FUERZAS QUE SE APLICAN A LOS VEHÍCULOS EN MOVIMIENTO

Aunque se hizo referencia en apartados anteriores, para poder realizar una conducción eficiente y segura hay que tener un conocimiento sobre como se desplazan los vehículos y la importancia que tiene en este movimiento las resistencias a que el vehículo es sometido.

Las resistencias son:

• Resistencia a la rodadura.
• Resistencia aerodinámica.
• Resistencia de pendiente.

RESISTENCIA A LA RODADURA

Al estar el vehículo en movimiento es cuando se produce la resistencia a la rodadura ya que se produce por el desplazamiento del vehículo. Se opone a la fuerza de empuje y su valor depende de la masa del vehículo, de la geometría de dirección, del tipo, perfil y presión de inflado de los neumáticos, de la velocidad de marcha, estado de la carretera y de su superficie.

El concepto de coeficiente de rodadura es una resistencia paralela al coeficiente de rozamiento, pero se diferencian en que el rozamiento hace alusión a dos superficies que se deslizan la una sobre la otra y el coeficiente de rodadura se utiliza cuando hay una rueda entre ambas, disminuyendo, por regla general, la resistencia al movimiento.

La resistencia se produce porque las superficies que entran en contacto tienen imperfecciones. Por un lado, la rueda no tiene un alzado perfectamente circular, y la calzada tampoco tiene un perfil plano.

El factor que más afecta a este coeficiente es la rueda, en función del material con el que esté construida y su propio peso, además del que soporta, sufre una deformación que al rotar provoca repetidos ciclos de deformación y recuperación, estos ciclos propician la disipación de energía por calor.

Además hay que tener en cuenta el peso y la velocidad a la que circula el vehículo.

Cuanto mayor es el peso y mayor es la velocidad, mayor es la resistencia y, por tanto, la fuerza necesaria que hay que ejercer también tendrá que ser superior. Por eso, el peso total de un vehículo, incluyendo la carga, influye en el consumo directamente.

La potencia que se demanda del motor aumenta con el peso del vehículo por su influencia en la resistencia a la rodadura. Además, la resistencia será mayor cuanto mayor sea el trabajo de flexión de los neumáticos, el rozamiento del aire en la rueda y la fricción en el rodamiento de rueda. Un mantenimiento adecuado de los neumáticos es fundamental para no producir un coeficiente de rodadura mayor.

Las principales consecuencias de un exceso o de una insuficiente presión de inflado son:

• Si hay un exceso de presión se produce un mayor desgaste de la zona central, sufre más la suspensión del vehículo y por las irregularidades del terreno se pueden producir vibraciones. Además se puede llegar a producir un reventón del neumático.
• Si hay una insuficiente presión, la carga que soporta este tipo de vehículos produce un mayor aplastamiento, acelerándose el desgaste e incrementando el consumo de carburante.

RESISTENCIA AERODINÁMICA

La resistencia aerodinámica es la que crea el aire al oponerse a que el vehículo pase a través suyo. Los factores que afectan a la resistencia al aire de un vehículo son:

• El tamaño y de la forma del vehículo. Por una parte cuanto más grande es el vehículo, más grande es la superficie contra la que el aire choca y, por tanto, la fuerza que se necesite para avanzar, será mayor. Por otro lado cuando se diseña y construye el vehículo tiene especial importancia el coeficiente aerodinámico, que permitirá un menor esfuerzo del motor y mejorará la estabilidad.
• La velocidad. Al aumentar la velocidad de marcha aumenta la resistencia aerodinámica, ya que el vehículo tiene que desplazar más aire.
• La fuerza del viento, la densidad del aire y su dirección. Si el viento viene en el sentido de avance del vehículo, le favorecerá y si viene en sentido contrario le influirá negativamente.

Cuanto menor sea el coeficiente aerodinámico, menor resistencia al avance y menor esfuerzo del motor, mayor estabilidad y mayor ahorro de carburante. El coeficiente aerodinámico se refiere a la aerodinámica, es decir, a la forma de la carrocería. Por ejemplo, las formas suaves en elementos como el parachoques, retrovisores y faros, suelen mejorar la aerodinámica y por lo tanto es un ahorro de carburante.

La cantidad de superficie que se enfrenta al viento es, junto con el coeficiente aerodinámico los dos factores que determinan la resistencia aerodinámica final. Teniendo estas dos medidas podemos calcular la energía necesaria para vencer la resistencia del aire en el sentido del avance del vehículo a cualquier velocidad.

Los factores que modifican el coeficiente aerodinámico son:

• La forma exterior de la estructura de todos los lados: delantero, trasero, superior e inferior.
• Alerones, deflectores, etc., ya que forman parte del exterior del vehículo.
• Pendiente del parabrisas.
• Tamaño y forma de los retrovisores exteriores.

Para estudiar mejor la aerodinámica de un vehículo se introducen tres coodenadas:

• El eje X  (longitudinal).
• El eje Y  (transversal).
• El eje Z  (perpendicular).

Las fuerzas motrices ejercidas en el eje X se denominan de "avance".
Las fuerzas resistentes en el eje X son las de resistencia del avance.
Las fuerzas en el eje Y se llaman fuerzas de "deriva" (centrífuga). Las fuerzas que se oponen a la deriva son resistencias a esa deriva.

Las fuerzas en el eje Z se denominan, si es hacia arriba, "portantes" (sustentación), y las dirigidas hacia abajo "deportantes" (adherencia); siendo las fuerzas que se oponen a estos movimientos resistencia a la potencia y resistencia a la deportancia.

Además, un efecto importante que se produce cuando el vehículo avanza, son las turbulencias que se generan en la parte de atrás del vehículo. Cuando el vehículo avanza deja tras de sí un vacío que tiende a ser rellenado por aire, lo que puede producir turbulencias que aumentan la resistencia.

RESISTENCIA A LA PENDIENTE

Las zonas de punto muerto son las producidas entre cambio y cambio de marchas no se os ocurra circular en punto muerto es muy peligroso ya que no actúa el motor como freno y el vehículo se embala.

Cuando el vehículo se encuentra en un plano inclinado, una parte del peso gravita en contra del sentido de la marcha, originando una resistencia debida a la pendiente que se opone a la fuerza de propulsión. La resistencia de una pendiente depende del perfil de la calzada y de la masa del vehículo. En consecuencia para poder desplazar el vehículo habrá que aumentar la fuerza de propulsión y será necesaria una mayor potencia del motor para evitar un descenso de la velocidad y compensar la potencia de pendiente.

Esta resistencia puede minimizarse si:

• Se usa la relación de transmisión adecuada en la pendiente.
• Se cambia lo menos posible durante la subida.
• Se circula con brío en el motor, sin traspasar los límites.

La fuerza de resistencia de pendiente se puede expresar en grados o en % de desnivel. Por ejemplo, un desnivel del 8% significa que en un tramo de 100 metros se incrementa la altura de 8 metros.

UTILIZACIÓN DE LA CAJA DE VELOCIDADES SEGÚN LA CARGA Y LA CARRETERA

Se debe iniciar el movimiento del vehículo con una relación de marchas acorde a cada situación sin forzar el funcionamiento del embrague sin ser necesario.

En pendientes ascendentes con mucha inclinación, se utilizará la primera velocidad corta o larga, según el vehículo y las condiciones de la vía. Una vez el vehículo está en marcha, los cambios se llevarán a
cabo en función, además de la pendiente y de las condiciones de la vía, de la carga del vehículo, de la inclinación y del propio motor. Cada vez que se realiza un cambio en una pendiente ascendente, el vehículo pierde potencia y velocidad, relacionándose esta pérdida con la carga que transporta el vehículo.

Para evitar la caída de velocidad, se recomienda realizar los cambios de marcha de forma rápida. Además, si se realiza así, se engranará mejor la nueva relación de marchas.

En una pendiente descendente, el tiempo que tardamos en cambiar de marcha (pisar embrague, seleccionar otra relación de marcha y soltar embrague) no hará que perdamos velocidad, al contrario, cuanto más pronunciada sea la bajada y mayor el tiempo que permanezca pisando el embrague, mayor será el incremento que experimente nuestro vehículo.

Este incremento de velocidad será mayor en relación directa a la masa del vehículo, ya que, es ésta, la que por la fuerza de la gravedad "tira" del vehículo hacia abajo.

Si lo que se pretende es sujetar la marcha, reducir la velocidad, debemos procurar emplear el menor tiempo posible en esta maniobra, reduciendo a lo mínimamente imprescindible el tiempo que el vehículo quede desembragado. En algún  caso, será aconsejable, saltarnos alguna marcha y no recorrerlas todas por orden.

Si la pendiente es ascendente, el tiempo que tardamos en cambiar de una velocidad a otra más corta para ganar potencia y que el giro del motor no se venga abajo, será directamente proporcional a la pérdida de velocidad.

Hemos de saber, por tanto, que cada cambio de marcha implica una pérdida de velocidad, que además dependerá del tiempo que empleemos en esta manipulación si tardamos un segundo perderemos aproximadamente una cierta velocidad, que será la mitad que si tardamos dos segundos.

Si un automóvil circula a 70 km/h aproximadamente en una subida determinada y tarda 1 segundo en cambiar, su velocidad se verá reducida a 60 km/h aproximandamente. Si tarda 2 segundos, bajará su velocidad aproximadamente a 50 km/h.

Si no estamos en pendiente y las condiciones son favorables, el cambio de velocidad se debe hacer de tal forma que las revoluciones del vehículo se sitúen en el inicio de la zona verde del cuentarrevoluciones. Para conseguirlo se tiene que realizar el cambio entorno al final de la zona de par máximo, que se suele corresponder con el intervalo medio alto de la zona verde del cuentarrevoluciones (en vehículos antiguos o que ya tienen un largo tiempo de uso esta zona puede incluso estar algo más alta empezando la zona roja pero es normal al perder potencia con el desgaste del motor "segmentos de pistón entre otras piezas").

Si el cambio de relación se realiza en situaciones más difíciles como es la incorporación a una autovía, se necesitarán mayores revoluciones, acercándonos al intervalo de revoluciones de potencia máxima y mantener la aguja del cuentarrevoluciones en la parte más alta de la zona verde del mismo.

CÁLCULO DE LA CARGA Y EL VOLUMEN ÚTIL

La Tara es la masa del vehículo con su equipo fijo autorizado, sin personal de servicio, pasajeros ni carga, con su dotación completa de agua, combustible, lubricante, repuestos, herramientas y accesorios necesarios.

La Masa en Orden de Marcha de un camión es el resultado de sumar a la tara la masa estándar del conductor de 75 kilogramos y para los autobuses y autocares, la masa del acompañante de 75 kilogramos si lo lleva.

La Masa en Carga es la masa efectiva del vehículo y de su carga, incluida la masa del personal del servicio y  de los pasajeros.

La Masa Máxima Técnicamente Admisible es la máxima del vehículo basada en su construcción y especificada por el fabricante.

Entendemos por carga útil de un vehículo la diferencia entre la masa del vehículo en orden de marcha y prestación del servicio y la Masa Máxima Autorizada (M.M.A.) para su circulación por las vías públicas.

La masa en carga no debe superar a la M.M.A. 

Tara = Chasis + Carrocería + Otros

Carga Útil = M.M.A. - Tara

Ejemplo:

Tara = 10.000 kg. + 4.000 kg. + 1.500 kg. = 14.500 kg.

Si M.M.A. = 36.000 kg.

Carga Útil = 36.000 kg. - 14.500 kg. = 21.500 kg.(carga útil)

Cuando hablamos de grupo de ejes, los ejes forman parte de un bogie. En el caso de dos ejes, el grupo se denominará tándem, y tándem triaxial en caso de tres ejes. Convencionalmente, se considerará que un solo eje es un grupo de un eje.

La Masa por Eje es la que gravita sobre el suelo, transmitida por la totalidad de las ruedas acopladas a ese eje.

La Masa Máxima Autorizada por Eje es la masa máxima de un eje o grupo de ejes con carga para la utilización por las vías públicas.

La Masa Máxima por Eje Técnicamente Admisible es la masa máxima por eje basada en su construcción y especificada por el fabricante.

La Suspensión se considera Neumática si al menos el 75% del efecto elástico se debe a un dispositivo neumático.

Eje Retráctil es el eje que puede elevarse o bajarse mediante el dispositivo de elevación de eje.

Y Eje Descargable es el eje sobre el cual puede variarse la carga sin que el eje esté levantado, mediante el dispositivo de elevación del eje.

En los camiones rígidos de 4 ejes su masa máxima autorizada en toneladas, no puede ser superior a 5 veces la distancia en metros comprendida entre los centros de los ejes extremos del vehículo.

Pongamos por caso un vehículo de 3 ejes, cuya M.M.A. es de 25 toneladas. Si tiene una tara, por ejemplo de 10.250 kg, más la masa de la carrocería con todos sus elementos para conseguir asegurarla al bastidor del vehículo, que tiene un peso de 3.350 kg, ¿cuál será su carga útil?. La tara final del vehículo dispuesto para circular es de 13.600 kg (10.250 kg + 3.350 kg), que si los restamos de las 25 toneladas de M.M.A. nos da como resultado una carga útil de 11.400 kg.

MÁXIMAS AUTORIZADAS, POR EL REGLAMENTO GENERAL DE VEHÍCULOS, A LOS VEHÍCULOS RÍGIDOS DE MOTOR 

Si hacemos mención a los conjuntos de vehículos, hemos de saber lo que es, ya que en un momento dado nuestro autobús también puede darse el caso que lleve uno acoplado para el transporte de equipaje o de enseres:

Remolque es un vehículo no autopropulsado por un vehículo de motor.

Remolque ligero es aquel cuya masa máxima autorizada no excede de 750 kilogramos.

El Semirremolque es un vehículo no autopropulsado diseñado y concebido para ser acoplado a un automóvil, sobre el que reposará parte del mismo, transfiriéndole una parte sustancial de su masa.

El Tractocamión o cabeza tractora es un automóvil concebido y construido para realizar, principalmente, el arrastre de un semirremolque.

La Masa Remolcable Máxima Autorizada de un remolque o semirremolque destinado a ser enganchado al vehículo de motor y hasta la cual puede matricularse o ponerse en servicio el vehículo es, en el caso de un remolque de eje central o semirremolque, la masa real máxima del remolque menos su carga real vertical sobre el punto de acoplamiento, es decir, la masa correspondiente a la carga soportada por los ejes.

La Masa Remolcable Máxima Técnicamente Admisible es la masa remolcable máxima basada en su construcción y especificada por el fabricante.

La Masa Máxima Técnicamente Admisible del Conjunto es la suma de las masas del vehículo motor cargado y del remolque arrastrado cargado, basadas en la construcción del vehículo de motor y específicadas por el fabricante.

La Masa Máxima Autorizada del Conjunto es la suma de las masas del vehículo de motor cargado y del remolque arrastrado cargado para su utilización por las vías públicas.

Si hay un tren de carretera de 4 ejes, formado por un vehículo de motor de 2 ejes y un remolque de 2 ejes, su M.M.A es de 36 toneladas.

La tara de este tren de carretera será la del vehículo motor, por ejemplo, 6000 kg, más la del remolque, por ejemplo, 5.250 kg.

La tara final del tren de carretera preparado para circular será, por consiguiente, de 11.250 kg (6.000 kg + 5.250 kg) que si los descontamos de las 36 toneladas de la M.M.A del conjunto, nos da como resultado 24.750 kg de carga útil.

VOLUMEN ÚTIL

Un vehículo puede transportar aquella carga para la que está autorizado legalmente y siempre calculando su masa, pero además, hay que estimar el espacio que puede ocupar esta masa, y por lo tanto, verificar si el vehículo cuenta con sitio suficiente.

Para calcular el volumen útil, el espacio del que se dispone para poder trasladar la carga, se han de multiplicar las dimensiones de longitud, anchura y altura interiores de la carrocería o caja.

Se ha de medir el interior del vehículo, sin contar los gruesos de las paredes. Si tenemos una caja cerrada, y tomamos sus medidas internas, obteniendo 12 metros de longitud, 2 metros de altura y toros 2 metros de anchura, el volumen útil será el resultado de multiplicar 12 x 2 x 2 = 48 m3.

Obtenemos por tanto, un volumen útil de carga de 48 m3.

La carga debe repartirse de forma uniforme sobre la batea de carga, además, la carga debe ser proporcional al masa máxima autorizada en cada eje transversal y estar distribuida longitudinalmente de la mejor forma para garantizar la estabilidad.

Como ya hemos visto al principio de este punto, la masa máxima por eje técnicamente admisible está basada en la construcción del mismo y especificada por el fabricante.

Cuando la carga se distribuye correctamente, las prestaciones del vehículo se ven afectadas pero de forma positiva, repercutiendo en los neumáticos y en otros elementos.

El peso total de un vehículo incluyendo la carga que transporta, influye directamente en el consumo. La potencia requerida al motor aumenta con el peso del vehículo por su influencia en la resistencia a la rodadura.

Si la carga se reparte de forma irregular la estabilidad del vehículo no está asegurada, como tampoco su manobrabilidad, por lo que la probabilidad de sufrir un accidente es mayor.

El peso total que soporta un vehículo lo conforman, además de la carga , el conjunto chasis-cabina, el combustible y el conductor o conductores.

La manera de cargar el vehículo tiene una influencia importante en cuanto al ahorro de combustible se refiere. Se debe intentar distribuir la carga de manera que el peso sobre cada eje sea aproximadamente el mismo.

La masa soportada por un eje motor o los ejes motores no puede ser inferior al 25% de la masa total en carga del vehículo o conjunto de vehículos.

Si se carga el vehículo de forma desigual sobre la rueda izquierda de un mismo eje, esto hará que el vehículo se ladee hacia un lado. La diferencia entre las cargas sobre las ruedas de un mismo eje (derecha e izquierda) no debe exceder el 3% de la carga total sobre el eje.

ESTABILIDAD DEL VEHÍCULO. CENTRO DE GRAVEDAD

Cuando hablamos de la estabilidad de los vehículos hay un concepto muy importante para comprender sus reacciones, el centro de gravedad.

Entenderemos como centro de gravedad el punto de aplicación de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. Por tanto, el vehículo contará con una mayor estabilidad cuanto más bajo esté emplazado el centro de gravedad.

El centro de gravedad es variable, es decir, que se desplaza en función de las diferentes cargas del transporte, así como al girar, acelerar o desacelerar.

Si la carga está incorrectamente asegurada  o cargada, puede llegar a representar un serio peligro. Si la carga está suelta y se cae del vehículo puede provocar algún tipo de accidente.

A su vez, una sobrecarga puede deteriorar el vehículo, y la forma en que la carga está distribuida puede afectar la dirección del vehículo y dificultar su control.

La colocación de la carga incide para que el centro de gravedad influya de forma negativa en la estabilidad. Así, si la carga se sitúa muy atrás, si se acomoda hacia un lateral o si se trata de cargas altas, implica un aumento de la inestabilidad del vehículo, incrementándose el riesgo en las curvas o cuando se tiene que esquivar un obstáculo, lo que favorece el vuelco.

La altura del centro de gravedad del vehículo es muy importante para manejarlo de manera segura. Si la altura de carga de los vehículos aumenta o si se sitúa lo más pesado en el lugar más alto, se eleva el centro de gravedad.

Si queremos que la conducción resulte segura es necesario, por lo tanto, ordenar la carga correctamente, es decir, colocar las piezas menos pesadas encima de las más pesadas y situar la carga lo más bajo que se pueda. Es muy importante distribuir la carga de modo que quede lo más baja posible.

Cuando la carga se coloca de manera que el centro de gravedad quede alto, existe un mayor riesgo de volcar. En vehículos de plataforma plana también hay más probabilidades de que la carga mal equilibrada se desplace haca los lados o se caiga.

Es importante destacar que la sobrecarga puede perjudicar tanto a la dirección, como a los frenos y el control de la velocidad.

Los camiones sobrecargados, por lo tanto, tendrán que ir a paso muy lento en las subidas, y lo que es peor, pueden cobrar demasiada velocidad en las bajadas. También necesitan más distancia para frenar, ya que los frenos pueden fallar cuando se los exige demasiado.

Como ya se había mencionado anteriormente, una mala distribución del peso puede volver insegura la conducción del vehículo. Demasiado peso sobre el eje de la dirección puede hacer que ésta se ponga pesada y también dañar el eje y las ruedas de dirección.

Cuando los ejes delanteros no tienen suficiente peso de carga (lo que sucede cuando la carga se coloca muy atrás) se llega a aligerar tanto el peso del eje de la dirección, que girar no es seguro.

Pero si hay muy poco peso sobre los ejes de tracción, también se puede provocar una tracción insuficiente y, por consiguiente, hacer que las ruedas de tracción giren en falso.

Los neumáticos tienen una vida muy variable, la cual no depende tanto de la calidad del neumático, como del uso que hagamos del mismo y en qué condiciones.

Es por esto que es fundamental respetar el índice de carga. Siempre se ha de circular con una carga que no exceda la capacidad del neumático para, de esta forma, evitar un trabajo de flexión desmedido que precipitaría su desgaste.

Si se produjese una sobrecarga en el eje delantero los síntomas serían:

• Los neumáticos acumularían calor de manera excesiva, pudiendo llegar a destruirse de manera súbita. También se produciría un desgaste anticipado de los mismos.
• La dirección del vehículo se mostraría dura. 
• Los frenos también se verían afectados, sufrirían un desgaste prematuro y presentarían un mal comportamiento, pudiendo también sobrecalentarse.
• La suspensión delantera tendría que realizar sobreesfuerzos, lo que podría ocasionar impactos en el chasis.

  

  NO HACER NUNCA JAMÁS ES MUY PELIGROSO

Si la sobrecarga se produjese en el eje trasero, se caracterizaría por:

• Al igual que en el caso anterior, se produciría un desgaste anticipado de los neumáticos y un acumulacíon excesiva de calor en los mismos, pudiendo reventar en cualquier momento.
• Falta de dirección, ya que la sobrecarga trasera hace "efecto palanca" (el eje delantero no apoya correctamente), lo que provoca el desgaste prematuro de los neumáticos por deslizamiento.
• Los frenos se desgastarían prematuramente y se comportarían de forma inapropiada.
• La suspensión trasera realizaría sobreesfuerzos, lo que daría lugar a golpes en el chasis.

NO HACER NUNCA JAMÁS ES MUY PELIGROSO