Antes de nada introduzcámonos en la historia de los airbags.
El airbag “ nacio” en Estados Unidos y tardo bastantes años en desarrollarse completamente. De hecho, se sabe que la primera patente para su instalación en un coche se registró en Estados Unidos en 1953,ya que se suele considerar que su inventor es el estadounidense John W. Hetrik, que fue el que patentó su dispositivo en ese año. Hetrik utilizó sus conocimientos de ingeniería naval para crear un cojín inflable ubicado en el volante y el cuadro de un automóvil con el fin de amortiguar los impactos en caso de brusca deceleración.
Los primeros sistemas eran muy pesados y voluminosos. Pero en 1967, el inventor Allen Breed desarrolló un componente clave para la popularización del uso del airbag, se trata del detector de impactos de “bola dentro de un tubo”. Una bola se mantiene dentro de un tubo atraída por un imán. Cuando se produce una deceleración de suficiente entidad, la inercia de la bola supera la atracción magnética y viaja hasta el otro extremo del tubo donde cierra un interruptor que dispara el inflado de la bolsa.
En el siguiente enlace se puede ver como funciona dicho dispositivo :
http://www.youtube.com/watch?v=dZfLOnXoVOQ
En la decada de los 70 se comenzaron a comercializar en los Estados Unidos, pero de manera experimental, en General Motors y Ford. En los 80 se comenzaron a comercializar en Europa, aunque siempre en vehículos de alta gama como Mercedes Benz y Porsche. Sin embargo, en la actualidad la inmensa mayoría de los vehículos están equipados con airbags frontales.
En los primeros sistemas se utilizaba aire comprimido caliente o nitrógeno comprimido. Sin embargo, la investigación posterior demostró que el gas comprimido no puede inflar el cojín con la suficiente rapidez para ser efectivo en la amortiguación de los impactos. Actualmente se emplean una serie de detectores de impacto que disparan una reacción química que genera un gas de manera explosiva en un periodo de tiempo muy reducido (milésimas de segundo), inflando una bolsa de nylon. La bolsa sólo permanece inflada unas décimas de segundo, ya que el gas se va expulsando por unos orificios de manera controlada, absorbiendo la energía del impacto del ocupante contra la bolsa.
Vamos a estudiar cómo funcionan los “airbags” de los automóviles, aplicando nuestros conocimientos sobre Física, teniendo en cuenta que el airbag es una aplicación automovilística de la Ley de Boyle, la cual establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.
El tiempo que tarda el “airbag” en ponerse en marcha desde la colisión es un factor crucial a la hora de salvar vidas. En cuanto el sensor correspondiente, detecta el choque,
pasan sólo unos pocos milisegundos hasta que el dispositivo se llena completamente de gas (normalmente, nitrógeno: 2 N (g)).
Se puede estimar la presión necesaria para el llenado utilizando sencillas consideraciones mecánicas.Para ello, supongamos que inicialmente la bolsa (fabricada en nylon o poliamida) se encuentra en reposo, y que el gas se expansiona alcanzando una velocidad final muy alta. Con ello aseguraremos que la tela, que hará de protección, recorra rápidamente la anchura h =
Considerando los datos anteriores de velocidad y espacio obtenemos que el tiempo que tarda un airbag en llenarse es de 0,083 segundos, lo que supone que la expulsión de gases se hace con una aceleración de 7,2 Km/s2.
Aceptando que el volumen de un airbag completamente lleno es de 60 dm3 podemos calcular la presión relativa de llenado, considerando que el airbag es un cilindro de base S y altura h obtenemos una presión relativa de 16332 Pa. La presión total será la presión relativa más la atmosférica debido a que la presión relativa calculada es una presión diferencial, a mayores de la atmosférica.
Suponiendo que el nitrógeno gas se comporta idealmente, la cantidad de sustancia
de este gas necesaria para producir dicha presión absoluta y llenar la bolsa ( a temperatura ambiente) es de 2,8 moles.
Otro punto importante es cómo producir este gas. Una manera de obtener una gran cantidad de nitrógeno gaseoso consiste en provocar una pequeña detonación de una substancia sólida;de forma que inicialmente ocupe muy poco volumen, pero luego (al activarse) se expanda mucho. En el caso de los automóviles la substancia empleada es la azida de sodio: NaN3, que se activa eléctricamente cuando el coche frena bruscamente, produciéndose 3,2 moles de gas nitrógeno por cada 2 moles de azida de sodio sólida instalados en el mecanismo “airbag”. Las reacciones correspondientes son:
2 Na N (s) → 2 Na (s) + 3 N (g)
10 Na (s) + 2 KNO (s) → K O(s) + 5 Na O(s) + N (g)
K O(s) + Na O(s) + SiO (s) → vidrio (silicato alcalino)
Por ello podemos hallar la cantidad de azida necesaria que hay que introducir durante la construcción de un automóvil por cada airbag. Esta cantidad según mis cálculos es de
Además debemos saber que en el interior de la bolsa, junto con la azida de sodio, existen otros productos sólidos (principalmente KNO3 y SiO2) que ayudan reforzar la reacción, y que garantizan que el resultado final no sea peligroso para nuestra salud; pues tanto la azida de sodio, como el propio sodio, son bastante dañinos cuando están libres.
No hay comentarios:
Publicar un comentario