11/22/2009

Suspensión de ambulancias...¿producen mareos y golpes bruscos dentro de la cabina?


Sistema de suspensión.

Aunque a menudo olvidada, es un elemento imprescindible para el correcto y seguro funcionamiento de un vehículo. Su misión principal es evitar que las irregularidades del terreno despeguen las ruedas de la carretera, permitiendo que cumplan su función de controlar y dirigir el movimiento del coche.

Como todos los elementos de la automoción, las suspensiones han evolucionado, y mucho. Pero siempre se han basado en las mismas leyes que gobiernan la transmisión de fuerzas y el reparto de peso en un vehículo. Precisamente, quiero repasar con todos vosotros dichos principios Físicos, más allá de los detalles tecnológicos.

Esta vez el camino será un poco largo, tardaremos un poco en hacer contacto con la automoción. Por ese motivo, he decidido dividir la explicación en diversos artículos a modo de serie, donde cada uno será, con suerte, más llevadero. Empezaremos con el concepto de transmisión de fuerzas.

Imaginemos por un segundo que cojo dos pelotas. Una azul y una roja, para diferenciarlas. Las pongo quietas, en el suelo, uno al lado de la otra. De repente, aplico cierta fuerza sobre la pelota azul. La empujo, vamos. En respuesta, la pelotita se empieza a mover hacia adelante.

Mientras tanto, ¿que ha sido de la pelota roja? Pues nada, sigue ahí, quieta. No se ha movido. La fuerza no se ha transmitido entre las pelotas. Normal, no existe ningún contacto Físico entre ellas, son totalmente independientes.

Para solucionarlo, me agencio un palo y clavo una de las pelotas en cada extremo. Por sencillez, supondremos que no se deshinchan (son de porexpan, por ejemplo). En estas condiciones, repito el experimento.

Esta vez sí, al empujar gentilmente la bola azul, la roja también se pone en marcha. El palo, situado a modo de eje, ha transmitido la fuerza a la segunda pelota. En realidad, el proceso de transferencia de la fuerza no es inmediato, sino que se realiza en varios pasos:

1. Mi mano aplica una fuerza a la pelota azul, que inicia su movimiento.
2. Al desplazarse, la pelota azul arrastra al eje. Es decir, ejerce una fuerza sobre ella. En consecuencia, el eje también empieza a moverse.
3. Debido a su movimiento, el eje acaba por arrastrar la pelota roja. Es decir, ejerce una fuerza sobre ella, y es esta fuerza la causante de su movimiento.

Es decir, el movimiento se transmite a la bola roja porque, en el sistema de unión entre ambas pelotas, aparecen fuerzas internas. La finalidad de estas fuerzas internas es mantener la integridad de la estructura.

En un caso ideal, el sistema de unión entre las diferentes partes de un sistema, entre las pelotas en este caso, es capaz de proporcionar tanta fuerza como sea necesario para que la estructura intacta en todo momento. En este caso, decimos que tenemos una unión rígida, las distancias y posiciones relativas entre las diferentes piezas no cambian en ningún momento.

Este tipo de unión es la deseable en muchos casos. Por ejemplo, cuando arrancamos un coche, no solemos querer que sus diversas piezas se queden atrás (aunque sería un buen negocio para las marcas, así que mejor no les comentamos la idea). Todo lo contrario, deseamos que sigan unidas a la carrocería, allá donde estaban. Por ese motivo, todas las piezas de un automóvil van atornilladas, soldadas, remachadas, puestas a presión... o a veces varias de estas cosas al a vez.



Una de las características más importantes de las uniones rígidas es que las pequeñas perturbaciones se propagan a todo el sistema. En nuestro ejemplo anterior, cualquier pequeño golpecito que dé en la bola azul, se notará inmediatamente en la roja. Es fácil hacer el experimento, basta con poner una mano sobre la pelotita roja. De esta forma, incluso podríamos hablar en morse.

Sin embargo, a menudo esto no es lo deseable. El caso de la suspensión es un buen ejemplo de ello. Si en vez de muelles, amortiguadores y ballestas tuviéramos unas simples barras de acero, lo pasaríamos bastante mal. Cualquier pequeña irregularidad de la carretera se transmitiría directamente a todo el vehículo.

No es únicamente una cuestión de confort, sino también de seguridad. Primero, porque nadie puede conducir bien cuando está en una batidora. Segundo, y más importante, porque las irregularidades de la carretera son precisamente eso, irregulares. Es decir, las cuatro ruedas del coche (o las dos de una moto) se encontrarán perfiles diferentes en la carretera.

En consecuencia, todo el vehículo acabaría vibrando de mala manera, en una especie de baile de San Vito. Y como la unión con las ruedas sería rígida, las ruedas también vibrarían hacia arriba y abajo. Eso quiere decir que pasarían breves periodos de tiempo en el aire, sin contacto con la carretera. Y, como sabemos, las ruedas necesitan estar en contacto con el pavimento para ejercer su función, que no es más que la de controlar el vehículo.

Por lo tanto, la fijación entre la carrocería y las ruedas no debe ser rígida. Sin embargo, obviamente alguna unión debe haber, sino las ruedas irían a su aire. En la segunda entrega de esta miniserie empezaremos a definir las características de la suspensión, que a medio camino entre las uniones rígidas y la libertad de movimientos, anunan lo mejor de ambos mundos para proporcionarnos una conducción plácida y segura.
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Continuamos esta serie sobre los fundamentos físicos del sistema de suspensión. En la primera entrega vimos que la unión entre las ruedas, sus ejes y el resto del vehículo no debe ser rígida, eso afectaría negativamente a la seguridad y confort.

Pero, por supuesto, algún tipo de unión debe existir. De no ser así, las ruedas no serían capaces de transmitir las fuerzas que controlan el movimiento del vehículo en el vehículo: aceleración, frenada y dirección. En definitiva, lo necesario es que la sujeción de las ruedas sea tal que transmita las fuerzas importantes, pero ignore las pequeñas.

Dicho de otra forma, cuando hablábamos de la fijación rígida, decíamos que se encarga que la distancia y posición relativa de cada pieza fuera constante. Es decir, se cerciora que las piezas siempre estén «exactamente ahí». Y, por supuesto, eso tiene el inconveniente de transmitir cualquier pequeño desplazamiento causado por imperfecciones del suelo.

Pues en el sistema de suspensión, necesitamos que la fijación de las ruedas se asegure de que están «más o menos ahí». Si las ruedas pegan un pequeño bote tras pasar sobre un pequeño bache, la suspensión dejará que se muevan tranquilamente, empujando hacia abajo para que vuelvan al suelo, pero sin transmitir ninguna fuerza a la carrocería.

Sin embargo, si las ruedas comienzan un desplazamiento más pronunciado: por ejemplo hacia adelante al acelerar, o hacia arriba al tomar una carretera con pendiente, entonces la transmisión actuará transmitiendo toda la fuerza necesaria.

Ya os adelanto que ésto, como todo lo ideal, no es posible. Aunque podemos acercarnos. Los pequeños baches siguen transmitiéndose un poco a la cabina. Pero, al menos, la suspensión consigue atenuarlos bastante.

¿Cómo conseguirlo? A alguien se le ocurrió poner un muelle entre el eje de las ruedas y la carrocería. Lo que todo el mundo entiende por un muelle es un trozo de metal en forma de espiral, porque de hecho la mayoría se hacen así. Pero en general, un muelle puede ser cualquier pieza elástica.

Que sea elástica significa que cualquier deformación no es permanente, sino que tiende a volver a su forma natural por si solo. Para hacerlo, ejerce una fuerza de restitución. La intensidad de dicha fuerza es proporcional a la deformación. Es decir, si el cambio de forma es muy pequeño, el muelle responde con una fuerza igualmente pequeña. Si la deformación crece, la fuerza también.

Como veis, esto es precisamente lo que andábamos buscando. Al pasar por una pequeña imperfección de la carretera, el muelle se contraerá un poco. Como la deformación será pequeña, la fuerza también será pequeña. La fuerza de restitución hará que la rueda vuelva a bajar a la carretera rápidamente, facilitando mantener el control.

Sin embargo, cuando la rueda alcanza el inicio de una pendiente ascendente, el muelle se comprime más. En respuesta, el muelle ejerce una gran fuerza hacia arriba para intentar volver a su longitud normal. Dicha fuerza es la que se encarga de levantar el vehículo.

Ahora bien, los muelles presentan un defecto bastante importante. Como cualquier sistema elástico, presentan cierta tendencia a oscilar. Por ejemplo, pensad en una pelota de goma. Si la dejamos caer, votará varias veces antes de detenerse.

Con el sistema de suspensión ocurriría lo mismo. Si sólo hubiera un muelle, tras cada bache se producirían unas cuantas oscilaciones, como si hubiera varios baches. Por supuesto, estas oscilaciones repercutirían negativamente en la seguridad.