Bicycle tire

Un neumático con cámara tiene una cámara interior separada , hecha de caucho butílico , látex o TPU (poliuretano termoplástico) que proporciona una barrera relativamente hermética dentro del neumático. ^{[ 13 ]} La gran mayoría de los sistemas de neumáticos en uso son de tipo clincher, 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 con forma de toroide , aunque algunas no lo son. Por ejemplo, las cámaras de aire de las bicicletas del servicio de bicicletas compartidas de Moscú son simplemente tubos de goma lo suficientemente largos como para enrollarse e insertarse en un neumático. ^{[ 14 ]}

Los neumáticos sin cámara se utilizan principalmente en bicicletas de montaña debido a su capacidad de usar baja presión de aire para una mejor tracción sin sufrir pinchazos por pellizco. ^{[ 15 ]} Los neumáticos sin cámara funcionan de manera similar a los neumáticos con cámara, ya que el talón del neumático está diseñado específicamente para encajar en una llanta sin cámara correspondiente, pero sin cámara de aire. El aire se infla directamente en el neumático y, una vez "bloqueado" en la llanta, el sistema es hermético. A menudo se inyectan selladores líquidos en los neumáticos sin cámara para mejorar el sellado y evitar fugas causadas por pinchazos. Una ventaja es que los pinchazos por pellizco son menos comunes en un sistema sin cámara porque requieren un agujero en la carcasa del neumático, no solo en la cámara de aire. Una desventaja es que el aire puede escaparse si el bloqueo del talón se ve comprometido por una fuerza lateral excesiva sobre el neumático o por la deformación de la llanta/neumático debido a un fuerte impacto con un objeto.

Los neumáticos sin cámara requieren llantas compatibles con este sistema, que no permiten que el aire escape por donde se conectan los radios y tienen una ranura de forma diferente para que se asiente el talón del neumático.

La forma más común de neumático sin aire es simplemente el neumático macizo . Además del caucho macizo, también se ofrecen neumáticos macizos hechos de poliuretano ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} o espuma microcelular ^{[ 28 ]} para una prevención total de pinchazos. Sin embargo, se pierde gran parte de la deseable calidad de suspensión del neumático neumático y la calidad de la conducción se ve afectada. ^{[ 29 ]}

Muchos sistemas de bicicletas compartidas utilizan estos neumáticos para reducir el mantenimiento, y algunos ejemplos de neumáticos macizos incluyen los disponibles de Greentyre, ^{[ 30 ]} Puncture Proof Tyres Ltd, KIK-Reifen, Tannus, ^{[ 30 ]} Hutchinson , ^{[ 31 ]} y Specialized . ^{[ 32 ]}

Las fibras de la tela en la mayoría de los neumáticos de bicicleta no están tejidas juntas, sino que se mantienen en capas separadas para que puedan moverse con mayor libertad y reducir el desgaste y la resistencia a la rodadura. Además, suelen estar orientadas en diagonal, formando capas sesgadas. ^{[ 33 ]}

Se ha intentado utilizar la construcción radial de capas, y ejemplos de ello son Panasonic en la década de 1980 y Maxxis en la década de 2010, ^{[ 33 ]} pero a menudo se ha comprobado que proporciona características de manejo indeseables. ^{[ 29 ]}

Algunos neumáticos incluyen una capa adicional entre la banda de rodadura y la carcasa (como se muestra en la sección transversal de la imagen superior) para ayudar a prevenir pinchazos, ya sea por su resistencia o simplemente por su grosor. Estas capas adicionales suelen estar asociadas a una mayor resistencia a la rodadura. ^{[ 44 ]}

Se pueden incrustar clavos metálicos en la banda de rodadura de los neumáticos con tacos para mejorar la tracción sobre hielo. ^{[ 45 ]} Los neumáticos con clavos económicos utilizan clavos de acero, mientras que los neumáticos más caros utilizan clavos de carburo más duraderos . ^{[ 46 ]} Se ha desarrollado una banda de rodadura con tacos que se acopla a un neumático liso sin clavos para facilitar la transición entre los dos tipos de neumáticos. ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]}

Algunos neumáticos tienen una tira reflectante en sus flancos para mejorar la visibilidad nocturna. Otros tienen material reflectante incrustado en la banda de rodadura. ^{[ 36 ]}

Además del patrón de banda de rodadura con hoyuelos mencionado anteriormente, al menos un neumático tiene un "ala" adicional para cubrir el espacio entre el flanco del neumático y la llanta y reducir la resistencia. ^{[ 51 ]}

Al menos un neumático de bicicleta moderno ha sido diseñado específicamente para su uso en interiores sobre rodillos o máquinas de entrenamiento . Minimiza el desgaste excesivo que sufren los neumáticos tradicionales en este entorno y no es apto para su uso sobre pavimento. ^{[ 52 ]}

Además de los diferentes diseños de banda de rodadura disponibles en algunos neumáticos de bicicleta de montaña mencionados anteriormente, existen juegos de neumáticos delanteros y traseros para bicicletas de carretera con diferentes diseños de banda de rodadura, compuestos y tamaños para las ruedas delanteras y traseras. ^{[ 53 ]} Otros escenarios implican reemplazar un neumático dañado y dejar el otro sin cambios.

Se han desarrollado neumáticos de bicicleta que se inflan solos a medida que ruedan hacia adelante. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

Los neumáticos de bicicleta se han desarrollado de forma que se puedan colocar y quitar diferentes bandas de rodadura. Esto permite disponer de la tracción adicional de los neumáticos con clavos solo cuando es necesario y evitar la resistencia a la rodadura adicional en otros casos. ^{[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]}

Los neumáticos ligeros tienen un tamaño que oscila entre 3/4 y 1 + 1/8 pulgadas ( 19 a 29 mm ) de ancho. 

Los neumáticos de peso medio o semiesféricos tienen un tamaño que oscila entre 1 + 1/8 y 1 + 3/4 pulgadas ( 29 a 44 mm ) de ancho. 

Un neumático tipo globo es un tipo de neumático ancho, de gran volumen y baja presión que apareció por primera vez en las bicicletas cruiser en los EE. UU. en la década de 1930. Suelen tener un ancho de 2 a 2,5 pulgadas (51 a 64 mm) . 

En la década de 1960, Raleigh fabricó su RSW 16 de ruedas pequeñas con neumáticos de globo ^{[ 63 ]} para que tuviera una conducción suave como la de la bicicleta Moulton con suspensión completa . Otros fabricantes adoptaron la misma idea para sus propias bicicletas de ruedas pequeñas. Algunos ejemplos son la bicicleta plegable Bootie fabricada en Stanningley (Reino Unido) , la Commuter de la Co-operative Wholesale Society (CWS) y la Trusty Spacemaster.

Un neumático de tamaño plus tiene un ancho típico de 2,5 a 3,25 pulgadas (64 a 83 mm) . Hay tres diámetros de asiento de talón disponibles: 559 mm para 26+ , 584 mm para 27,5+ ( 650B+ ) y 622 mm para 29+ . Cubren el espacio entre los neumáticos de globo y los neumáticos anchos. ^{[ 64 ]}    

Un neumático fat tire es un tipo de neumático de bicicleta ancho y sobredimensionado, típicamente de 3,8 pulgadas (97 mm) o más y llantas de 2,6 pulgadas (66 mm) o más anchas, diseñado para una baja presión sobre el suelo para permitir la conducción en terrenos blandos e inestables, como nieve, arena, pantanos y barro. ^{[ 65 ]}    

Desde la década de 1980, se han utilizado neumáticos anchos de 3,8 a 5 pulgadas (97 a 127 mm) y diámetros similares a los de las ruedas de bicicleta convencionales en las " fatbikes " y bicicletas todoterreno diseñadas para circular en nieve y arena. ^{[ 66 ] [ 67 ]}  

Dado que el volumen de gas y el gas mismo 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 una presión manométrica de 4,00 bar (400 kPa; 58,0 psi) a temperatura ambiente , 20 °C (68 °F) , la presión manométrica aumentará a 4,34 bar (434 kPa; 62,9 psi) (+8,5 %) a 40 °C (104 °F) y disminuirá a 3,66 bar (366 kPa; 53,1 psi) (-8,5 %) a 0 °C (32 °F) .               

En el ejemplo anterior, una diferencia del 7,0 % en la temperatura absoluta resultó en una diferencia del 8,5 % en la presión de los neumáticos. Esto es 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 ruedas anchas se infla a una presión manométrica de 0,50 bar (50 kPa; 7,3 psi) a temperatura ambiente de 20 °C (68 °F) y luego la temperatura disminuye a -10 °C (14 °F) (una disminución del 10 % en la temperatura absoluta), la presión absoluta de 1,50 bar (150 kPa; 21,8 psi) disminuirá en un 10 % 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) .                

La presión neta del neumático es la diferencia entre la presión interna de inflado y la presión atmosférica externa , 1 bar (100 kPa; 15 psi) , y la mayoría de los manómetros de neumáticos indican esta diferencia. Si un neumático se infla a 4 bar (400 kPa; 58 psi) a nivel del mar , la presión interna absoluta sería de 5 bar (500 kPa; 73 psi) (+25%), y esta es la presión que el neumático tendría que contener si se trasladara a un lugar sin presión atmosférica, como el vacío del espacio libre . A la mayor altitud de los vuelos 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 tendría que contener 4,8 bar (480 kPa; 70 psi) (+20%).                

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 , entonces la tensión en la dirección toroidal (tensión longitudinal o axial si el neumático se considera un cilindro largo) se puede calcular como: ^{[ 79 ] [ 80 ]}

${\displaystyle \sigma _{toroidal}={\frac {pr}{2t}}}$,

dónde:

• p es la presión manométrica interna
• r es el radio interior menor de la carcasa.
• t es el espesor de la canal

La tensión en la dirección poloidal (tensión circunferencial o de aro si el neumático se considera un cilindro largo) es más compleja, ya que varía alrededor de la circunferencia menor y depende 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 en decenas de mm, entonces la tensión en la dirección poloidal es cercana a la tensión circunferencial de los recipientes a presión cilíndricos de paredes delgadas: ^{[ 79 ] [ 80 ]}

${\displaystyle \sigma _{poloidal}={\frac {pr}{t}}}$.

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.

The vertical force generated by a bicycle tire is approximately equal to the product of inflation pressure and contact patch area.^[87] In reality, it is usually slightly more than this because of the small but finite rigidity of the sidewalls.

The vertical stiffness, or spring rate, of a bicycle tire, as with motorcycle and automobile tires, increases with inflation pressure.^[88]

Rolling resistance is a complex function of vertical load, inflation pressure, tire width, wheel diameter, the materials and methods used to construct the tire, roughness of the surface on which it rolls, and the speed at which it rolls.^[1]Rolling resistance coefficients may vary from 0.002 to 0.010,^{[1][69][89][90]} and have been found to increase with vertical load, surface roughness, and speed.^[1][91] Conversely, increased inflation pressure (up to a limit), wider tires (compared to narrower tires at the same pressure and of the same material and construction),^[92] larger-diameter wheels,^[93] thinner casing layers, and more-elastic tread material all tend to decrease rolling resistance.

For example, a study at the University of Oldenburg found that Schwalbe Standard GW HS 159 tires, all with a width of 47 mm and an inflation pressure of 300 kPa (3.0 bar; 44 psi), but made for various diameter rims, had the following rolling resistances:^[94]

The author of the cited paper concludes, based on the data presented therein, that Crr is inversely proportional to inflation pressure and to wheel diameter.

Although increasing inflation pressure tends to decrease rolling resistance because it reduces tire deformation, on rough surfaces increasing inflation pressure tends to increase the vibration experienced by the bicycle and rider, where that energy is dissipated in their less-than-perfectly inelastic deformation. Thus, depending on the myriad of factors involved, increasing inflation pressure can lead to increasing total energy dissipation and either slower speed or higher energy consumption.^[95]

As with other pneumatic tires, bicycle tires generate cornering force that varies with slip angle and camber thrust that varies with camber angle. These forces have been measured by several researchers since the 1970s,^[96][97] and have been shown to influence bicycle stability.^[98][99]

Moments generated in the contact patch by a pneumatic tire include the self aligning torque associated with cornering force, twisting torque associated with camber thrust, both about a vertical axis, and an overturning moment about the roll axis of the bike.^[100]