Mata, Francisco
Departamento de Mecánica Aplicada/Escuela Universitaria Politécnica de Almadén/Universidad de Castilla-La Mancha/ Plaza Manuel Meca, 1 / 13400 Almadén, Ciudad Real, España
34 926 26 40 07 / Francisco.MCabrera@uclm.es
ABSTRACT
Se estudian en esta comunicación los principios de funcionamiento del dispositivo airbag, analizando en particular los fenómenos físico-químicos en que se fundamenta. Asimismo, se analiza su eficacia ante diferentes situaciones de riesgo, lo que permite poner a la luz no sólo sus virtudes sino también sus carencias.
Sin duda alguna, el airbag representa uno de los máximos exponentes de la moderna tecnología del automóvil aplicada a la seguridad.
Palabras clave
Airbag, automóvil, accidente
LA SEGURIDAD EN EL AUTOMÓVIL
Hablar de seguridad en el automóvil es hablar de prevención de accidentes. Los modernos automóviles incorporan de serie dispositivos de seguridad tendentes a reducir la probabilidad de accidente (seguridad activa) y a minimizar las consecuencias negativas del accidente en caso de que éste ocurra (seguridad pasiva).
La seguridad activa es el conjunto de características y dispositivos del vehículo que contribuyen a evitar los accidentes. El automóvil garantiza la seguridad activa por medio de la adaptación del tren de rodaje, que le permite reaccionar adecuadamente incluso en situaciones extremas. Los sistemas de seguridad activa habituales son los frenos, la suspensión y la dirección, junto con otros que van incorporando de serie como el ABS (sistema antibloqueo de frenos), el ASR (sistema antideslizamiento) o el ESP (control dinámico del vehículo). Además, el buen estado del motor y del resto de sistemas mecánicos también contribuye a la seguridad activa.
Por seguridad pasiva entendemos el conjunto de dispositivos que participan en la evitación del accidente, pero que especialmente sirven para atenuar las consecuencias del mismo [1]. Los dispositivos de seguridad pasiva más utilizados son los siguientes:
- cinturones de seguridad
- airbag
- barras laterales
- acristalado
- paragolpes
- sistema de retracción de la columna de la dirección
- carrocería y elementos interiores
- elementos estructurales de deformación progresiva
En definitiva, tanto la seguridad activa como la seguridad pasiva tienen como objetivo primordial la prevención de accidentes.
Dispositivos de retención
Los impactos producidos como consecuencia de un accidente someten al cuerpo humano a unas deceleraciones bruscas que en muchos casos pueden producir lesiones irreversibles. El cuerpo humano tiene unas tolerancias definidas a las deceleraciones, de manera que deceleraciones muy prolongadas en el tiempo o de gran cuantía ocasionan lesiones graves e incluso mortales, en función de la antropometría del accidentado, sexo, peso y edad [2].
El cinturón de seguridad desempeña una función muy importante en la retención de los ocupantes en caso de frenado brusco o ante choques de diferente naturaleza. Las mejoras introducidas en el diseño, la mayor calidad de los materiales y la incorporación de mecanismos de pretensado lo hacen imprescindible. Sin embargo, resulta en muchos casos insuficiente y debe ser completado con la actuación del airbag (“cojín neumático”), que puede llegar a reducir en un 80% las lesiones del sistema cabeza- cuello y en un 20% los daños en el tórax en caso de accidentes frontales.
Puesto que más de un 20% de los accidentes de tráfico corresponden a choques frontales o semi-frontales es preciso incorporar el airbag como dispositivo eficaz de retención, junto con el cinturón de seguridad, para reducir significativamente la gravedad de las consecuencias de los accidentes de tráfico.
EL AIRBAG
Evolución del concepto “airbag”
El concepto de airbag se remonta hacia mediados del siglo XX y desde entonces ha ido perfilándose como un dispositivo de seguridad pasiva eficaz, especialmente contra impactos frontales, hasta la actualidad, donde ya nadie pone en duda su eficacia.
No obstante, fue a partir de los años 60 cuando realmente las investigaciones ahondaron más en el desarrollo de un airbag plenamente efectivo. De forma paralela, la industria automovilística americana y Mercedes Benz iniciaron el desarrollo de este sistema de retención, basado en un colchón o cojín neumático inflado con gas.
Los primeros pasos se encaminaron hacia un complejo y pesado sistema en el que un activador accionaba una botella de gas comprimido, pero la necesidad de provocar el inflado de forma muy rápida, casi instantánea, apuntó hacía un sistema pirotécnico (pequeña carga explosiva) generador de gas [3].
Activación de la carga explosiva
Un explosivo es un compuesto constituido por una mezcla de sustancias, unas combustibles y otras oxidantes, que debidamente iniciadas, dan lugar a una reacción química muy rápida, en la que se generan gases a alta presión y temperatura.
Cada tipo de explosivo tiene una composición específica, con características diferentes y, por tanto, para cada aplicación será preciso seleccionar el explosivo más adecuado. De las características básicas de un explosivo, las que más interesan en esta aplicación concreta son la sensibilidad, definida como el mayor o menor grado de energía que hay que comunicarle al explosivo para que se produzca la reacción, y la velocidad de detonación, que representa la velocidad a la que se produce la transformación del explosivo en gases a alta presión [2].
Actualmente los airbag cuentan con un pequeño contenedor con 70 gramos de una
mezcla de nitrógeno y sodio que, una vez activada, produce aproximadamente 60 litros de gas, con un 99% de nitrógeno y pequeñas proporciones de hidrógeno, oxígeno y otros elementos.
El airbag incorpora un dispositivo activador (“iniciador”) que produce un impulso eléctrico de ignición tarado a una resistencia predeterminada (equivalente a un golpe contra un objeto indeformable a 18 km/h). Este impulso eléctrico origina el encendido de las pastillas fulminantes (“cartucho pirotécnico”) de un generador de gas, que da lugar al encendido de un combustible sólido alojado en el generador. El combustible explota en milésimas de segundo generando los gases que hinchan el cojín. Aproximadamente una décima de segundo después de la explosión, el gas escapa por las ranuras laterales del cojín y éste se desinfla progresivamente, evitando así riesgos de asfixia.
El sistema está pilotado por una unidad de control (UC) dotada de unos sensores de deceleración (principales y de confirmación), de los que recibe las señales de impacto. Una vez procesadas las señales, la UC activa el detonador eléctrico, que origina la reacción y el llenado del airbag. La UC dispone de fuente de alimentación propia mediante condensador y de sistema de autodiagnosis o chequeo de estado.
El cojín está construido en fibra textil especial y cuenta con unos refuerzos que determinan la forma de hinchado y evitan la posible rotura por sobrepresión. El dispositivo se oculta en el interior del volante, bajo una tapa que se rompe limpiamente en el momento de la activación.
Existen airbags de conductor, copiloto, pasajeros traseros, de techo y laterales. Cada uno de ellos se activa de una forma independiente en función de las características del accidente.
La secuencia temporal de actuación del airbag es la siguiente:
0 milisegundos (ms) - El vehículo choca contra un objeto. 20 ms- La señal de impacto llega a la UC.
21´5 ms- El generador de gas hace explosión.
23 ms- El airbag alcanza al conductor que se precipita contra la columna de dirección.
30 ms -El airbag está completamente inflado y empuja al conductor hacia atrás.
70 ms- La columna de dirección queda colapsada y el airbag comienza a desinflarse.
El binomio cinturón-airbag
Es necesario recalcar que el airbag alcanza su máxima efectividad cuando se emplea junto con el cinturón de seguridad, y de ahí que el airbag también reciba el nombre de sistema de retención suplementario (SRS). De hecho, los automóviles más modernos diseñan ambos dispositivos para actuar de forma combinada y no como dos sistemas independientes.
Según estudios realizados en Estados Unidos, donde la incorporación de airbags de conductor y acompañante es obligatoria en los automóviles nuevos desde 1998, el uso combinado de ambos dispositivos previene un 75 por ciento de lesiones graves en la cabeza y un 66 por ciento en el tórax. Además, los airbags salvaron en los años previos a su incorporación de serie a todos los modelos del mercado americano más de 2.600 vidas, de acuerdo con un informe del Departamento Federal de Transporte Estadounidense.
Muchas ventajas, algún inconveniente
ORP2004- 3rd International Conference on Occupational Risk Prevention
El airbag representa uno de los máximos exponentes de la tecnología moderna aplicada a la seguridad en el automóvil. Su efectividad a la hora de mitigar los efectos de los accidentes más graves de circulación, y con ello reducir el número de muertos debidos a esta causa, es indiscutible. Son miles las personas que siguen vivas gracias al airbag, y así lo acreditan estadísticas y estudios basados en el análisis de accidentes reales, además del propio testimonio de las personas involucradas en dichos accidentes.
Sin embargo, es cierto también que se han detectado casos de personas que, tras sufrir un accidente en el que el airbag de su coche se ha activado, han sufrido lesiones debidas a la acción del mismo. En algunas de estas situaciones las lesiones se deben a una actitud incorrecta del usuario ante el airbag, y pueden evitarse con un conocimiento básico del funcionamiento de este sistema de retención. Aún así, el estado actual de desarrollo del airbag no es capaz de garantizar la total inocuidad de sus efectos.
Si no se lleva conectado el cinturón de seguridad, ante una frenada brusca, la cabeza del conductor se aproxima en exceso al volante, de modo que al activarse el airbag, se pueden producir lesiones, en el impacto con la bolsa al desplegarse. También es importante ajustar el asiento a la distancia adecuada y sentarse correctamente, acomodándose siempre a más de 25 cm del volante, además de tener la espalda recta sobre el asiento.
Las ventajas del airbag sobrepasan con diferencia los inconvenientes que de él se puedan derivar. Exceptuando el cinturón de seguridad, ningún otro dispositivo de seguridad pasiva tiene un efecto tan significativo en la reducción del coste de mortalidad en los accidentes de tráfico como el airbag.
Tendencias y desarrollos
Los airbags están en continuo proceso de evolución para tratar de solventar los problemas que presentan y mejorar sus prestaciones. Los principales esfuerzos se centran en:
- definir los umbrales de disparo más adecuados
- obtener una velocidad de despliegue lo menos violenta posible
- desarrollar nuevos materiales y métodos para la fabricación de la bolsa
La nueva generación de sistemas airbag vendrá marcada por los airbag
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