Neumáticos de baja resistencia a la rodadura para vehículos híbridos / eléctricos.

Este nuevo post comentamos las nuevas variantes de neumáticos de bajo índice de rodadura (diseñados para cualquier tipo de vehículos), y los neumáticos más específicos para los vehículos eléctricos e híbridos, en los cuales ya hay fabricantes de neumáticos que los diferencian en su gama de productos.

La principal necesidad de unos neumáticos para tener una buena adherencia sobre la carretera es mantenerse en un rango óptimo de temperatura. Por debajo, el neumático no tendrá suficiente agarre y por encima, literalmente se destruirá a la vez que verá disminuida también sus prestaciones.

Primero abarcaremos unos conceptos de cinemática y dinámica del vehículo referenciada a la rueda.

Esfuerzos sobre el conjunto llanta-neumático.

Partimos que el neumático es la única parte del coche que está en contacto con el suelo, y toda la dinámica del vehículo se centra en el citado contacto.

Las fuerzas que actúan sobre la llanta son: Fv (fuerza vertical) que es causada por el peso del vehículo en el eje vertical (z) y contrarrestada por la fuerza normal (resistencia del suelo), cuando más peso hay sobre la llanta aumenta la tracción y por lo tanto el circulo de Kamm (K) se hace más grande. Fu (fuerza motriz o de frenado) es la fuerza en el eje longitudinal (x). Fs es la fuerza de guiado lateral causada por la aceleración lateral que se da en una curva.

El círculo de Kamm tiene una representación gráfica similar a un medidor de fuerzas G de un automóvil. El perímetro que se genera es la superposición de todas las resultantes de las fuerzas aplicadas a cada uno de los neumáticos o lo que es lo mismo la suma de todos los vectores de fuerza que se obtienen usando como punto de aplicación el centro de la huella del neumático.

Un vehículo comienza a patinar cuando la resultante de la suma de la fuerzas en el eje longitudinal y el eje lateral proyectadas en la superficie del piso (ejes xy) se salen del circulo de Kamm.

Huella del neumático.

Los aficionados al motor conocemos o nos hemos fijado que los deportivos en asfalto tienden a montar neumáticos anchos mientras que los que corren en tierra o nieve son neumáticos más estrechos.

Esto se debe a que a igualdad de peso y de superficie, la huella que posee un neumático ancho es efectivamente más ancha mientras que la de uno estrecho es más alargada.

Una huella ancha genera un círculo de Kamm mayor, por tanto más capacidad de soportar esfuerzos laterales, mientras que una huella estrecha y alargada genera un círculo Kamm que facilita aceleraciones y deceleraciones mayores. Por eso hay una cierta relación entre el círculo de Kamm y la forma de la huella natural de un neumático.

De este modo un neumático ancho es mejor en curvas y uno estrecho proporciona más tracción.

Resistencia a la rodadura.

Después de la resistencia aerodinámica, la resistencia a la rodadura  es la segunda fuerza más importante a la hora de dificultar el movimiento de nuestro vehículo, y es la más importante a bajas velocidades.

Con cada giro, la zona del neumático que trabaja y entra en contacto con el suelo (banda de rodadura) se aplasta, se deforma y se calienta  consumiendo energía en forma de calor. 

Este fenómeno se llama histéresis y es el origen del 90% de la "resistencia a la rodadura" de los neumáticos. En cada giro, la rueda se aplasta contra el asfalto, deformándose y calentándose.

Cuanta mayor sea la resistencia a la rodadura de los neumáticos más energía se requiere para que el motor desplace el vehículo. Es como subir constantemente una cuesta con una pendiente del 1%.

La resistencia a la rodadura no puede eliminarse completamente, pero si se puede reducir.

Momento de inercia.

Cuando estudiamos movimientos circulares, como el de la rueda tenemos que pasar todas las  ecuaciones lineares a angulares.

Cuanto mayor sea la velocidad o menor el radio de la rueda, más rápida girará.

El momento de inercia es el equivalente a la masa en las ecuaciones de dinámica angular. Simplemente es la suma de la masa de cada partícula de la rueda por su distancia al eje. 

Es intuitivo que nos cuesta más girar una rueda cuanto más peso tiene y cuanto más lejos se halla éste del eje.

La energía cinética (Ec) de las ruedas tiene dos componentes, una lineal debido a su traslación que funciona igual que la masa del chasis  más otra rotacional debido al giro alrededor de su eje. Esta segunda Ec no se traduce en velocidad lineal.

Resumiendo, que para tener unas ruedas con un bajo momento de inercia debemos de reducir el peso en la parte más alejada del eje (es mucho más importante la masa del neumático que el de la propia llanta).

Diámetro de rueda.

Si realizamos una comparación del mismo vehículo con diferentes diámetros de rueda, obtenemos la siguiente conclusión:

-Las prestaciones son mejores con las llantas de menor diámetro. El mayor diámetro causa  que el motor tenga que hacer un mayor esfuerzo en mover el coche, lo que lleva a  menores prestaciones.

-Un apartado también interesante son los consumos, penalizados por la mayor superficie  de contacto con el suelo, porque en neumáticos convencionales al aumentar el diámetro  nos obliga a escoger una medida de anchura superior, por tanto el área de la huella es  superior. 

 -La distancia de frenado de los neumáticos de mayor diámetro se reducen respecto a los de  menor, en consecuencia de la mayor superficie de contacto.

Motor de combustión vs motor eléctrico.

Las gráficas de par y potencia mostradas corresponden a un modelo eléctrico (Renault Fluence) y a un modelo diésel (Renault Megane) con potencias similares.

En las citadas gráficas realizamos las siguientes observaciones:

-En la gráfica del motor eléctrico se observa que la curva de par y potencia empieza en el  instante 0 pues no hay ralentí.

-La potencia alcanza su valor máximo muy rápido y se mantiene constante hasta el número  máximo de revoluciones a las que pueda girar el motor. Dicho de otra forma, siempre  circulamos a máxima potencia.

-El par máximo se entrega prácticamente desde el primer giro del motor donde se mantiene  constante un breve instante y empieza a caer.

-Esto se traduce en arrancadas muy vigorosas y una sensación de potencia en cualquier  régimen de funcionamiento.

Neumáticos “Eco” para automóviles.

Los neumáticos denominados de baja resistencia a la rodadura se están haciendo cada día más populares y muchos modelos de vehículos equipan de serie en versiones de bajo consumo este tipo de neumáticos. La finalidad es reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera y homologar un consumo de carburante bajo.

Los fabricantes de neumáticos lo consiguen gracias a estructuras y procesos de fabricaciones diferentes a los de los neumáticos convencionales, además del uso masivo de sílice en el compuesto de la goma. Todo ello para conseguir que el neumático mantenga la temperatura en la banda de rodadura y no la transmita al resto de la carcasa, donde no es necesario y sólo sirve para disiparlo a la atmósfera y perderlo de forma ineficiente.

Neumáticos para automóviles eléctricos.

Para vehículos eléctricos se adaptan los neumáticos de baja resistencia a la rodadura a las características del Par entregado por los motores eléctricos, siendo más favorable neumáticos de diámetro mayor pero de sección estrecha para no penalizar en un exceso de huella con su consecuente aumento de consumo energético.

Una rueda de mayor radio tiene menor resistencia a la rodadura, pero implica una mayor resistencia aerodinámica, para contrarrestar este efecto observamos diseños de llanta con escasa perforación.

En los vehículos eléctricos actuales donde su talón de Aquiles es la autonomía, juega un papel fundamental los neumáticos, que nos pueden ayudar a extender el rango de autonomía hasta en un 10%.

Algunos fabricantes como Continental ofrecen un gama de neumáticos para vehículos eléctricos e híbridos desarrollados para disminuir la resistencia a la rodadura sin perder las cualidades de seguridad de los neumáticos convencionales.

La mayoría de los coches eléctricos vienen equipados con neumáticos especiales cuya resistencia a la rodadura les permite menor pérdida de energía en el rozamiento y por lo tanto incrementar la autonomía. Sin embargo esta característica no debe contrarrestar la seguridad, por lo que se recurre a nuevas tecnologías para no perder agarre.

Conclusión.

Nos despedimos con la siguiente reflexión:

“Tan solo hay que pensar que casi el 20% del combustible que se encuentra en un depósito es gastado por los neumáticos”

Es lógico apostar en cualquier mejora en ellos, que nos repercutirá directamente en nuestro bolsillo.

Las prestaciones de estos neumáticos son inferiores lógicamente a los incluidos en la gama de deportivos pero ni su enfoque ni su cuota de mercado están hechos para competir con ellos. Son seguros en cualquier condición, tanto en seco como en mojado, y su duración y ahorro de combustible se nota, y mucho, sobre todo en vehículos como los anteriormente mencionados, que han sido desarrollados pensando en equipar de serie este tipo de neumáticos.