Video resumen Circunferencia de rodadura
Los neumáticos son los únicos puntos de contacto entre el automóvil y el suelo.
De la calidad de este contacto depende el comportamiento dinámico general del automóvil.
Son muchas las características que determinan las cualidades y capacidades de los neumáticos para su adaptación a diferentes automóviles y usos, entre estas las dimensiones son datos determinantes para su adecuación a un automóvil concreto; par motor, potencia, desarrollos de transmisión y circunferencia de rodadura son los aspectos más relacionados.
Dimensiones del neumático
En los flancos de los neumáticos se incluyen muchos datos que permiten su completa identificación en prácticamente todos los aspectos.
Para el tema de este artículo resaltamos tres datos relacionados con las dimensiones del neumático, que se analizan con la animación siguiente:
- Se ve el mismo neumático en perspectiva, de frente y de lado montado en su llanta, con estas dimensiones; 205 / 70 14 que se explican a continuación
- Anchura AN; se mide entre los flancos del neumático inflado a la presión preconizada. Su valor se da en milímetros, en este neumático la anchura es de 205 mm
- Perfil PF; es la distancia en milímetros entre el punto de apoyo del neumático en la llanta y la banda de rodamiento. Se indica su valor tras una barra tras el de la anchura, este número, 70 en este caso, es el porcentaje con relación a la anchura. El 70% de 205 es 143,5 mm
- Diámetro interno DI; corresponde al mismo diámetro que ha de tener la llanta, se da en pulgadas (“) y en este caso es de 16”
En los neumáticos que no se indica ningún valor del perfil tras la anchura, por ejemplo 145 14, el perfil es 80 (80% con relación a la anchura, que serían 116 mm en este neumático).
Circunferencia de rodadura
Es el dato base relacionado con las características del motor, caja de cambios y diferencial que afecta a las prestaciones, consumo y contaminación.
Con la animación que sigue se explica:
- Se utiliza la imagen de un Mercedes SL con las ruedas girando
- La circunferencia de rodadura CR es el perímetro dinámico del neumático
- Cada vuelta de rueda el automóvil ha de avanzar la misma distancia que su circunferencia dinámica o de rodadura
- Con el neumático seleccionado 205 / 70 14, la circunferencia de rodadura CR es 1.980 mm, que sería la distancia que avanzaría el coche por cada vuelta de rueda
- La circunferencia de rodadura ha de mantenerse si se cambian las dimensiones de los neumáticos para mantener el equilibrio de funcionamiento y precisión de la velocidad indicada por el velocímetro, estas son las razones principales:
- Motor MT; el par que genera el motor tiene un valor determinado
- Si se aumenta la circunferencia de rodadura se resienten las prestaciones pues el coche avanza más por cada vuelta de rueda y el par es el mismo
- Si se reduce la CR se produce el efecto contrario, mejora de la aceleración con más consumo
- Caja de cambios CC; contiene los piñones que determinan los desarrollos de transmisión DT de cada una de las relaciones
- El factor base para diseñar y calcular los desarrollos DT es la CR, como luego se verá con la fórmula
- Los desarrollos de transmisión dan la velocidad del automóvil (Km/h) a 1.000 RPM de motor en cada una de las relaciones
- Diferencial DF; el diferencial tiene otra relación de transmisión antes de llevar el giro a las ruedas motrices, se tiene en cuenta en la fórmula para el cálculo de los desarrollos de transmisión, luego lo vemos
- Si se altera la circunferencia de rodadura se trastocan aspectos dinámicos del automóvil, entre estos los relacionados con las prestaciones, consumo y contaminación como se ha adelantado, además de alterarse la información de velocidad
- Estos son los factores que intervienen en el cálculo de los desarrollos de transmisión que aparecen en la fórmula:
- DT desarrollos de transmisión; en Km/h a 1.000 RPM en cada relación
- CR circunferencia de rodadura, en metros
- RM relación de marcha; es la relación entre los diámetros, o número de dientes, entre los dos piñones de cada marcha
- RDF relación del diferencial; es la relación entre el número de dientes del piñón de ataque y de la corona del diferencial, también se conoce como relación de grupo
Como curiosidad, para calcular la circunferencia de rodadura del neumático se puede medir su radio, con la mayor precisión posible, con la rueda quitada del coche o en el aire sin apoyar en el suelo.
La fórmula del perímetro de la circunferencia es:
Circunferencia de rodadura = 2πr
Pero para tener en cuenta la deformación dinámica del neumático al soportar el peso del automóvil se sustituye el valor de pi (3,1416) por 3,05, siendo esta la fórmula:
Circunferencia de rodadura = 2 x 3,05 x r
Otra forma empírica de obtener la CR es, con los neumáticos a presión correcta, medir el recorrido en el suelo empujando el coche en llano y piso plano con la dirección recta unas 10 vueltas (cuantas más, menos error), y dividir el resultado entre las vueltas.
Hay otra forma de calcular la circunferencia del neumático utilizando los datos de sus dimensiones, es más compleja y no la incluyo para no sobrecargar el artículo.
Diferentes perfiles para igual circunferencia de rodadura
Los perfiles varían para poder montar neumáticos de diferentes anchos sin alterar la circunferencia de rodadura CR.
En la animación se ven dos opciones de neumáticos más anchos partiendo de la medida de serie:
- La CR original es de 1.980 mm, que se ha de mantener, es con neumáticos 205 / 70 14
- Con neumáticos más anchos, 225 / 55 16 en la imagen siguiente, se ha adaptado el perfil (55% de 225 da 123,75 mm) para que se mantenga el valor de la CR en el mismo valor
- Se aprecia que para este montaje de neumáticos se han de sustituir las llantas de 14” a 16” (también serán más anchas de garganta las llantas pero esto es ya otro tema)
- Con los neumáticos aún más anchos, 275 / 35 18 de la tercera imagen; se reduce más el perfil (35% de 275 supone 96,25 mm), manteniendo la misma CR
- Por supuesto se necesitan llantas aún de más diámetro, de 18” en vez de las de 14” originales (también serán más anchas de garganta)
El hecho de que para montar neumáticos más anchos sea preciso reducir el perfil, es decir la altura entre el borde de la llanta y el suelo, reduce la capacidad de los neumáticos de “ayudar” a la suspensión, lo que reduce el confort, después veremos cómo afecta a la estabilidad.
Circunferencia de rodadura y desarrollos de transmisión
Se ha comentado la importancia de la circunferencia de rodadura CR en los desarrollos de transmisión DT, sin entrar en complicaciones vamos a explicar lo suficiente para entender esta relación con los siguientes cuadros:
- Se parte de la fórmula, que se aplica sobre los datos de relaciones de transmisión de la caja de cambios de un BMW 120 i; se utiliza la fórmula para calcular la relación de cada una de las marchas RM con los datos comunes para todas de la relación del diferencial y de la circunferencia de rodadura CR, y se obtienen los desarrollos en las 6 marchas y la marcha atrás
- En los otros cuadros se ven los desarrollos de transmisión de tres coches con diferentes relaciones de caja de cambios, de diferencial y dimensiones de sus neumáticos (son cajas de cambio manuales):
- Citroën C – Elyseé vTi 72, con caja de cambios de 5 relaciones
- Mercedes Benz B 200 CDI con caja de cambios de 6 relaciones
- Porsche 911 Carrera Coupé con caja de cambios de 7 relaciones; se aprecia que las dimensiones de los neumáticos son diferentes para las ruedas delanteras y traseras. Como este automóvil es de propulsión (tracción trasera) se calculan los desarrollos con las ruedas posteriores
Queda constancia de que la circunferencia de rueda CR es el dato base para el diseño y cálculo de los desarrollos de transmisión DT, por lo que respetar su valor es necesario para mantener la relación entre el par motor y las prestaciones.
Particularidades de los neumáticos más anchos
La estética de las “ruedas anchas” es generalmente muy valorada, haciendo que las marcas tiendan a equipar a sus automóviles con neumáticos algo sobredimensionados.
Si se opta por aumentar aún más su anchura, ya sea con ruedas opcionales ofrecidas por las propias marcas o recurriendo al “tuning” se modifica sensiblemente el comportamiento del automóvil.
Veamos dos ejemplos adicionales al equipamiento de serie comparando la estabilidad con piso seco y mojado, en todos los casos se ha respetado la equivalencia de medidas para mantener la circunferencia de rodadura, el coche de la imagen es un Seat Ibiza (se han elegido las medidas de los neumáticos didácticamente):
Con ruedas de serie 195 / 65 15:
- Hay una pérdida de adherencia con piso mojado
- Para mejorar el resultado didáctico de las siguiente explicaciones me tomo la licencia de dar una valoración a esta merma de adherencia de un 10%, que es perfectamente válida
Con ruedas más anchas 225 / 50 16:
- El coche es el mismo, es decir pesa igual, lo que hace que al haber más superficie de contacto entre los neumáticos y el suelo la presión sea menor
- En piso seco esto detalle no afecta y se logra más adherencia en aceleración, frenada y curva
- Está mayor adherencia exige más a los elementos de suspensión, especialmente en curva; los amortiguadores son los más afectados y también los elásticos (muelles, barras de torsión,…), por lo que sería tal vez necesario adaptarlos para mantener el equilibrio de la suspensión
- Ya se ha comentado que al disminuir el perfil se resiente el confort
- En piso mojado la menor presión de los neumáticos sobre el piso hace que se reduzca porcentualmente la estabilidad más que con los neumáticos de serie, más o menos entre un 25 y 30%
Si los neumáticos que se han montado son bastante más anchos, 245 / 40 17:
- Se aumentan los dos efectos comentados; en seco bastante más adherencia y ahora es imprescindible adecuar la suspensión para poder circular con equilibrio, con apreciable merma de confort
- En piso mojado se incrementa bastante la pérdida de adherencia, hasta un 40/50%
- Para paliar en parte este inconveniente los neumáticos anchos suelen tener dibujos con ranuras amplias que facilitan el drenaje, con menos goma en contacto con el piso compensan algo la menor adherencia y se desgastan antes
Desde un punto de vista racional la mejor opción es la ofrecida de serie por la marca para el modelo, pero en un coche los componentes emocionales son elevados, y se añaden otras opciones, algunas incluso exageradas, para que el cliente no tenga que recurrir al tuning.
Hay otros detalles a tener en cuenta al poner ruedas más anchas, uno es mantener el bombeo de llanta.
También se ha de comprobar que no rozan los neumáticos con nada en los pasos de rueda, y si se pueden poner cadenas para circular sobre nieve y hielo, según el uso que se de al coche.
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