Neumáticos.

Los neumáticos son otro más de los objetos cotidianos que el ciudadano medio da por sentado, sin apreciar la cantidad de pensamiento que hay detrás del caucho que contacta con la carretera, los usos que tienen las tecnologías que lo componen, o simplemente la razón de los diversos patrones en la superficie.

Historia y evolución

Para poder comprender la relevancia actual del neumático, uno debe irse al descubrimiento de la rueda, que data del periodo Neolítico, justo antes de la Edad del Bronce. Su uso comenzó con la agricultura, pero debido a su enorme utilidad y avance tecnológico, su uso se extendió a todos los ámbitos, desde molinos y carruajes hasta juguetes, siendo este uno de los descubrimientos más grandes del Hombre.

El invento, aunque maravilloso, no era perfecto en sí mismo, y tiene un enorme problema que se vio agravado en la Revolución Industrial; se trata del desgaste. La rotación constante en un eje fijo resulta excelente para el transporte, mas la fricción de ambas superficies causa un desgaste natural en la superficie de la rueda. Además, el desgaste rara vez es uniforme, debido a que la tierra en la que nos desenvolvemos no es completamente lisa y sin imperfección alguna, sino que esta repleta de baches, socavones, y otras irregularidades; haciendo que esta deje de ser redonda y balanceada, por ende, menos eficiente.

La solución fue añadir una capa externa desechable, reemplazable y barata; encargada de absorber el daño. Así nació el concepto del neumático.
A pesar de la necesidad que presentaba, los neumáticos actuales son muy recientes en comparación a la rueda, siendo la primera llanta con neumático comercialmente disponible la del escocés John Boyd Dunlop en 1888.
Los primeros conceptos de protección para la llanta consistían en ruedas de madera envueltas en tiras de cuero curtido. Dada la baja durabilidad del cuero, este fue rápidamente reemplazado por acero, siendo esto también adoptado por los ferrocarriles.
El inconveniente causado por el acero era que, a pesar de su mayor durabilidad, debía ser reemplazado en el evento de una muesca, algo común debido a la dureza de las rocas del suelo en comparación con el acero; además, el metal no absorbía ni amortiguaba los impactos, causando un viaje muy poco cómodo.

Vulcanización

Charles Goodyear descubrió en 1839 un proceso denominado como vulcanización, un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro y resistente al frío. El proceso volvió al caucho el material perfecto para su uso en llantas, pues presentaban altos niveles de resistencia, absorbían impactos y resistían cortes y abrasiones. A pesar de sus grandes mejoras con respecto a sus predecesores, el uso del caucho sólido seguía resultando en una rueda pesada e incómoda.

En 1847, poco después de la maduración del proceso de vulcanización, el escocés Robert W. Thompson creó y patentó la primera llanta rellena de aire, pero no la puso en producción y la idea fue perdida.

Bienvenida a la llanta neumática

En 1888, John Boyd Dunlop desarrolló la primera llanta neumática de uso comercial, en la bicicleta de su hijo. El concepto fue tan exitoso que ganó gran cantidad de competiciones, y en los próximos años, gracias al trabajo de él y otros como Thomas Hancock; el neumático fue desfasando a la llanta de madera recubierta de acero.

El neumático de Dunlop consistía en el uso de tubos de goma a alta presión recubiertos de vendaje, con presiones superiores a 10 bar.
La rueda rebordeada, utilizada comúnmente hasta la década de 1920 y vista en coches como el Ford Model T, fue desarrollada a partir de este concepto. El neumático rebordeado consistía en el uso de rebordes con marcas por las que se sostenían en la llanta(ver imagen).

Tras esto, la tendencia viró hacia el neumático sesgado, llamado así por su patrón de cuerda interno para añadir resistencia al recubrimiento protector del tubo presurizado. La forma, que se puede ver en la imagen abajo adjunta, asistía en la creación de una estructura excepcionalmente rígida a un precio relativamente bajo. Esta tecnología fue utilizada hasta la década de los 70, a pesar de existir una tecnología superior en agarre y durabilidad.

Michelin desarrolló la rueda radial tras la Segunda Guerra Mundial. El neumático radial, a diferencia del sesgado, corría las cuerdas de forma perpendicular al avance del neumático, haciendo de esto un diseño más flexible, capaz de adaptarse al pavimento, con mejor capacidad de absorción de impactos, y un desgaste más uniforme, además de tener mayor parche de contacto físico con la carretera para una dada anchura de neumático.

En 1968, BMW introdujo por primera vez un neumático de perfil bajo para uno de sus deportivos. La rueda Pirelli con perfil de 70 permitía una deformación de la goma mínima, aumentando la estabilidad y precisión del vehículo de forma considerable. Además, las mejoras en el pavimento y chasis del deportivo hacían que la rueda no necesitase hacer labor de amortiguador, de manera que el confort del coche no se vio afectado por el perfil bajo.

Patrones, los misteriosos dibujos del neumático

Desde el uso del caucho vulcanizado para las ruedas ha existido un problema debido a su superficie lisa, aparentemente de contacto perfecto con la carretera; se trata de un fenómeno conocido como aquaplaning, en el que la rueda no contacta con el pavimento, debido a la capa laminar de agua que se forma en eventos de lluvia. Esto causa un problema de seguridad catastrófico, pues la capa laminar hace del asfalto una superficie lisa e impermeable al tapar su textura rugosa, utilizada por la goma para lograr su agarre.

En el GIF se puede apreciar como las ruedas del monoplaza están bloqueadas, pero no logran agarre y fallan por completo en su labor de detener el vehículo.

Para contrarrestar la fatal pérdida de agarre, se le introdujeron patrones en malla a la superficie del neumático, encargados de romper y desviar el agua, y así lograr contacto con el asfalto de debajo, logrando la tracción necesaria para una maniobrabilidad mínima.

Al principio, estos patrones eran regulares y cuadrados, además de rectos, sin vía de escape sencilla para el agua. Esto se traducía en mucho sonido indeseado, pues el aire que se encontraba debajo del neumático no tenia forma de escapar, y creaba un desagradable ruido de alta frecuencia, comparable con el que se hace al conducir sobre una malla metálica. Además, la forma del patrón reducía el agarre en seco, pues había mucha menor superficie de contacto con el suelo en comparación a una rueda lisa; y tampoco era del todo óptimo en condiciones húmedas.

Para evitar aminorar el efecto, los científicos buscaron dispersar la energía de sonido enfocada en una sola frecuencia, convirtiéndola en ruido blanco difuminado a través de varias frecuencias. La primera patente al respecto es tan temprana como 1935, por los inventores Elliott S. Ewart y Arthur W. Bull. En esta, los patrones de malla se desplazaban lo suficiente como para no tener columnas completamente alineadas, logrando una gran reducción en sonido, sin pérdida de funcionalidad. Además, el concepto dividía el patrón uniforme, de todos los tacos iguales, en bloques de tamaño y forma variable.
Esto fue un gran adelanto en la calidad acústica, mas todavía se podían distinguir tres rangos armónicos muy audibles. La razón para ello es que el patrón especificado en la patente no era aleatorio, sino que seguía un orden fijo de siete bloques de un patrón B, seguido por un bloque patrón A, y seis de patrón C.

Actualmente, los bloques de rodadura se organizan en grupos con un timbre dado, conseguido estirando los bloques hasta cambiar su frecuencia armónica. La variedad de los grupos es dada por cada fabricante, pero lo que tienen en común es que el orden de los grupos es totalmente aleatorio, de manera que el sonido se dispersa de forma mucho más eficaz.

Otro problema del diseño en malla de antaño era causante de mayor desgaste, peor agilidad, y pérdida de precisión en la dirección. Antes, debido a los espacios regulares y cortes rectos, las laminillas entre los tacos eran bastante grandes, y carecían de material de soporte a la hora de aplicar torque lateralmente, ocurrencia bastante común en las aplicaciones que reciben las ruedas de coche.
Las laminillas son las encargadas de canalizar y desviar el agua, cosa que es necesaria en un neumático de uso cotidiano. La solución encontrada por los ingenieros consiste en crear laminillas delgadas e irregulares, capaces de bloquearse entre ellas y así reducir la flexibilidad de los tacos. Esta es la manera correcta de hacerlo, pues es la que asegura el rendimiento del neumático a través de toda su vida útil. El inconveniente que esto causa es el incremento de precio a causa de la necesidad de moldes mucho más sofisticados en su fabricación, de manera que este avance no es visible en neumáticos más económicos, que consiguen su rendimiento reduciendo la profundidad de las laminillas, a costa de peor comportamiento sobre mojado, especialmente a medida que la rueda se desgasta.

Los neumáticos hoy en día son una rama de avance constante, que ha evolucionado en gran medida en todos los ámbitos, desde el confort hasta la seguridad, sin dejar atrás la deportividad y especialización de la única superficie del automóvil que realmente toca el suelo. En apenas 150 años hemos pasado desde simples ruedas de madera con envolturas de cuero, hasta aleaciones extraordinariamente ligeras y fuertes, recubiertas de gomas capaces de sostener fuerzas G superiores a 6 veces la carga de la tierra, y velocidades superiores a 450km/h.