Composición Química y Fabricación de Neumáticos: Un Análisis Detallado

Los neumáticos, aunque comunes en la vida diaria, requieren un proceso de fabricación exigente. Para entender este proceso, es crucial comprender primero su función y los materiales que los componen.

Función y Características Principales de los Neumáticos

Los neumáticos son vitales para que los automóviles se puedan desplazar, ya que son el único punto de contacto entre el vehículo y el camino. Para que pueda cumplir su función, este debe ser resistente a cortes, pinchazos, variaciones de temperaturas, además de ser maleable, fácil de cambiar y lo suficientemente fuerte como para soportar altos niveles de peso a gran velocidad. El neumático también debe dar sentido direccional, proporcionar un mejor agarre en condiciones de humedad, entre otras funciones.

Composición Química de los Neumáticos

Ahora que entendemos para qué sirve un neumático, podemos hablar de qué está hecho. Un neumático se compone de diferentes materiales y partes. La composición del caucho, en general, requiere ingredientes químicos y minerales como sílice, polvo negro, azufre y diferentes aceites.

Componentes Principales de un Neumático

Estos se componen de varias partes que forman un todo:

• Banda de rodamiento: Es la parte externa inferior del neumático, la responsable del contacto con la superficie, y está compuesta por caucho o goma. Es la parte superior del neumático, la que tiene mayor contacto con el suelo, y está hecha de un compuesto de caucho resistente a la abrasión.
• Paredes laterales: También compuestas de caucho, estas son responsables de entregar un grado extra de amortiguación.
• Carcasa: representa toda la parte interior del neumático, debajo de la banda de rodamiento. Representa toda la parte interna del neumático que no podemos ver porque está rodeada por una capa de goma. Está compuesta por cuerdas -como nylon, poliéster, entre otros- y se encarga de soportar la presión de aire interna del neumático y las cargas, además de recibir y transmitir la fuerza del motor del vehículo (torque) al suelo.
• Talón: ayuda con la flexibilidad y la resistencia a la carga.
• Liner: Va unido a la carcasa y es producido con compuestos de caucho de butilo. Es el interior del neumático.
• Cinturón: Compuesto por varias capas de goma con hilos metálicos, junto con los talones, evita la deformación excesiva del neumático, otorgándole resistencia a los pinchazos y mayor durabilidad.
• Capa de caucho: Una lámina compuesta por cables textiles colocados entre varias capas de caucho sintético.
• Hombros: Situados entre el flanco y la banda de rodadura, son esenciales para la estabilidad del neumático durante las inclinaciones de la motocicleta.
• Flancos: Son perfiles de goma flexible y resistente que se encuentran entre el talón y el hombro, proporcionando estabilidad y protección contra daños laterales. También incluyen los códigos de características y la marca del neumático. En la que se encuentra toda la información relacionada con los neumáticos.

El Proceso de Fabricación de Neumáticos

Como se puede ver, la construcción de un neumático es un proceso complejo que involucra numerosas tecnologías. La elaboración de estos neumáticos se lleva a cabo en un rodillo de ensamblaje flexible, donde se colocan las diferentes capas que conformarán el producto final. Una vez ensambladas todas las partes, se da forma al neumático al acercar los bordes del tambor y se hincha la parte central.

Después de esta etapa, el neumático se introduce en un molde de cocción que incluye los marcajes y dibujos de rodadura. Mediante agua caliente a presión, se empuja el producto contra la cavidad, y el calor y vapor generado inician el proceso de cocción o vulcanizado. La mezcla de gomas, que contiene azufre, crea lazos moleculares entre los polímeros, lo que convierte al neumático en un material elástico y resistente.

Antes de salir al mercado, el neumático final se somete a un estricto control de calidad utilizando herramientas especializadas, como el escaneado por Rayos X, para detectar cualquier posible defecto.

Uso de Residuos de Caucho de Neumático (RCN) en la Construcción

El objetivo del presente estudio es evaluar las propiedades físicas y mecánicas del hormigón con residuos de caucho de neumático (RCN) como sustituto parcial a la arena, considerando materiales locales de la ciudad de Cochabamba, Bolivia, a fin de promover una economía circular. Al emplear RCN como agregado fino se disminuye el consumo de agregado natural y se reutiliza un residuo, aplicándose así un enfoque sostenible. No obstante, se debe considerar el porcentaje de reemplazo y el tamaño del RCN, puesto que podría afectar negativamente las propiedades físicas, mecánicas y de durabilidad de los materiales a base de cemento.

El residuo de caucho proveniente de neumáticos (RCN) es uno de los desechos más importantes en el mundo. Se estima que 1000 millones de neumáticos entran en desuso cada año y que para 2030 esta cifra alcanzará 1200 millones, totalizándose 5000 millones de neumáticos desechados de manera irregular. En Bolivia se generan 3 millones de neumáticos residuales por año, de los cuales solo el 5% se recicla. La disposición inadecuada de neumáticos genera impactos ambientales negativos que, incluso, atentan contra la salud humana, aumentan el riesgo de incendios accidentales y proporcion refugio para mosquitos y roedores.

Metodología del Estudio con RCN

Para ello, se sustituyó la arena por RCN (en volumen) en cuatro porcentajes: 0% (referencia), 5%, 10% y 20%, evaluando sus propiedades mecánicas (resistencia a la compresión, tracción y flexión) y físicas (masa específica, absorción de agua e índice de vacíos).

Se consideró una resistencia a la compresión de diseño de 21 MPa, dentro del rango establecido para un hormigón estructural. Se evalúo el reemplazo de la arena por RCN (volumen) en cuatro mezclas: 0% (referencia), 5%, 10% y 20%. Ref.

Se determinó la resistencia a la compresión, tracción y flexión del hormigón con RCN para 7 y 28 días. La resistencia a la compresión fue determinada siguiendo las especificaciones de la CBH 87 (IBNORCA, 1987). La resistencia a la tracción fue calculada mediante el ensayo brasileño, NBR 7222 (ABNT, 2011). Para ambas propiedades se utilizaron cuerpos de prueba cilíndricos de 10x20 cm. A fin de determinar la resistencia a la flexión se usaron cuerpos de pruebas prismáticos de 15x15x55 cm, considerando el método estándar de tres puntos, según la ASTM C293 (ASTM, 2016).

A partir de los fragmentos generados en los ensayos mecánicos se llevó a cabo el ensayo de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), de manera de observar la interacción del RCN con la matriz de cemento. Antes del ensayo se generó un vacío en los fragmentos de hormigón y se recubrieron con una capa de oro para una mejor visualización de la microestructura.

La absorción de agua, masa específica (densidad) e índice de vacíos fueron determinados siguiendo la norma ASTM C642 (ASTM, 2021). Se consideraron 3 cuerpos de prueba cilíndricos (10 x 20 cm) por cada mezcla y propiedad física.

Resultados Obtenidos

Los resultados indican que existe una tendencia a la disminución a mayor porcentaje de RCN, tanto para la resistencia mecánica como para las propiedades físicas, a excepción de la mezcla con 5% de RCN, la cual presentó resultados comparables al hormigón con arena natural.

A medida que aumenta el contenido de RCN, el asentamiento del hormigón disminuye. El rango de reducción está entre 37.58 y 91.93% para 5 y 20% de RCN, respectivamente. Rashid et al. (2019) también reportaron reducciones de la trabajabilidad similares, 64% para 10% de RCN y 76.9%, tanto para 20 como 30% de RCN. Eisa, Elshazli y Nawar. (2020) indican una reducción del 2 al 28% para 5 y 20% de RCN, respectivamente.

La pérdida de trabajabilidad se explica por la forma irregular de las partículas de RCN (Figura 4a), la distribución de granulometría más baja que la arena (˂3.5 mm) y la superficie rugosa del RCN (Figura 4b), lo cual genera fricción entre las partículas.

Se puede observar que, para ambas edades, existe una reducción de la resistencia a la compresión a medida que aumenta el reemplazo del agregado fino por RCN, donde solo la mezcla de referencia alcanzó la resistencia a la compresión de diseño (21.51 MPa).

En la prueba Tukey para 7 días (Tabla 5), se observa que no existe diferencia entre la referencia y la mezcla con 5% de RCN, lo cual corresponde al bajo porcentaje de reducción (1.58%); no obstante, también las mezclas de 10 y 20% de RCN son iguales. En caso de 28 días (Tabla 5), existe diferencia entre las medias de la referencia y las mezclas con RCN (p valor<α), pero entre los distintos porcentajes de RCN no existe diferencia, a excepción de 5 y 20% de RCN.

Para 7 días existe mayor disminución cuando se compara con la edad de 28 días. En ambas edades, la reducción es baja para la mezcla de 5% de RCN; mientras que se registran disminuciones de 14.29 y 15.53% para 10 y 20% de RCN a los 7 días, respectivamente. A los 28 días, la reducción fue de 3.55% para 10% de RCN y de 9.22% para 20% de RCN.

Por otra parte, la disminución de la resistencia mecánica se relaciona con el tamaño de partícula de RCN, especialmente cuando es mayor a 5 mm (A. Kadhim y H. Kadhim, 2021).

Los valores a 7 días presentan mayor disminución que a 28 días, siendo el máximo de 25.07% para 20% de RCN. A los 28 días, el porcentaje de disminución para 5 y 10% de RCN está en el rango de 10%, a diferencia de 20% de RCN, cuyo valor es 17.20%.

Consideraciones Finales

Si bien se han realizado investigaciones significativas en el área, el RCN no es adoptado en la industria de la construcción, pese a que atiende a diferentes requerimientos, incluso a elementos estructurales. En Bolivia no se reportan estudios de la utilización de RCN como agregado fino en materiales a base de cemento, como el hormigón, lo que representaría una solución a problemas locales, como la sobreexplotación de los bancos de agregados y la elevada generación de RCN, con base en una economía circular.

Tabla Resumen de Resultados

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