crear la huella- es el factor que más calor genera. Hablando con un técnico de Bridgestone Motogp me dijo que: cerca del 70% del calor que se acumula en el neumático se genera durante el proceso de deformación al crear la huella. Por tanto, la carcasa se convierte en uno de los factores determinantes en el control de la temperatura. Como decía el de los yogures: lo que la carcasa hace por dentro, se nota por fuera.

Sirva como curiosidad esta imagen, gentileza de Bridgestone, comparando las dimensiones de la huella entre el neumático de una CBR600 y el de un Porsche 911. Fíjate en la importante diferencia entre la ratio potencia/superficie. Casi es doble en la moto… Eso explica las diferencias en la duración. Luego está la forma en que trabaja cada neumático, pero eso sería harina de otro costal.

Veamos las soluciones más comunes para resolver la estructura interna (carcasa y cinturones).

Tipos de carcasa y cinturones

Existen dos tipos de carcasas: Las diagonales y las radiales. Y las encontrarás en el catálogo de cualquier fabricante. Las de tipo diagonal deben su nombre a la disposición cruzada –en diagonal- de las múltiples lonas superpuestas que dan forma a la carcasa. Su consistencia dependerá, lógicamente, del número y, también, del ángulo de “cruce” con que se superponen al ensamblarlas. Las carcasas diagonales se vinieron utilizando sin problemas hasta que, entrados los años 80, el espectacular aumento de prestaciones en las nuevas Superbikes (GSX-R, FZ-R, VF-1000R, etc.) las pusieron en jaque. A medida que peso, aceleración y velocidad fueron en aumento, los fabricantes tuvieron que seguir añadiendo lonas, cinturones y más peso para controlar la situación. Añadir más lonas supuso incrementar los rozamientos internos durante el proceso de deformación para crear la huella y, por tanto, generar mucha más temperatura. Un verdadero problema ya que el calor provocaba morbidez en la carcasa afectando a la precisión en la conducción, la adherencia y también a la duración.

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Menos mal que llegó la carcasa radial para salvar la situación. Sin ella, la escalada de potencia y prestaciones, no hubiera sido tan fácil.

La primera marca en comercializar neumáticos radiales delanteros y traseros para la calle, y si no es así ya me corregiréis, creo fue Michelin en 1987 con los famosos Macadam. Aunque antes, Bridgestone ya comercializó un neumático radial –sólo para el eje trasero- pensando en la masiva Honda VF1000R del 84.

En competición, la primera victora en GP con un neumático radial, también solo detrás, fue Michelin con Freddie Spencer y su NS500 V3 de 1983. Randy Mamola un año después, haciendo de conejillo de indias para Michelin, fue el primero en ganar un GP montando carcasa radial en ambas ruedas. Por su “dureza”, no todos los pilotos se atrevieron a usarlos delante de buenas a primeras. Randy era mucho Randy.

Los neumáticos diagonales se siguen utilizando en motocicletas de prestaciones modestas, en clásicas, en algunas custom y en el off-road; Incluso en modernas trail aventureras, aunque reforzadas con cinturones; los llaman “X-Play” o “Bias Belted”. Recuerda: el símbolo para distinguirlos es R (radial) o B (belted) después del código de velocidad.

La característica fundamental del neumático radial está en que su carcasa solo dispone de una lona que, además, se monta a 90º -nada de cruces-. Para entendernos: perpendicular al aro de la llanta. Con una única lona, hay menos rozamientos internos y por tanto menos calor.ver galeríaLos neumáticos, parte segunda

Como la goma trabaja más “fresca”, puede soportar más carga y velocidad sin sufrir tanto desgaste. Asimismo, la disposición “radial” de los hilos limita las flexiones al frenar o acelerar (son de acero y soportan mucho mejor la compresión dispuestos en paralelo).

Es “esqueleto” radial, es más firme y ligero y ofrece una conducción mucho más precisa, una mayor duración del neumático y ayuda a que la goma disponga de un escenario "más estable", para entendernos, una mayor uniformidad en la superficie de la huella de contacto para que la goma pueda hacer mejor su trabajo. De ella hablaremos en la próxima entrega.

Dicen que una imagen vale más que mil palabras, y gracias a las infografías cedidas por Continental, vamos a poder ver y comentar las tripas de las distintas estructuras, sus elementos y la disposición de los mismos.

Diagonal clásico o Cross-Plyver galeríaLos neumáticos, parte segunda

No hay dudas. Se aprecian claramente las tres lonas cruzadas en diagonal (3) que dan forma a la carcasa. Los hilos acostumbran a ser de rayón o de nylon. Dispone de dos cinturones (4) cruzados. El interior de la carcasa está recubierto de una fina capa de goma llamada calandraje, que sella la estructura para poder usar neumáticos sin cámara. No son malas para mojado ya que alcanzan con rapidez la temperatura de trabajo. Su flexibilidad las hace muy prácticas y cómodas en el uso ciudadano. Esta carcasa se utiliza mayoritariamente en neumáticos para ciclomotores y/o motocicletas de peso y prestaciones modestas o en off-road.

Diagonal con cinturón o "Bias Belted"ver galeríaLos neumáticos, parte segunda

Sigue siendo un neumático diagonal. Si te fijas, la carcasa (3) sólo tiene dos lonas –más ligereza-, pero recibe la ayuda de dos sofisticados cinturones (4) de Kevlar, material más resistente y ligero. Reúnen las ventajas de una carcasa diagonal, pero los cinturones mejoran su consistencia y precisión de conducción y ayudan a gestionar mejor el peso y la velocidad. Pueden llegar a disponer de cinturones de refuerzo en el flanco para controlar las deformaciones de los hombros. Esta estructura se suele utilizar en motos con cierto componente “sport turismo” clásico, customs y trails modernas de media o incluso alta cilindrada más “verdes” que asfálticas.

Radialver galeríaLos neumáticos, parte segunda

Esta es la estructura clásica de un neumático 100% radial. Puedes ver que la carcasa dispone de una sola lona (2) y que la disposición de los hilos está a 90º respecto al sentido de la marcha. En este caso, la estructura se encuentra reforzada por cuatro cinturones cruzados situados en la zona de la corona bajo la banda de rodadura (3). Estos neumáticos se utilizan en motos de peso elevado o incluso trails de gran cilindrada. Presentan un buen compromiso entre manejabilidad y prestaciones permitiendo un uso sport sin problemas. Acostumbran a durar bastantes kilómetros.

Radial con cinturón a 0ºver galeríaLos neumáticos, parte segunda

Es casi lo último. Vemos que el cinturón se monta con los hilos orientados a 0º (paralelos a la garganta de la llanta) para controlar las deformaciones laterales y reducir las imprecisiones de guiado en curva, lo que sumado a la disposición a 90º de la carcasa para controlar mejor las tensiones en frenada y aceleración, dan como resultado un neumático de conducción muy precisa en cualquier circunstancia. Acostumbran a incorporar sílice en la mezcla de la goma para ganar temperatura con rapidez. Aptos para conducción deportiva. Por regla general, el equilibrio entre prestaciones y duración es más que aceptable.

Presión de aire y adherencia

Vista la carcasa, vamos a por el otro elemento que colabora en el control de la deformación: La presión de inflado. Este gráfico, elaborado por AVON TYRES y recogido en el magnífico libro “Motocicletas Comportamiento Dinámico y Diseño de Chasis” de Tony Foale, con prólogo del inolvidable y admirado César Agüí, nos será de gran ayuda.

Analiza las diferencias de comportamiento de un AVON AZZARO Sport II 170/60 ZR1 con distinta presiones de inflado. La prueba se ha realizado en un laboratorio con los instrumentos necesarios para someterlo a cargas. En este caso, la carga vertical, (supuesto peso de moto y piloto) es de 355 kgf y se aplica de forma constante. La carga lateral (eje y) va incrementándose de forma paulatina. El eje x simula la deformación lateral del neumático en milímetros. A más deformación, más huella. El grafico analiza la relación entre la carga, la deformación y la adherencia, si se quiere de forma artificial, pero ilustrativa de lo qué pasa y hasta dónde es capaz de llegar el neumático.ver galeríaLos neumáticos, parte segunda

Inflado a 2,9 kg/cm2, (seguramente cerca del límite máximo admitido) el Azzaro, soporta la carga con menor deformación y suponemos que con menor temperatura. Lógico. Pero, cuando la carga lateral, la que aparece al inclinar, llega a los 450 kgf, el neumático empieza a decir “basta”, se satura y principia a perder adherencia (la línea del gráfico se estabiliza e incluso cae). Con la presión a 2,5 kg/cm2, la deformación es mayor en toda la curva, pero el mismo AVON AZZARO, llega hasta los 480 kgf antes de entrar en crisis. O sea, disfrutando de una mayor adherencia.

Son pruebas de laboratorio. No tienen en cuenta otros importantes factores que aparecen al rodar por carretera. Pero el experimento nos muestra la relación entre adherencia/ deformación y presión de inflado. Moraleja: Busca información fiable sobre la horquilla de valores máximos y mínimos de la presión de inflado en tus neumáticos y, en función de tu estilo de conducción o uso, ya sabes lo que más te va a convenir en cada caso.

Aunque la última tendencia es quitarle protagonismo al aire en la tarea de influir en la creación de la huella y jugar con el control de la deformación desde sofisticadas carcasas. En Motogp la presión de inflado bajó hasta poco más de 1kg/cm2 según oí hace tiempo en la tele, pero era con los Bridgestone. Los Michelin de este año he creído oír, pero no lo sé con seguridad, van algo más "inflados". Evidentemente, son neumáticos especiales, para usos especiales y de duración especial. Aunque cada vez se empiezan a ver neumáticos de calle tipo “racing” con presiones de inflado más bajas.ver galeríaLos neumáticos, parte segundaEstructura de un Dunlop de Moto2 Foto: Diego Sperani

Por cierto, deberíamos adquirir el hábito de verificar la presión de inflado con cierta asiduidad. Y a ser posible con un manómetro en condiciones. Ojo con los de algunas gasolineras. Por los golpes que reciben acaban perdiendo el ajuste. Y hazlo siempre con el neumático lo más frío posible.

Las suspensiones

Las suspensiones también tienen algo que decir. Las frenadas, las aceleraciones, los cambios de dirección, las irregularidades del terreno o incluso nuestros movimientos encima de la moto, se encargan de “enredar” constantemente en la carga que le llega a cada eje. Si estas oscilaciones no se controlan adecuadamente, ya imaginas lo que pasa: el neumático deja de “pisar” con uniformidad, aparecen las fluctuaciones en la superficie de contacto con el resultado de una perdida en la capacidad de adherencia, en la precisión en la conducción e incluso con desgastes irregulares. Es importante que las suspensiones estén en condiciones.

Y por eso en competición dedican tantos esfuerzos a su reglaje. La relación neumático/suspensión es casi íntima, incluso la elasticidad de la carcasa ayuda a las suspensión. Es un tema complejo pero de gran repercusión. Y no hace falta irnos a la alta competición. Los “tanderos” saben muy bien que un reglaje de suspensiones inadecuado, que transfiera poca carga al neumático trasero, implica su rápido desgaste. Aunque no todo es blanco o negro. Enviar peso detrás perjudica delante... De ahí lo complicado de los reglajes. Como casi todo en la vida el secreto está en el equilibrio. O si lo prefieres, en estar lo menos mal posible.

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En la próxima y última entrega hablaremos de la goma, de sus características, de cómo trabaja y también de algunos detalles que os pueden ayudar a elegir el neumático que mejor se adapte a vuestras necesidades.

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