caracteristicas de los neumaticos1
TRANSCRIPT
1
CONDICIONES Y CARACTERISTICAS DE LOS
NEUMATICOS
1.1.- CONDICIONES DE TRABAJO DE LOS NEUMÁTICOS.
Los neumáticos constituyen el medio para la unión entre la carretera y el vehículo, en
consecuencia, sufren todos los esfuerzos durante la utilización de este. Soportan
elásticamente al vehículo y absorber las irregularidades del suelo. Esta característica es
el principal objetivo. La utilización hace que se deforme, ya que el uso constante se
calienta y se desgasta.
El trabajo de este elemento, aumenta todavía más cuando equipa las ruedas motrices, ya
que es el que asegura el desplazamiento del vehículo. Todo el trabajo suministrado por
el motor es, en definitiva, comunicado a los neumáticos de las ruedas motrices, los
cuales, al tomar apoyo en el piso, hacen avanzar al auto. El momento del frenado
también debe realizar un considerable trabajo por mediación de su adherencia al suelo.
Es evidente, que debe ofrecer el mínimo de resistencia al rodamiento, también debe
favorecer el mantenimiento del vehículo en ruta. La curvatura de la carretera, el viento,
la carga desigual, tiende a hacer derivar al neumático, produciéndose entonces una
deformación de la superficie; es decir, de la huella del neumático1 en el suelo provocada
por la deformación de su carcasa2, lo que origina una tendencia a abandonar la
dirección inicial.
La banda de rodamiento debe garantizar un contacto neumático – suelo, lo más perfecto
posible, con el fin de evitar cualquier resbalón o patinazo; por lo tanto, se construyen
por ello de manera que respondan a estas exigencias.
Una de las principales causas para que se produzcan accidentes de transito, son cuando
las llantas están lisas o no están debidamente infladas. En el Ecuador no se tiene una
estadística real del número de accidentes por esta causa o por no haber aplicado
1 Huella del neumático.- Área de contacto entre el piso y el neumático. 2 Carcasa.- Conjunto de telas o lonas embebidas en caucho.
2
recomendaciones profesionales para evitar gastos o riesgos debido al mal uso o elección
de llantas y aros. Son muy importantes y se complementan con el sistema de frenos. Al
momento se encuentra vigente una nueva Ley de Tránsito, la misma que limita y
sanciona a quien no cumple con lo establecido.
Al observar una llanta, a simple vista se le podría decir que, toda su estructura es igual,
sin embargo, cada pequeño borde de las bandas de rodamiento y los materiales que la
componen han sido fabricados y diseñados para un determinado uso.
Las recomendaciones básicas consisten en acatar las especificaciones técnicas que
establece el fabricante de su vehículo para el modelo de llantas o aros, y las condiciones
de operación en las que actuarán.
Lo primero que se deberá hacer es controlar la correcta presión de aire, evitar las
medidas no recomendadas, tampoco hay que olvidar el balanceo y alineación, entre
otras prevenciones.
1.2.- CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS NEUMÁTICOS.
Sus funciones básicas son:
- Mantener la presión necesaria del aire para soportar el peso de vehículo, en vista
de que todo neumático esta diseñado para soportar determinado peso y de
acuerdo a este parámetro se considera la presión de trabajo y la presión máxima.
- Transmitir fuerza de freno y de tracción, de esta manera ayuda al vehículo a
transmitir y absorber las fuerzas que se generan en este.
- Proporcionar los esfuerzos laterales precisos para lograr el control y estabilidad
de la trayectoria.3
3 Fuente: Teoría de los vehículos automóviles. Aparicio Izquierdo
3
- Complementar el sistema de suspensión, actuando como colchón amortiguador
de las acciones dinámicas originadas por las irregularidades de la pista y
absorbiendo las irregularidades del camino
Los neumáticos pueden considerarse como un sistema no lineal de gran complejidad.
Algunas características de estas son:
- Elevada adherencia sobre pista seca y mojada, tanto longitudinal como
transversal.
- Baja resistencia a la rodadura.
- Capacidad para resistir los esfuerzos dinámicos exteriores.
- Resistencia a la fatiga, al desgaste, a la formación de grietas, etc.
- Bajo nivel de ruidos y de generación de vibraciones.
- Adecuada flexibilidad radial, circunferencial y transversal.
1.2.1.- TIPOS DE CUBIERTAS SEGÚN SU ESTRUCTURA.
Figura 1.1.- Tipos de cubiertas4
- Radial o cinturado.
- Diagonal o convencional.
4 Fuente: Imagen tomada de CD Continental General Tire. Mantenimiento de neumáticos 2008
4
1.2.1.1.- Diagonal o convencional.
La carcasa está formada por una o más lonas, cuyos cables se orientan radialmente entre
los talones y, por tanto, con ángulo de cordones igual a 90º. Esta estructura estabilizada
en el cinturón de ancho algo inferior al del neumático, que se sitúa entre carcasa y banda
de rodamiento. Este cinturón esta formado por un paquete de capas textiles o metálicas,
cuyos cordones se alternan con ángulos β≤20º.
1.2.1.2.- Radial.
Las cuerdas de esta llanta son colocadas en el sentido radial al tomarse como base una
línea imaginaria en el centro de la banda de rodamiento, formando un ángulo de 90º.
Figura 1.2.- Estructura radial5
Los neumáticos radiales presentan las siguientes ventajas:
- Menor desarrollo de calor y, como consecuencia,
menor disipación de energía y más lento
envejecimiento.
- Menor desgaste.
- Mayor adherencia longitudinal y transversal.
- Mayor rigidez de deriva.
Figura 1.3.- Estructura radial6
5Fuente: Imagen tomada de CD Continental General Tire. Mantenimiento de neumáticos 2008
5
En resumen mejora las prestaciones con un superior control de la trayectoria y
estabilidad.
Para evitar una pérdida rápida de aire y una variación brusca de la rigidez, se ha
desarrollado los neumáticos sin cámara y se debe destacar:
- El interior de la cubierta incorpora una capa de 1 a 2 mm de goma especial muy
impermeable.
- Las llantas de turismo, aunque pueden ser idénticas a las utilizadas para
neumáticos con cámara, mejoran sus características son un diseño especial tipo
Hump que dispone de resaltes en los asientos de talones.
- En llantas para camión se utiliza un asiento de talón con inclinación de 15º para
mejorar el efecto de acuñamiento de éste.
1.2.2.- ESTRUCTURA DE LA CUBIERTA.
Componentes principales.-
De los componentes principales dependen las características geométricas y mecánicas
de los neumáticos, por lo tanto se pretende:
- Que el neumático cuente con unos elementos relativamente inextensibles para su
adecuado anclaje a la llanta.
- Una rigidez decreciente hacia la línea media de los costados, para lograr la
necesaria estabilidad lateral junto a una cierta flexibilidad.
- Flexibilidad y pequeño espesor de los costados, logrando la deformabilidad
necesaria para actuar como elemento elástico – amortiguador.
- Una banda de rodamiento capaz de proporcionar una buena adherencia.
1.2.2.1.- Partes de una llanta radial.
6 Fuente: Imagen tomada de CD Continental General Tire. Mantenimiento de neumáticos 2008
6
1.- Cable de acero
2.- Caucho de cubierta.
3.- Cubierta textil
4.- Relleno de pestaña
5.- Cuerpo de lonas.
6.- Chafer
7.- Chafer de acero
8.- Chafer textil
9.- Refuerzo de pestaña.
Figura 1.4.a.- Partes de una llanta radial7
10.- Relleno de hombro.
11.- 1er. Cinturón
12.- 2do. Cinturón
13.- 3er. Cinturón
14.- 4to. Cinturón
15.- Relleno de cinturones
16.- Lateral.
17.- Innerliner
18.- Lateral.
Figura 1.4.b.- Partes de una llanta radial8
1.2.3.- Partes de una llanta convencional o diagonal.
1.- Banda de rodamiento.
2.- Lateral
3.- (Chafer) Refuerzo de pestaña
4.- Flipper (cubre pestaña).
5.- Núcleos de pestaña.
6.- Carcasa
7.- Breakers
Figura 1.5.- Partes de una llanta bias.9
7 Fuente: Imagen tomada de CD Continental General Tire. Mantenimiento de neumáticos 2008 8 Fuente: Imagen tomada de CD Continental General Tire. Mantenimiento de neumáticos 2008 9 Fuente: Imagen tomada de CD Continental General Tire. Mantenimiento de neumáticos 2008
7
Lateral.- Ofrece flexibilidad, disipa el calor, protege y refuerza al pliego de
la carcasa contra fricciones y golpes, en esta zona se graban las
identificaciones de la llanta, ofrece flexibilidad y disipa el calor.
Figura 1.6.- Lateral
Hombro.- Es la zona superior del lateral que une a la banda de
rodamiento, tiene características especiales de comportamiento
frente a la temperatura como disipador, además de dar
características especiales para las curvas.
Figura 1.7.- Hombro
Canales.- Son canales circunferenciales o transversales
esenciales para la tracción, control direccional y propiedades de
bajar la temperatura.
Figura 1.8.- Canales
Breakers.- Son tejidos revestidos de caucho que se encuentran
entre la banda de rodamiento y la carcasa, proporcionando o
reduciendo el efecto de choque contra la misma.
Figura 1.9.- Breakers
Pestaña.- Está formado por alambres de acero, los alambres
están bañados en cobre para una buena adhesión con el caucho,
las pestañas anclan los pliegos y aseguran la estructura a la
rueda.
Figura 1.10.- Pestaña.10
10Fuente: Imágenes tomada de CD Continental General Tire. Mantenimiento de neumáticos 2008
8
Flipper (cubre pestaña).- Es un tejido que se encuentra alrededor
de los alambres del talón que ayudan a sujetar al estructura del
mismo dando condiciones de flexión a las áreas determinadas.
Figura 1.11.- Flipper
Chafer (refuerzo de pestaña).- Son tiras de fibras monofilamento,
tejido (tramado) cuadrado colocadas alrededor de la parte externa
de la pestaña y debajo de los costados para proteger las lonas de
la carcasa, al conjunto del núcleo y a los amarres de las lonas
contra fricciones del aro durante el montaje.
Figura 1.12.- Chafer11
1.2.3.- MATERIALES.
Las principales materias primas que constituyen un neumático considerando los
porcentajes son:
Figura 1.13.- Materiales de un neumático12
1.- Carcasa de acero, nylon o rayón 16%
2.- Caucho sintético o natural 38%
3.- Negro de humo, sílica, carbón. 30%
11 .- Fuente: Imagen tomada de CD Continetal General Tire. Mantenimiento de neumáticos 2008 12 Fuente: Imagen tomada de CD Continetal General Tire. Mantenimiento de neumáticos 2008
9
4.- Lubricantes, aceites resinas 10%
5.- Productos químicos 4%
6.- Productos químicos contra el envejecimiento 1%
7.- Otros materiales 1%13
En la fabricación se utilizan tres grupos de materiales:
- Compuestos de goma.
- Tejidos.
- Alambres para talones.
Compuestos.- Se trata de cauchos naturales y artificiales, combinados con otros agentes
químicos para lograr propiedades específicas. Otras sustancias utilizadas en las mezclas
son: negro de humo, azufre, acelerantes, plastificantes, activadores, antioxidantes,
antiozonantes, etc.
Tejidos.- Es el material utilizado en cada tela, lona o capa que constituye el elemento
resistente principal en la carcasa y cinturón. El tejido esta formado por un conjunto de
cables orientados en la dirección de la urdimbre y sin trama. Los cables o retorcidos
proporcionan resistencia y estabilidad a la estructura.
Alambres de talones.- Para su construcción se usa un paquete de hilos de acero de 0.9 a
1 mm, de diámetro en turismo y de unos 2 mm en camiones, estos alambres reciben un
tratamiento de cobreado.
1.2.4.- BANDA DE RODAMIENTO Y COSTADOS.
Banda de rodamiento.- Conecta el propio neumático con la pista o suelo y en la
interacción de ambos elementos debe lograrse la fuerza necesaria para proporcionar
esfuerzos longitudinales y transversales requeridos para la tracción, frenado y control de
13. Fuente: Datos tomados de CD Continental General Tire. Mantenimiento de neumáticos 2008
10
la trayectoria del vehículo, además proporciona a la llanta resistencia a la fricción a que
se somete en contacto con el piso, el diseño de la banda es el que permite el agarre.
Características:
- Da tracción.
- Alto rendimiento
- Buen disipador del calor.
- Evacuación del agua.
- Auto limpieza.
Las configuraciones básicas de diseños de bandas son:
a.) Acanaladuras y nervios orientados en sentido
circunferencial.- es el más común y ofrece un buen servicio
de conjunto para todas las posiciones de las ruedas.
Generalmente su uso se da en ruedas directrices. (Fig. 1.14)
En la figura se observa una llanta direccional, designada como
Power Jet de la marca GENERAL TIRE
Figura 1.14.- Diseño de banda con acanaladuras y nervios.
b.)Tacos o nervios y acanaladuras en sentido transversal.-
Ofrece mejores prestaciones en ruedas motrices. En este caso se
observa una rueda GRABBER AT 2 que es un diseño todo terreno.
Su principal ventaja es tener mayor adherencia longitudinal.
(Figura 1.15)
Figura 1.15.- Diseño de banda con acanaladuras en sentido transversal
c.) Diseños para usos especiales.- Se caracteriza por disponer de
elementos orientados en ambos sentidos, presenta ranuras más
amplias. Este tipo de llanta BDR (Fig. 1.16) es usada para bajas
velocidades pero tiene una gran capacidad de carga y malos
caminos.
Figura 1.16.- Diseño de banda para usos especiales
11
Costados.- Las paredes laterales exteriores cumplen dos funciones básicas: proteger las
telas de la carcasa contra golpes, roces, cortes, etc. Para lo cual en ocasiones de un
cordón de protección en su zona central, además la de ser portador de los datos de
identificación del neumático. Se debe considerar el espesor de la capa de goma de los
costados y su diseño estructural.
El diseño de la parte superior del costado ha de tener en cuanta la generación de calor
que suele producirse que la convierte en crítica.
1.2.5.- DESIGNACION Y NOMENCLATURA BASICA DE LOS NEUMATICOS
1.2.5.1.- Designación de los neumáticos.
De acuerdo con la reglamentación de General Tire para Ecuador se trabaja con la
siguiente designación:
Ejemplo. Un neumático GENERAL TIRE P 185/70 R 13 82 T14
a b c d e f g h
a.- Nombre del fabricante: General Tire.
b.- Condiciones de utilización: P: Auto pasajeros.
LT: Camioneta
C: V. Comercial.
T: Temporal.
c. 1.- Ancho de sección (mm): 185
d. 1.- Relación nominal de aspecto: 70
En este caso es el 70% del ancho de sección.
e. 1.- Estructura: Radial
f. 1.- Diámetro del aro (pulg): 13
14 Designación para neumáticos General Tire
12
Otro tipo de designación para neumáticos es:
Figura 1.17.- Medida de un neumático radial.
c. 2.- Diámetro del neumático (mm): 1200
d. 2.- Estructura: Radial
f. 2.- Diámetro del aro (pulg): 20
Figura 1.18.- Medida de un neumático convencional.
c. 3.- Diámetro del neumático (mm): 900
d. 3.- Estructura: convencional
f. 3.- Diámetro del aro (pulg): 20
g.- Índice de carga: 82
En donde, de acuerdo a la tabla 1.1 se puede ver que posee una capacidad de
carga de 475 Kg.
13
LI kg LI kg LI kg LI kg LI kg
50 190 65 290 80 450 95 690 110 1060
51 195 66 300 81 462 96 710 111 1090
52 200 67 307 82 475 97 730 112 1120
53 206 68 315 83 487 98 750 113 1150
54 212 69 325 84 500 99 775 114 1180
55 218 70 335 85 515 100 800 115 1215
56 224 71 345 86 530 101 825 116 1250
57 230 72 355 87 545 102 850 117 1285
58 236 73 365 88 560 103 875 118 1320
59 243 74 375 89 580 104 900 119 1360
60 250 75 387 90 600 105 925 120 1400
61 257 76 400 91 615 106 950 121 1450
62 265 77 412 92 630 107 975 122 1500
63 272 78 425 93 650 108 1000 123 1550
64 280 79 437 94 670 109 1030 124 1600
Tabla 1.1. Índices de carga para neumáticos.15
h.- Índice de velocidad: T
Este neumático de acuerdo a la tabla 1.2 tiene un índice o velocidad máxima de
uso hasta 190 Km/hora.
INDICE VELOCIDAD
P 150
Q 160
R 170
S 180
T 190
H 210
V 240
W 270
Y 300
ZR
Superior a los
240
Tabla 1.2.- Índice de velocidad
15 Tabla tomada de work Shop Auto y camioneta. ERCO 2008
14
1.2.5.2.- Nomenclatura de los neumáticos.
Además de la designación de los neumáticos en su cara lateral viene indicadas las
características que este debe tener como son:
a.- TUBELLES.- Indica que este neumático puede ser montado sin cámara. En
neumáticos que tienen que ser montados con cámara viene la designación TUBE TYPE.
b.- Made in Ecuador.- Llanta producida en Ecuador.
c.- Índice de carga máxima.- La carga máxima de este neumático es 580 Kg. y 1168
Lbs.
d.- Características de construcción:
TREAD WEAR.- Es el número de capas en la banda de rodamiento.
SIDEWALL.- Es el número de capas en el lateral.
e.- Índice de presión máxima de aire:
Presión máxima 300 KPa. o 44Psi
f.- Aprobación del neumático: E: Norma ECE16
R 30 Norma técnica Europea.
g.- Características de funcionamiento del neumático:
Características de tracción que de acuerdo a esta puede ser A, B o C, en este caso
tipo A
Características de temperatura de funcionamiento que de acuerdo a esta, puede
ser A, B o C, en este caso tipo A
h.- Número de autorización: ECE R 30
16 ECE.- Norma técnica Europea.
15
i.- Autorizado.- De acuerdo a la norma DOT17
.
j.- Homologación DOT.
1H -País de construcción: Ecuador.
D8 -Código de diseño y tamaño.
5 -zanja de vulcanización.
A13 -Cavidad.
18 - Semana del año.
05 -Año de fabricación.
k.- Aprobado.- Para la venta en Brasil.
l.- Diseño conocido en el mercado.- GRABBER AT
1.3.- PROPIEDADES DE LOS NEUMATICOS
1.3.1.- Amortiguación.- Es la capacidad de adaptarse a las irregularidades del terreno, y
de absorber elásticamente los choques producidos por obstáculos pequeños. Esta
capacidad depende de la elasticidad del material de la banda de rodadura, de la presión
de inflado y la flexibilidad de los flancos de la cubierta.
1.3.2.- Flexibilidad.- Debido a su propia constitución, los neumáticos se deforman con
la aplicación de fuerzas exteriores; se denomina flexibilidad a la facilidad con que se
produce la deformación y su capacidad de recuperación.
Según la dirección de las fuerzas exteriores la flexibilidad puede ser: vertical,
transversal y longitudinal.
1.3.3.- Flexibilidad vertical.- Esta propiedad permite el aplastamiento del neumático
por efecto del peso del vehículo, esta depende de la rigidez de los flancos de la cubierta
y de la presión de inflado.
17 DOT.- Departamento de Organización del transporte de los Estados Unidos.
16
1.3.4.- Flexibilidad transversal.- Mediante la flexibilidad transversal los neumáticos se
deforman con los esfuerzos laterales, como son; la fuerza centrífuga, los vientos
laterales.
1.3.5.- Flexibilidad longitudinal.- Esta se pone de manifiesto en la aceleración y en el
frenado, en ambos casos el eje de la rueda, se avanza en la dirección de la marcha
respecto al neumático y produce la deformación del mismo, amortiguando el esfuerzo y
evitando el deslizamiento.
1.3.6.- Capacidad de carga.- Es el peso máximo que puede soportar un neumático,
depende de sus características constructivas, de la presión de inflado, de la velocidad del
vehículo y de la clase de terreno por el que circula. La capacidad de carga viene
determinada por el fabricante para la presión de inflado recomendada. Esta propiedad
viene escrita en la parte lateral del neumático junto con las especificaciones del mismo.
1.3.7.- Adherencia.- Es el agarre del neumático al suelo; este no depende únicamente
de las fuerzas de rozamiento en la que solo intervienen la carga aplicada y el coeficiente
de rozamiento. Cuanto mayor sea la superficie de contacto entre el neumático y el
pavimento, mayor será la cantidad de asperezas que deformen el neumático por lo tanto
mayor será el agarre.18
1.4.- LA ESTANQUEIDAD DEL NEUMÁTICO.-
Todo el interior del neumático está recubierto de una capa de goma especial (butil). Esta
capa también rodea los talones hasta el exterior.
Los talones llevan ranuras concéntricas. En el inflado, la presión del aire hace que los
talones se apoyen contra los rebordes de la llanta, y las pestañas de los talones se
aplastan, impidiendo cualquier fuga de aire. Para que este sistema sea eficaz, es
necesario que los bordes de la llanta estén limpios, exentos de óxido y de cualquier
deformación.
18 Fuente: Manual del automóvil. Ediciones CEAC
17
La capa de butil, dado su gran poder de estanqueidad, limita la rapidez de fuga del aire
en el caso de roturas o pinchazos de poca importancia.
También se reducen los riesgos de fugas por pinchazos añadiendo entre la capa de butil
y el primer pliegue, al nivel de la banda de rodadura, un cojín de goma especial que
tiene la particularidad de adherirse a los cuerpos extraños que hubieran perforado el
neumático. En la extracción de un clavo, por ejemplo, que debe efectuarse
obligatoriamente mediante un movimiento de rotación, se produce la obturación
automática de la perforación.
1.5.- VÁLVULAS Y SUS COMPONENTES
La válvula es el elemento que permite que se mantenga la presión en el neumático de
una manera correcta, ya que si se encuentra en mal estado por este elemento se pueden
generar pérdidas de presión.
Figura 1.19.- Válvula y sus componentes
Con el fin de que la llanta no tenga pérdidas de aire lo ideal es siempre tener la tapa de
la válvula puesta, de no ser así limpiar de vez en cuando ya que la tierra y agua
deterioran sus componentes interiores.
La tapa válvula metálica puede soportar pérdidas de presión de aire hasta 200 lbs. La
tapa válvula de caucho se vulcaniza con el exceso de temperatura generado entre el
tambor de freno y el aro.