Deriva de los neumáticos

Las ruedas permiten el desplazamiento del automóvil, las motrices reciben el par motor por la transmisión y al girar inducen el movimiento, las que no son motrices giran arrastradas por el automóvil.

Lo más habitual es que el automóvil tenga dos ruedas motrices, las traseras propulsión o tracción trasera o las delanteras tracción (delantera), también pueden ser motrices las 4, transmisión integral o 4×4.

Del contacto de los neumáticos en el suelo dependen todas sus cualidades dinámicas. De su mismo nombre, neumático, se deduce que hay aire en su interior, expandiendo por presión el neumático para que tenga la forma que vemos.

Al circular, las deformaciones elásticas de la goma, asumidas por variaciones de presión del aire en su interior, permiten que se mantenga la huella en contacto con el piso, si físicamente es posible por la adherencia disponible. En baches, aceleraciones, frenadas, curvas y viento lateral se producen oscilaciones y balanceos del automóvil que son asumidos en parte por la deformación de los neumáticos, pues es la suspensión la encargada de hacer flexibles estos movimientos con sus elementos elásticos (ballestas, muelles, conjuntos hidroneumáticos, conjuntos neumáticos y otros más).

La ayuda de la deformación de los neumáticos a la suspensión es mayor o menor por, entre otros aspectos, el perfil; distancia entre el borde de la llanta y la banda de rodamiento del neumático. Los neumáticos afectan al consumo de combustible, de hecho, hay neumáticos de bajo rozamiento interno con este objetivo.

Los automóviles eléctricos utilizan neumáticos que, para lo habitual parecen estrechos, pero en realidad corresponden a sus necesidades reales y al reducir el rozamiento disminuye el consumo de electricidad.

Los automóviles de turismo equipan neumáticos más anchos de los que serían realmente necesarios por par, potencia y peso, es debido a los efectos estéticos más que a otra razón.

Vamos a comentar en este artículo las diferentes deformaciones a que se van a someter los neumáticos en el automóvil, que generan la deriva y lo que afecta a la trayectoria del automóvil.

La deformación de los neumáticos implica más rozamientos internos, es decir más energía para que giren, por lo que cuanto menor sea la deformación mejor en este aspecto concreto. Al final se indican otros artículos del blog relacionados con este por si se considera útil más información.

Alteración de posición entre neumáticos y llantas

Se ve un automóvil y sus cuatro ruedas, dando por sentado que la presión de los neumáticos es correcta:

    • Las llantas están atornilladas a los semiejes de ruedas (bujes) y los neumáticos ajustados a las llantas por presión de aire, quedando estanco el acoplamiento
    • Los neumáticos apoyan en el suelo en las huellas, manteniendo la adherencia en todas las circunstancias si es posible
    • Al desplazarse el automóvil hay balanceos, oscilaciones, giros y baches que provocan la deformación de los neumáticos sobre sus llantas para mantener el contacto con el suelo en la huella, mientras la adherencia sea suficiente
    • Se representan dos ruedas, a la izquierda el neumático (y llanta) es más ancho y tiene menor perfil, en la rueda de la derecha el neumático es más estrecho (y la llanta) y el perfil es mayor. Se resaltan la anchura (rojo) y perfil (azul) en ambos neumáticos
    • Las deformaciones que se producen en los neumáticos sobre sus llantas por la marcha son mayores, más suaves y progresivas en el neumático estrecho y de mayor perfil, reduciendo la transmisión de vibraciones al automóvil. En el ancho con menor perfil las deformaciones son sensiblemente menores, son más bruscas transmitiéndose más al automóvil
    • La alteración de posición entre neumáticos y llantas al circular son menores en los neumáticos anchos y poco perfil que en los estrechos y mayor perfil
    • La alteración de posición entre neumático y llanta implica la deriva, que afecta a la trayectoria del automóvil

 

Es frecuente que por estética se monten en los automóviles neumáticos más anchos y de menor perfil de los que realmente necesitan por par, potencia, peso y utilización prevista. Aportan menos confort y más estabilidad en piso llano, pero se puede deteriorar si es bacheado, por lo que actualmente se están implantando amortiguadores que mejoran la suavidad de los desplazamientos de la suspensión al iniciarse el recorrido para endurecerse después, así se compensa la menor colaboración que recibe la suspensión por la menor deformación de los neumáticos.

También, en mayores equipamientos, se puede disponer de amortiguación variable que se adapta al estilo de conducción aportando confort si es progresiva sin actuaciones bruscas.

Deformación vertical de los neumáticos

Está el automóvil de frente y la presión de los neumáticos es la correcta:

    • La rueda delantera izquierda (desde el puesto del conductor) pasa por un bache que la hace subir por la compresión de la suspensión, se aprecia como el neumático se abomba deformándose la parte inferior
    • Después el automóvil frena y se comprime la suspensión delantera, deformándose los dos neumáticos
    • Se ve en detalle una rueda en reposo ampliada, y se resalta la altura del perfil del neumático
    • Sobre esta imagen aparece el neumático deformado; por frenada, bache, más peso o presión baja y se resalta la alteración del perfil, que se reduce durante la deformación proporcionalmente a esta

 

Al circular se van produciendo deformaciones del neumático sobre la llanta con el objetivo de absorber una pequeña parte del movimiento de la rueda, pues es la suspensión la que hace de colchón entre ruedas y carrocería, el fin de todo esto es mantener en permanente contacto el neumático con el suelo en la huella.

Cuanto más perfil tenga el neumático más colabora con la suspensión y a la inversa.

Deformación lateral de los neumáticos; deriva

Sigue el automóvil de frente y se considera que la presión de los neumáticos es la correcta:

    • Desde circulación en recta se toma una curva a la izquierda
    • Se aprecia la deformación de los neumáticos sobre las llantas sobre todo por la parte inferior donde la adherencia en la huella trata de mantener el contacto sin deslizamiento, esta adherencia y el movimiento e inercia del automóvil provocan la deformación de los neumáticos
    • De nuevo se repite este efecto viendo las ruedas de frente en vez de en perspectiva, así se aprecia mejor la deformación
    • Se resalta en el detalle ampliado comparando las posiciones de llanta y neumático circulando en recta y con fuerte apoyo lateral
    • En recta las líneas de simetría de llanta y neumático, que no se ha deformado, coinciden
    • En curva, la deformación del neumático en la parte inferior de la llanta desplaza el centro de apoyo del neumático en el suelo del eje de la llanta. Este ángulo que se forma es el ángulo de deriva del neumático, que como se verá después afecta a la trayectoria y deriva del automóvil

 

Con más perfil de los neumáticos la deformación en curva es mayor que con menos perfil. De cara a la estabilidad puede suponer cierta desventaja la mayor deformación del mayor perfil, pero avisa al conductor de que se está llegando al límite de adherencia, se producen movimientos de flaneo del coche más o menos acusados.

Con menos perfil la deformación es mínima por lo que el aviso no llega o lo hace tarde y es poco acusado, al superar el límite de adherencia se produce el deslizamiento del neumático sobre el suelo de forma brusca.

En un automóvil de turismo medio la elección del equipo de ruedas conlleva ciertos compromisos, pero ha de prevalecer la seguridad activa o primaria.

Deformación de los neumáticos y deriva del automóvil en recta

Vemos la imagen de un automóvil en planta circulando en recta, la señal de carretera informa de que se está en zona en la que sopla con frecuencia viento lateral. La presión de los neumáticos es la adecuada:

    • Al soplar fuerte viento lateral ejerce un efecto aerodinámico sobre la carrocería empujándola en este caso hacia la derecha
    • Los neumáticos se deforman por el resultado combinado de su adherencia en el suelo, representada en la huella, y el desplazamiento lateral de la carrocería por el efecto del viento
    • Se amplía una rueda en reposo, no está sometida a fuerzas laterales y se representan las líneas de simetría de llanta y neumático que coinciden
    • Sobre la rueda anterior se ve otra sometida a empuje lateral, haciendo que se deforme el neumático desde la huella como zona de adherencia
    • Con esta deformación, la línea central de la huella, que se mantiene en contacto con el suelo, no coincide con la de simetría de la llanta, hay una deriva o alteración de trayectoria paralela
    • Se reproduce este efecto de alteración de trayectoria por deformación de los neumáticos debido al viento lateral en el automóvil; la trayectoria se modifica a otra paralela que no ha supuesto deslizamiento de las ruedas. Al cesar el viento lateral se recupera el equilibrio al coincidir las líneas de las huellas con los ejes se simetría de las llantas

 

Con más perfil el efecto del viento lateral se aprecia más y antes que con menor perfil. Es trascendental que si la velocidad de circulación es demasiado elevada para el viento lateral que hay, las presiones sean las correctas para las ruedas delanteras y traseras, puede haber diferencia según el reparto de pesos y la carga, pues se puede sumar a la alteración de trayectoria por la deformación de los neumáticos, el deslizamiento los neumáticos sobre el piso.

En esta situación han de desviarse más las ruedas delanteras que las traseras, para que al corregir el conductor con el volante se vuelva a centrar el coche en su carril. Hay un artículo en el blog dedicado a este tema, se indica al final.

En este caso se ha supuesto que la desviación de trayectoria es igual en las cuatro ruedas.

Deformación de los neumáticos y deriva del automóvil en curva

Sigue el automóvil en planta y entra en una curva. Se da por hecho que la presión de los neumáticos en correcta:

    • Al entrar en la curva la inercia hace que el automóvil tienda a seguir recto, lo que implica que aparezcan fuertes fuerzas laterales que se concentran en la huella de los neumáticos
    • Al estar las ruedas delanteras giradas con respecto al eje longitudinal del automóvil, provoca que la inercia tenga efectos direccionales desde el contacto en el suelo en la huella por la adherencia, lo que produce deformación del neumático en forma de torsión, alterando la posición de eje de la huella con el de simetría de la llanta, la alteración es angular, es el ángulo de deriva de los neumáticos
    • En las ruedas traseras el efecto de empuje es más lateral, pues siguen paralelas el eje longitudinal del automóvil. La deformación de los neumáticos traseros hace que se desplacen los ejes de simetría de las llantas con relación a los de las huellas más o menos en paralelo
    • La deformación de los cuatro neumáticos hace que, por la deriva de los delanteros, sobre todo, y la de los traseros, se provoque alteración de trayectoria del automóvil, sin que hayan deslizado los neumáticos sobre el suelo, es por la deformación de los neumáticos. Es la deriva del automóvil

 

Con más perfil hay más deformación y deriva que con menos perfil. Según el tipo de coche y estilo de conducción el neumático con más perfil puede ser una buena opción. Con menos perfil el neumático es también más ancho, lo que aporta más adherencia en seco, en caso de superar el límite de adherencia se produce el deslizamiento de forma más brusca.

Si hay deslizamiento se puede producir antes en las ruedas traseras, sobreviraje, que en las delanteras, subviraje. Si el deslizamiento es simultáneo en las cuatro ruedas al límite de adherencia tiene un comportamiento neutro en curva.

Se explica en otros artículos del blog indicados al final, y también como se auto corrigen estos efectos mediante los complementos incluidos en el ABS.

Deformación torsional circular de los neumáticos

Se representa en la imagen en vista lateral un automóvil deportivo, casi de competición. Por supuesto las presiones de los neumáticos están ajustadas con precisión:

    • La implantación técnica es motor longitudinal – central delantero y propulsión o tracción trasera. Esta posición del motor es para equilibrar el reparto de pesos entre ejes delantero y trasero
    • Como referencia de posición relativa entre neumáticos y llantas se representa un aspa para cada uno de estos elementos, que si giran a la vez está uno sobre otro sin alteraciones angulares
    • Se reproducen aceleraciones y frenadas de alta intensidad, provocando oscilaciones longitudinales del automóvil, que se han exagerado para ver mejor los efectos. Aunque se ven solamente las ruedas de un lado se explica lo que sucede en las dos de cada eje. Al ver aceleraciones y frenadas consecutivas se ha de leer lo que se explica a continuación para las dos situaciones y así entender lo que pasa
    • Al acelerar:
      • Ruedas delanteras no motrices; giran por el arrastre del automóvil por lo que lo hacen simultáneamente neumático y llanta, como se ve en la posición angular de las aspas
      • Ruedas traseras motrices; reciben las llantas el par motor, como la aceleración es muy fuerte estas comienzan a girar instantáneamente según reciben el par motor, pero los neumáticos se deforman torsionándose circularmente hasta que son capaces de transmitir el giro al suelo en la huella. Hay cierto desplazamiento angular entre su círculo externo en contacto con el suelo y el interno ajustado a la llanta, es la torsión circular. Se ve como hay cierta demora en comenzar a girar los neumáticos de estas ruedas con respecto a cuando lo hacen las llantas, además se representan las alteraciones angulares de giro entre neumáticos y llantas
    • Al frenar:
      • Las cuatro ruedas, traseras motrices y delanteras no motrices; las llantas reducen rápidamente su velocidad al aplicarse los frenos, pero los neumáticos por la adherencia en la huella no pueden reducir su velocidad tan rápidamente, girando durante unos instantes menos que las llantas, lo que implica cierta alteración angular de giro. Las aspas que indican la posición angular de los neumáticos se desplazan angularmente de las de las llantas que reducen su velocidad más deprisa. Este efecto es debido a la torsión angular de los neumáticos

 

Estos efectos de torsión circular de los neumáticos son mayores con más perfil que si es menor. Si la frenada es muy intensa los neumáticos, tras la máxima torsión circular que admitan, se bloquean dejando de girar la rueda, en esta situación se pierde capacidad direccional e induce pérdidas de trayectoria, el sistema antibloqueo de frenos se ha diseñado para evitar que las ruedas se bloqueen totalmente al frenar.

En otros artículos del blog se explica el ABS y sus derivados como se anticipó antes.

Neumáticos de diferentes perfiles

Se van a comparar neumáticos de tres diferentes anchos y perfiles. Los identificamos didácticamente como perfil normal, medio y bajo. Suponemos que los juegos de las tres ruedas se montan en el mismo automóvil para que par motor, potencia, peso y demás características sean las mismas. La presión de los neumáticos es la correcta en los tres casos:

    • Aparecen de izquierda a derecha en vista frontal y perspectiva ruedas con neumáticos de perfil normal, medio y bajo. Se indican con flechas rojas la anchura y los perfiles con flechas azules
    • Los diferentes perfiles son para mantener la misma circunferencia de rodadura con neumáticos de anchos diferentes. La razón es no alterar los desarrollos de transmisión y evitar contactos entre los neumáticos y elementos en el interior de los pasos de rueda o la carrocería

Perfil normal:

    • Más deformación del neumático lo que implica más deriva
    • Buena adherencia en seco y mojado, pues al tener la anchura que corresponde al par, potencia y peso se mantiene suficiente presión sobre el suelo en mojado. Es menos sensible al aquaplaning, planeo sobre el agua, la rueda no rompe la película de agua que hay sobre el suelo
    • La mayor deformación prima el confort sobre la estabilidad
    • Consumo normal de combustible, pues el rozamiento en la superficie de la huella es el previsto en el automóvil
    • Esta rueda es adecuada para automóviles de hasta prestaciones medias. Los coches eléctricos montan neumáticos bastante estrechos a la vista para lo habitual sin que suponga ningún defecto de estabilidad, se busca el menor rozamiento posible

Perfil medio:

    • Menos deriva por la menor deformación del neumático
    • Mejor adherencia en seco, la huella tiene más superficie. Por esta razón la presión sobre el suelo es menor lo que le hace más sensible en mojado, aparecerá antes el aquaplaning
    • Se busca equilibrio entre confort y estabilidad, algo menos perfil implica menor deformación, pero en valores medios
    • Por el mayor rozamiento debido a la superficie de la huella aumenta el consumo de combustible
    • Es esta rueda idónea para automóviles entre medias y buenas prestaciones, aunque lo más frecuente es que no sean necesarios y se deba a concesiones estéticas

Perfil bajo:

    • Mínima deriva que se debe a la escasa deformación de los neumáticos
    • La huella aumenta considerablemente su superficie, lo que aporta más adherencia en piso seco. Para lograr las ventajas de la mayor adherencia sin excesivas oscilaciones o balanceos ha de estar adaptada la suspensión, con mayor dureza. La presión de apoyo en el suelo es menor al repartirse por mayor superficie, lo que implica que sea bastante más sensible al aquaplaning
    • Prima la estabilidad, teniendo en cuenta lo comentado relacionado con la suspensión y comportamiento en mojado, sobre el confort, que se resiente sobre todo al circular sobre suelos que no tengan el asfalto suficientemente liso
    • La mayor superficie de contacto de los neumáticos en la huella implica más rozamiento, y este hace aumentar más el consumo de combustible
    • Estas ruedas son las adecuadas para automóviles muy deportivos en los que se prima la estabilidad y fidelidad de trayectoria sobre los demás aspectos

 

Se ha comentado en este artículo varias veces la importancia estética que implica para las marcas de automóviles la elección de las ruedas de sus modelos.

Lo solucionan con un equipo de ruedas de serie que habitualmente es ya, más o menos de mayor anchura de lo necesario, y ofertando ruedas más anchas y de menor perfil en una o más opciones adicionales.

Se ha de tener en cuenta que con perfiles muy bajos en uso normal del automóvil se exige más a la suspensión, disminuye el confort y quedan más expuestas las llantas a daños con bordillo o baches.

 

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