Neumático de bicicleta
Un neumático de bicicleta es un neumático que se coloca en la rueda de una bicicleta o vehículo similar. Estos neumáticos también se pueden usar 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 equilibrar y girar , 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 rodaduraen comparación con el uso de una rueda rígida o un neumático sólido, los neumáticos siguen siendo típicamente la segunda fuente más importante, después de la resistencia al viento (resistencia al viento) , de consumo de energía en una carretera nivelada. [1] El moderno neumático de bicicleta desmontable contribuyó a la popularidad y 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 de remolque .
Historia
Los primeros "neumáticos" de bicicleta fueron bandas de hierro en las ruedas de madera de los velocípedos . [3] Estos fueron seguidos por neumáticos de caucho macizo en penny-farthings . [4] La primera patente para "ruedas engomadas" 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 prevenir los dolores de cabeza que su hijo tenía mientras circulaba por carreteras en mal estado. (La patente de Dunlop fue posteriormente declarada inválida debido al estado de la técnica por su colega escocés Robert William Thomson ). A Dunlop se le atribuye el mérito de "darse cuenta de que el caucho podía resistir el desgaste de un neumático mientras conservaba su elasticidad". [7] Esto llevó a la fundación de Dunlop Pneumatic Tire 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 velocidad que permitía.
Finalmente, el neumático desmontable fue introducido en 1891 por Édouard Michelin . Se sujetaba a la llanta con abrazaderas, en lugar de pegamento, y se podía quitar para reemplazar o parchear la cámara de aire separada. [2]
Fijación a la llanta
Se han desarrollado tres técnicas principales para sujetar un neumático de bicicleta a una llanta de bicicleta : cubierta , cableada y tubular . [8] Los remachadores originalmente no tenían alambre en los talones y la forma del talón estaba entrelazada 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 es de uso general y el término cubierta se ha transferido al neumático moderno con cableado. En el resto de este artículo, se asumirá el uso moderno de la palabra clave .
En un intento por proporcionar los mejores atributos de los métodos con cable y tubulares, también se han ofrecido remaches tubulares. [9]
Punto clave
La mayoría de los neumáticos de bicicleta son de tipo clincher para usar con llantas "clincher". Estos neumáticos tienen un cordón de fibra de kevlar o alambre de acero que se entrelaza con las bridas de la llanta. Un tubo interior hermético separado encerrado por el neumático sostiene la carcasa del neumático y mantiene el bloqueo del talón. Una ventaja de este sistema es que se puede acceder fácilmente al tubo interior para reparar o reemplazar el tubo.
La norma ISO 5775-2 define las designaciones de las llantas de bicicleta. Distingue entre
- Llantas de lado recto (SS)
- Llantas tipo crochet (C)
- Llantas de cuentas enganchadas (HB)
Las llantas tradicionales con cableado eran de lados rectos. Varios diseños de "ganchos" (también llamados "crochet") resurgieron en la década de 1970 para asentar el talón del neumático en la llanta y mantener el neumático en su lugar, [10] [11] dando como resultado el moderno diseño de cubierta. Esto permite presiones de aire más altas (80–150 psi o 6–10 bar) que las que eran posibles las llantas con cables más antiguos. En estos diseños, es el enclavamiento del talón con las pestañas 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 del aire. [12]
Algunos neumáticos de cubierta se pueden utilizar sin cámaras en un sistema que se conoce como sin cámara . Los neumáticos sin cámara típicos tienen paredes laterales y talones herméticos que están diseñados para maximizar el sellado entre el neumático y la llanta de la rueda.
Tubular o cosido
Algunos neumáticos tienen forma de toro y se adhieren a llantas tubulares con adhesivo. Las llantas tubulares están diseñadas con lechos de sección transversal circular poco profunda en los que los neumáticos se asientan en lugar de estar unidos a los rebordes de la llanta mediante talones de llanta como en los tipos de cubierta.
Proporcionar suspensión
Es necesaria una rigidez adecuada de la carcasa del neumático para sostener al ciclista, mientras que la suavidad y flexibilidad de la carcasa es deseable para amortiguar. La mayoría de los neumáticos de bicicleta son neumáticos, y la rigidez se proporciona y regula mediante presiones de aire seleccionadas. Los neumáticos sin aire utilizan un material elastómero semisólido tipo esponja que elimina la pérdida de aire a través de perforaciones y filtraciones de aire.
Llantas neumaticas
En un neumático, el aire presurizado se retiene en el interior con una cámara interior separada relativamente impermeable, o por el neumático y la llanta, en un sistema sin cámara. Los neumáticos son superiores a la hora de proporcionar una amortiguación eficaz y, al mismo tiempo, mantener muy baja la resistencia a la rodadura.
Tubed
Una llanta con cámara tiene una cámara interior separada , hecha de caucho butílico o látex , que proporciona una barrera relativamente hermética dentro de la llanta. [13] La gran mayoría de los sistemas de neumáticos en uso son remachadoras, debido a la relativa simplicidad de las reparaciones y la amplia disponibilidad de cámaras de repuesto.
La mayoría de las cámaras de aire de las bicicletas son globos en forma de toro , mientras que algunos no lo son. 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 enrollarlas e insertarlas en un neumático. [14]
Sin cámara
Los neumáticos sin cámara se utilizan principalmente en bicicletas de montaña debido a su capacidad para utilizar una presión de aire baja para una mejor tracción sin pinchazos. [15]Los neumáticos sin cámara funcionan de manera similar a los remaches en que el talón del neumático está diseñado específicamente para enclavarse en una llanta sin cámara correspondiente, pero sin una cámara de aire. El aire se infla directamente en el neumático y, una vez "bloqueado" en la llanta, el sistema es hermético. Los selladores líquidos a menudo se inyectan en neumáticos sin cámara para mejorar el sellado y detener las fugas causadas por pinchazos. Una ventaja es que las pinzas planas son menos comunes en una configuración sin cámara porque requieren un orificio en la carcasa del neumático, no solo en la cámara. Una desventaja es que el aire puede escapar si el bloqueo del talón se ve comprometido por demasiada fuerza lateral sobre 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 las cámaras sin cámara, que no permiten que el aire escape donde se conectan los radios y tienen una ranura de forma diferente para que el talón del neumático se asiente.
Carretera sin cámara
En 2006, Shimano y Hutchinson introdujeron un sistema sin cámara para bicicletas de carretera. [16] Los neumáticos sin cámara todavía no han ganado una 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, el peso combinado de las llantas y los neumáticos sin cámara es superior al máximo. juegos de ruedas de neumáticos tubulares de primera línea. [17] Road tubeless está ganando popularidad entre los ciclistas para quienes los beneficios valen la pena. [18] Los neumáticos de carretera sin cámara tienden a ajustarse mucho más que los neumáticos tradicionales para cubierta, lo que dificulta el montaje y desmontaje del neumático.
Neumáticos sin aire
Airless se usaba antes de que se desarrollaran los neumáticos, apareciendo en los velocípedos en 1869. [19] [20] Continúan desarrollándose 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 de retorno de energía 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 comentan a continuación. Aunque los neumáticos sin aire modernos son mejores que los primeros, la mayoría dan una conducción difícil 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 macizo, también se ofrecen neumáticos macizos de poliuretano [24] [25] [26] [27] [28] o espuma microcelular [29] para prevenir el pinchazo al 100%. Sin embargo, gran parte de la calidad de suspensión deseable del neumático se pierde y la calidad de marcha se ve afectada. [30]
Muchos sistemas de bicicletas compartidas utilizan estos neumáticos para reducir el mantenimiento, y los ejemplos de neumáticos sólidos incluyen los disponibles en Greentyre, [31] Puncture Proof Tires Ltd, [32] KIK-Reifen, [33] Tannus, [31] Hutchinson , [34 ] y especializado . [35]
Construcción
Los neumáticos de bicicleta consisten en una cubierta de tela impregnada de caucho , también llamada carcasa, con caucho adicional, llamado banda de rodadura, en la superficie que hace contacto con la carretera. En el caso de los remaches, la carcasa envuelve dos cuentas, una en cada borde.
Caja
La carcasa de los neumáticos de bicicleta está hecha de tela, generalmente nailon , aunque también se han utilizado algodón y seda . La carcasa proporciona la resistencia contra el estiramiento necesaria para contener la presión del aire interno mientras permanece lo suficientemente flexible para adaptarse a la superficie del suelo. El número de hilos de la tela afecta el peso y el rendimiento del neumático, y el alto número de hilos mejora la calidad de marcha y reduce la resistencia a la rodadura a expensas de la durabilidad y la resistencia a los pinchazos.
Capa de sesgo
Las fibras de la tela en la mayoría de los neumáticos de bicicleta no se tejen juntas, sino que se mantienen en capas separadas para que puedan moverse más libremente y reducir el desgaste y la resistencia a la rodadura. También suelen estar orientados en diagonal, formando capas al bies. [36]
Capa radial
Se ha intentado utilizar capas radiales, y los ejemplos incluyen Panasonic en la década de 1980 y Maxxis en la década de 2010, [36] pero a menudo se encontró que proporciona características de manejo indeseables. [37]
Huella
La banda de rodadura es la parte del neumático que hace 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 selecciona en función de características como el desgaste, la tracción (en seco y húmedo), la resistencia a la rodadura y el costo. Se pueden agregar aceites y lubricantes como suavizantes. [38] El azufre y el óxido de zinc facilitan la vulcanización . [38] Algunos neumáticos tienen una banda de rodadura de doble compuesto 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 con diferentes compuestos de la banda de rodadura para la parte delantera y trasera, con el fin de proporcionar más tracción en la parte delantera y menos resistencia a la rodadura en la parte trasera. [42]
- Patrón
Los peldaños caen en algún lugar a lo largo del espectro, desde lisos o resbaladizos hasta nudosos. Las huellas suaves están diseñadas para uso en carretera, donde un dibujo de la banda de rodadura ofrece poca o ninguna mejora en la tracción. [43] Sin embargo, muchos neumáticos resbaladizos tienen un dibujo ligero, debido a la creencia común de que un neumático resbaladizo será resbaladizo en condiciones de humedad. Las bandas de rodadura con nudos están diseñadas para 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 (la llanta 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 destinada a la rueda delantera o trasera. [44] Un dibujo especial de la banda de rodadura, con pequeñashoyuelos , se ha desarrollado para reducir la resistencia del aire. [45]
- Perfil
El perfil de la banda de rodadura suele ser circular, coincidiendo con la forma de la carcasa en su interior y permitiendo que el neumático ruede hacia un lado cuando la bicicleta se inclina para girar o equilibrarse. Los perfiles más cuadrados se utilizan a veces en neumáticos de bicicleta de montaña y neumáticos novedosos diseñados para parecerse a los neumáticos de carreras de automóviles, [46] como en las bicicletas con ruedas .
Talón
El talón de los neumáticos para cubierta debe estar hecho de un material que se estire muy poco para evitar que el neumático se expanda fuera de la llanta bajo la presión del aire interno.
- Cable
Los cordones de alambre de acero se utilizan en neumáticos económicos. Aunque no se pueden doblar, a menudo se pueden torcer en tres aros más pequeños. [47]
- Kevlar
Las perlas de kevlar se utilizan en neumáticos costosos y también se denominan "plegables". No deben usarse en llantas de paredes laterales rectas, ya que pueden salirse 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 las encías
Los neumáticos con paredes laterales de caucho natural se denominan "pared de goma". El caucho natural de color tostado carece de negro de carbón para disminuir la resistencia a la rodadura, ya que no se necesita su resistencia adicional al desgaste en la pared lateral. [48]
- Pared de piel
Los neumáticos con muy poca goma, si la hay, que cubre la pared lateral se denominan "pared de revestimiento". 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 rodamiento y la carcasa (como se muestra en la sección transversal de la imagen de arriba) para ayudar a prevenir pinchazos, ya sea por ser resistentes o simplemente por ser gruesos. Estas capas adicionales suelen estar asociadas con una mayor resistencia a la rodadura. [50]
Espárragos
Se pueden incrustar tacos de metal en la banda de rodadura de los neumáticos nudosos para mejorar la tracción sobre hielo. [51] Los neumáticos con clavos de bajo costo usan clavos de acero, mientras que los neumáticos más costosos usan clavos de carburo más duraderos . [52] Se ha desarrollado una banda de rodadura tachonada y nudosa que se cierra con cremallera sobre una llanta más suave y sin clavos para facilitar la transición entre los dos tipos de llantas. [53] [54] [55]
reflexivo
Algunos neumáticos tienen una banda reflectante en sus paredes laterales para mejorar la visibilidad durante la noche. Otros tienen material reflectante incrustado en la banda de rodadura. [41]
Aerodinámica
Además del patrón 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 interior
Al menos un neumático de bicicleta moderno se ha diseñado específicamente para uso en interiores sobre rodillos o entrenadores . Minimiza el desgaste excesivo que experimentan los neumáticos tradicionales en este entorno y no es adecuado para su uso en pavimento. [57]
Diferente delante y detrás
Además de los diferentes patrones de banda de rodadura disponibles en algunos neumáticos de bicicleta de montaña mencionados anteriormente, los juegos de neumáticos delanteros y traseros están disponibles para bicicletas de carretera con diferentes patrones de banda de rodadura, compuestos de la 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 sí mismos a medida que avanzan. [59] [60]
Modular
Los neumáticos de bicicleta se han desarrollado para que se puedan poner 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
Tamaños
Las designaciones modernas del tamaño de los neumáticos (por ejemplo, "37-622", también conocido como ETRTO) están definidas por la norma internacional ISO 5775 , junto con las correspondientes designaciones de tamaño de llanta (por ejemplo, "622 × 19C"). Las designaciones más antiguas en inglés (pulgadas, por ejemplo, "28 x 1 ⅝ x 1 ⅜") y francesas (métricas, por ejemplo, "700x35C") 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 la gama de anchos apropiados para el ancho de la llanta, [65] sin exceder los espacios libres permitidos por el marco, frenos y cualquier accesorio como guardabarros. Los diámetros varían desde un gran 910 mm, para monociclos de travesía , hasta un pequeño 125 mm, para esquí sobre ruedas .[66]Los anchos varían desde un estrecho 18 mm hasta un ancho 119 mm para el Surly Big Fat Larry. [67]
Neumáticos ligeros
Los neumáticos ligeros varían en tamaño de 3 ⁄ 4 a 1 + 1 ⁄ 8 pulgadas (19 a 29 mm) de ancho.
Neumáticos de peso medio o semi-globo
Los neumáticos de peso medio o semi-globo varían en tamaño de 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 de baja presión que apareció por primera vez en las bicicletas de crucero en los EE. UU. En la década de 1930. Por lo general, tienen de 2 a 2,5 pulgadas (51 a 64 mm) de ancho.
En la década de 1960, Raleigh fabricó su RSW 16 de ruedas pequeñas con neumáticos de globo [68] para que tuviera una conducción suave como la bicicleta Moulton completamente suspendida . Luego, otros fabricantes utilizaron la misma idea para sus propios vehículos pequeños. Los ejemplos incluyen la bicicleta plegable con botín hecha por Stanningley (Reino Unido) , la Co-operative Wholesale Society (CWS) Commuter y Trusty Spacemaster.
Neumáticos de talla grande
Una llanta de tamaño extra grande tiene un ancho típicamente de 2,5 a 3,25 pulgadas (64 a 83 mm). Hay disponibles tres diámetros de asiento de talón: 559 mm para 26+ , 584 mm para 27,5+ ( 650B + ) y 622 mm para 29+ . Llenan el espacio entre el globo y los neumáticos gruesos. [69]
Neumáticos gordos
Un neumático grueso es un tipo de neumático de bicicleta de gran tamaño y ancho, típicamente de 3,8 pulgadas (97 mm) o más grandes y llantas de 2,6 pulgadas (66 mm) o más anchas, diseñadas para 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, los neumáticos anchos de 3,8 a 5 pulgadas (97 a 127 mm) y diámetros similares a las ruedas de bicicleta convencionales se han utilizado en " fatbikes " y bicicletas todo terreno diseñadas para andar en nieve y arena. [71] [72]
Presión de inflación
La presión de inflado de los neumáticos de bicicleta varía de 4,5 psi (0,31 bar ; 31 kPa ) para neumáticos de bicicleta gruesa en la 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, se expresa como un rango como "5-7 bar (73-102 psi; 500 –700 kPa) ". Disminuir la presión tiende a aumentar la tracción y hacer que la conducción sea más cómoda, mientras que aumentar la presión tiende a hacer que la conducción sea más eficiente y disminuye las posibilidades de pinchazos. [75]
Una pauta publicada para la presión de inflado de la cubierta es elegir el valor para cada rueda que produce una reducción del 15% en la distancia entre la llanta 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 neumático en sí, pero a una mayor disipación de energía total causada por las vibraciones que pasan a la bicicleta y especialmente al ciclista, que experimenta histéresis elástica . [76] [77] Las cámaras de aire no son completamente impermeables al aire y pierden presión lentamente con el tiempo. Los tubos internos de butilo mantienen la presión mejor que el látex. [78] Neumáticos inflados desdeLos botes de dióxido de carbono (que se utilizan a menudo para reparaciones en las carreteras) o el helio (que se utiliza ocasionalmente para las carreras de élite) pierden presión más rápidamente, porque el dióxido de carbono, a pesar de ser una molécula grande, es ligeramente soluble en caucho, [79] y el helio es un material muy pequeño. átomo que pasa rápidamente a través de cualquier material poroso. Al menos un sistema público de bicicletas compartidas , Santander Cycles de Londres , está inflando neumáticos con nitrógeno , en lugar de aire simple , que ya es un 78% de 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 en sí dentro de un neumático no se alteran 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 disminuya 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. Este es el 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 un neumático de bicicleta de grasa se infla a 0,5 bar (50 kPa; 7,3 psi) de presión manométrica a una temperatura ambiente de 20 ° C (68 ° F) y luego la temperatura se reduce 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 de aire neta sobre 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 los neumáticos informan esta diferencia. Si un neumático se infla a 4 bar (400 kPa; 58 psi) al nivel del mar , la presión interna absoluta sería de 5 bar (500 kPa; 73 psi) (+ 25%), y esta es la presión que necesitaría el neumático. 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 debería 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 toroidales de paredes delgadas y si la carcasa se trata como un material homogéneo e isotrópico , 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 menor interno de la canal
- t es el espesor de la carcasa
La tensión en la dirección poloidal ( tensión de aro o circunferencial si la llanta se considera un cilindro largo) es más complicada, variando alrededor de la circunferencia menor y dependiendo 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 es cercana a la tensión del aro de los recipientes a presión cilíndricos de paredes delgadas: [ 84] [85]
- .
En realidad, por supuesto, la carcasa del neumático no es homogénea ni isotrópica, sino que es un material compuesto con fibras incrustadas en una matriz de caucho, lo que complica aún más las cosas.
Anchura de la llanta
Aunque no es estrictamente un parámetro del neumático, la anchura de la llanta en la que se monta un neumático determinado influye en el tamaño y la forma del parche 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 directriz de anchos de llanta recomendados para diferentes anchos de neumático: [87]
| ancho de llanta | ancho de llanta recta | ancho de la llanta de entrepierna |
|---|---|---|
| 18 | - | 13C |
| 20 | - | 13C |
| 23 | dieciséis | 13C-15C |
| 25 | 16-18 | 13C-17C |
| 28 | 16-20 | 15C-19C |
| 32 | 16-20 | 15C-19C |
| 35 | 18-22 | 17C-21C |
| 37 | 18-22 | 17C-21C |
| 40 | 20-24 | 19C-23C |
| 44 | 20-27 | 19C-25C |
| 47 | 20-27 | 19C-25C |
| 50 | 22–30,5 | 21C-25C |
| 54 | 27–30,5 | 25C-29C |
| 57 | 27–30,5 | 25C-29C |
| 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 ajustarse una proporción de 1,4 a 2,2, e incluso 3 para llantas en forma de gancho. [89]
Presión de neumáticos frente a ancho
Mavic recomienda presiones máximas además del ancho de la llanta, [90] y Schwalbe recomienda presiones específicas: [91]
| ancho de llanta | Schwalbe rec. | Mavic max. | 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) | 13C-15C |
| 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) | 15C-19C |
| 32 mm (1,3 pulgadas) | 5,0 bares (73 psi) | 6,7 bares (97 psi) | 15C-19C |
| 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) | 17C-25C |
| 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) | 19C-29C |
| 56 mm (2,2 pulgadas) | 2,2 bares (32 psi) | 3,7 bares (54 psi) | 19C-29C |
| 60 mm (2,4 pulgadas) | 2,0 bares (29 psi) | 3,4 bares (49 psi) | 19C-29C |
| 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) | 23C-29C | |
| 76 mm (3,0 pulgadas) | 2,1 bares (30 psi) | 23C-29C |
Los neumáticos Fatbike 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 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 del parche de contacto. [93] En realidad, suele ser un poco más que esto debido a la rigidez pequeña pero finita de las paredes laterales.
La rigidez vertical, o índice de elasticidad , de un neumático de bicicleta, como ocurre con los neumáticos de motocicleta y automóvil, 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 encontrado que aumentan con la carga vertical, la rugosidad de la superficie y la velocidad. [1] [97] Por el contrario, 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] Las capas de carcasa más delgadas y el material de la banda de rodadura más elástico tienden a disminuir la resistencia a la rodadura.
Por ejemplo, un estudio de la Universidad de Oldenburg encontró que los neumáticos Schwalbe Standard GW HS 159, todos con una anchura de 47 mm y una presión de inflado de 300 kPa (3,0 bar; 44 psi), pero fabricados para llantas de varios diámetros, tenían la 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 presentados en el mismo, 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 rugosas, el aumento de la presión de inflado tiende a aumentar la vibración experimentada por 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 velocidad más lenta o un mayor consumo de energía. [101]
Fuerza de giro y empuje de comba
Al igual que con otros neumáticos, los neumáticos de bicicleta generan una fuerza en las curvas que varía con el ángulo de deslizamiento y el 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 el parche de contacto por un neumático incluyen el par de autoalineación asociado con la fuerza de giro , 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 bicicleta. [106]
Marcas y empresas de fabricación
- Bontrager (propiedad de Trek )
- Cheng Shin Rubber (también con la marca Maxxis y CST)
- Neumático Coker
- Continental
- Fijación
- Hutchinson
- Neumático IRC
- Kenda
- Maxxis
- Michelin
- Nokian (marcas de neumáticos de bicicleta Nokian y Suomi Tires que ahora son propiedad y son fabricadas por LieksaTyres en Finlandia)
- Panasonic
- Schwalbe
- Fabricaciones SOMA
- Componentes de bicicletas especializados
- Vittoria
- Vredestein
- Bicicletas de Trail Wilderness
Ver también
- Baisikeli Ugunduzi
- Tubo interior
- Esquema de ciclismo
- Esquema de neumáticos
- Vástago de válvula
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Synair ha desarrollado un producto similar, Bykfil, para neumáticos de bicicleta.
Se necesitan aproximadamente 21/4 libras de Bykfil para llenar una llanta de bicicleta estándar: aproximadamente libras para llantas de bicicleta de carreras.
El costo de Bykfil para el usuario final es de aproximadamente $ 7 por una llanta de bicicleta estándar.
El costo de Tyrfil es de aproximadamente $ 1.25 / lb.
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¿Qué tan gordas son las tallas grandes?
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enlaces externos
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- Llantas
