Cómo funcionan los cinturones de seguridad

Un conductor se pone el cinturón de seguridad. Vea más imágenes de seguridad de automóviles. SABAH ARAR / AFP / Getty Images

Según un informe de investigación de la Administración Nacional de Seguridad y Tráfico en Carreteras, los cinturones de seguridad salvan aproximadamente 13.000 vidas en los Estados Unidos cada año. Además, la NHTSA estima que se habrían evitado 7,000 muertes por accidentes automovilísticos en los EE. UU. Si las víctimas hubieran estado usando cinturones..

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Si bien los cinturones de seguridad ocasionalmente contribuyen a lesiones graves o la muerte, casi todos los expertos en seguridad coinciden en que abrocharse el cinturón aumenta drásticamente las posibilidades de sobrevivir a un accidente. Según la NHTSA, los cinturones de seguridad reducen el riesgo de muerte de un ocupante del asiento delantero en aproximadamente un 50 por ciento..

Cuando lo piensas, esto es absolutamente asombroso: ¿Cómo puede un trozo de tela terminar siendo la diferencia entre la vida y la muerte? ¿Qué es lo que hace? En este artículo, examinaremos la tecnología de los cinturones de seguridad para ver por qué son una de las tecnologías más importantes en cualquier automóvil..

La idea básica de un cinturón de seguridad es muy simple: evita que vuele a través del parabrisas o se precipite hacia el tablero cuando su automóvil se detiene abruptamente. Pero, ¿por qué pasaría esto en primer lugar? En resumen, debido a inercia.

La inercia es la tendencia de un objeto a seguir moviéndose hasta que algo más actúa en contra de este movimiento. Dicho de otra forma, la inercia es la resistencia de todo objeto a cambiar su velocidad y dirección de desplazamiento. Las cosas naturalmente quieren seguir adelante.

Si un automóvil avanza a 50 millas por hora, la inercia quiere mantenerlo a 50 mph en una dirección. La resistencia del aire y la fricción con la carretera la ralentizan constantemente, pero la potencia del motor compensa esta pérdida de energía..

Todo lo que hay en el automóvil, incluidos el conductor y los pasajeros, tiene su propia inercia, que está separada de la inercia del automóvil. El coche acelera jinetes a su velocidad. Imagina que estás navegando a una velocidad constante de 50 millas por hora. Tu velocidad y la velocidad del automóvil son prácticamente iguales, por lo que sientes que tú y el automóvil se mueven como una sola unidad..

Pero si el automóvil chocara contra un poste de teléfono, sería obvio que su inercia y la del automóvil eran absolutamente independientes. La fuerza del poste haría que el automóvil se detuviera abruptamente, pero su velocidad seguiría siendo la misma. Sin el cinturón de seguridad, chocaría contra el volante a 50 millas por hora o volaría por el parabrisas a 50 millas por hora. Así como el poste reducía la velocidad del automóvil, el tablero, el parabrisas o la carretera lo frenaban ejerciendo una enorme cantidad de fuerza..

Es un hecho que no importa lo que suceda en un accidente, alguna cosa tendría que ejercer fuerza sobre usted para reducir la velocidad. Pero dependiendo de dónde y cómo se aplique la fuerza, es posible que muera instantáneamente o que se aleje del daño ileso..

Si golpea el parabrisas con la cabeza, la fuerza de frenado se concentra en una de las partes más vulnerables de su cuerpo. También te detiene muy rápido, ya que el vidrio es una superficie dura. Esto puede matar fácilmente o herir gravemente a una persona..

Un cinturón de seguridad aplica la fuerza de frenado a las partes más duraderas del cuerpo durante un período de tiempo más largo. En la siguiente sección, veremos cómo esto reduce las posibilidades de lesiones graves..

En la última sección, vimos que cada vez que un automóvil se detiene repentinamente, un pasajero también lo hace. El trabajo de un cinturón de seguridad es difundir la fuerza de frenado en partes más resistentes de su cuerpo para minimizar el daño.

Un cinturón de seguridad típico consta de un cinturón de regazo, que descansa sobre su pelvis, y un cinturón de hombro, que se extiende a través de su pecho. Las dos secciones del cinturón están bien aseguradas al marco del automóvil para mantener a los pasajeros en sus asientos.

Cuando el cinturón se usa correctamente, aplicará la mayor parte de la fuerza de frenado a la caja torácica y la pelvis, que son partes relativamente resistentes del cuerpo. Dado que los cinturones se extienden a lo largo de una amplia sección de su cuerpo, la fuerza no se concentra en un área pequeña, por lo que no puede causar tanto daño. Además, el cinturón de seguridad cincha está hecho de un material más flexible que el salpicadero o el parabrisas. Se estira un poco, lo que significa que la parada no es tan abrupta. Sin embargo, el cinturón de seguridad no debería ceder más que un poco, o podría golpear el volante o la ventana lateral. Los cinturones de seguridad seguros solo le permitirán avanzar ligeramente.

Unos carros zonas de deformación hacer el verdadero trabajo de suavizar el golpe. Las zonas de deformación son áreas en la parte delantera y trasera de un automóvil que colapsan con relativa facilidad. En lugar de que todo el automóvil se detenga abruptamente cuando choca contra un obstáculo, absorbe parte de la fuerza del impacto aplanándose, como una lata de refresco vacía. La cabina del automóvil es mucho más resistente, por lo que no se arruga alrededor de los pasajeros. Continúa moviéndose brevemente, aplastando la parte delantera del coche contra el obstáculo. Por supuesto, las zonas de deformación solo lo protegerán si se mueve con la cabina del automóvil, es decir, si está asegurado al asiento con el cinturón de seguridad..

El tipo de cinturón de seguridad más simple, que se encuentra en algunas montañas rusas, consiste en un trozo de cinta atornillada a la carrocería del vehículo. Estos cinturones lo sujetan firmemente contra el asiento en todo momento, lo cual es muy seguro pero no particularmente cómodo..

Los cinturones de seguridad del automóvil tienen la capacidad de extender y retraer -- puede inclinarse hacia adelante fácilmente mientras el cinturón permanece bastante tenso. Pero en una colisión, el cinturón se tensará repentinamente y lo mantendrá en su lugar. En la siguiente sección, veremos la maquinaria que hace que todo esto sea posible..

Un resorte en espiral hace girar el carrete para mantener tensas las correas del cinturón de seguridad.

En un sistema de cinturón de seguridad típico, la correa del cinturón está conectada a un mecanismo retractor. El elemento central del retractor es un carrete, que se adjunta a un extremo de la cinta. Dentro del retractor, un resorte aplica una fuerza de rotación, o esfuerzo de torsión, al carrete. Esto funciona para rotar el carrete de modo que enrolle las correas sueltas..

Cuando tira de la cinta, el carrete gira en sentido contrario a las agujas del reloj, lo que hace girar el resorte adjunto en la misma dirección. Efectivamente, el carrete giratorio funciona para desenroscar la primavera. El resorte quiere volver a su forma original, por lo que resiste este movimiento de torsión. Si suelta la cinta, el resorte se tensará, girando el carrete en el sentido de las agujas del reloj hasta que no quede más holgura en la correa..

El retractor tiene un mecanismo de bloqueo que evita que el carrete gire cuando el automóvil está involucrado en una colisión. Hay dos tipos de sistemas de bloqueo de uso común en la actualidad:

• sistemas desencadenado por el movimiento del coche
• sistemas desencadenado por el movimiento del cinturón

El primer tipo de sistema bloquea el carrete cuando el automóvil desacelera (cuando golpea algo, por ejemplo). El siguiente diagrama muestra la versión más simple de este diseño..

El elemento operativo central de este mecanismo es un péndulo ponderado. Cuando el automóvil se detiene repentinamente, la inercia hace que el péndulo se mueva hacia adelante. los trinquete en el otro extremo del péndulo agarra un dentado engranaje de trinquete adjunto al carrete. Con el trinquete agarrando uno de sus dientes, el engranaje no puede girar en sentido contrario a las agujas del reloj, ni tampoco el carrete conectado. Cuando la cinta se afloja nuevamente después del choque, el engranaje gira en el sentido de las agujas del reloj y el trinquete se desengancha.

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El segundo tipo de sistema bloquea el carrete cuando algo tira de las correas del cinturón. La fuerza de activación en la mayoría de los diseños es la velocidad de rotación del carrete. El diagrama muestra una configuración común.

El elemento operativo central en este diseño es un embrague centrífugo -- una palanca pivotante ponderada montada en el carrete giratorio. Cuando el carrete gira lentamente, la palanca no gira en absoluto. Un resorte lo mantiene en posición. Pero cuando algo tira de la cinta, gira el carrete más rápidamente, fuerza centrífuga impulsa el extremo ponderado de la palanca hacia afuera.

La palanca extendida empuja un leva pieza montada en la carcasa del retractor. La leva está conectada a un trinquete pivotante mediante un pasador deslizante. A medida que la leva se desplaza hacia la izquierda, el pasador se mueve a lo largo de una ranura en el trinquete. Esto empuja el trinquete hacia el engranaje de trinquete giratorio adjunto al carrete. El trinquete se bloquea en los dientes del engranaje, evitando la rotación en sentido antihorario.

En algunos sistemas de cinturones de seguridad más nuevos, pretensor también sirve para tensar las correas del cinturón. En la siguiente sección, veremos cómo funcionan estos dispositivos..

Cuando se enciende el gas, la presión empuja el pistón hacia arriba para girar el retractor.

La idea de un pretensor es tensar cualquier holgura en la correa del cinturón en caso de un choque. Mientras que el mecanismo de bloqueo convencional en un retractor evita que el cinturón se extienda más, el pretensor en realidad tira del cinturón. Esta fuerza ayuda a mover al pasajero a la posición óptima de choque en su asiento. Los pretensores normalmente funcionan junto con los mecanismos de bloqueo convencionales, no en su lugar..

Hay varios sistemas de pretensores diferentes en el mercado. Algunos pretensores tiran de todo el mecanismo del retractor hacia atrás y algunos hacen girar el carrete. Generalmente, los pretensores están conectados al mismo procesador de control central que activa las bolsas de aire del automóvil. El procesador monitorea mecánicas o electrónicas sensores de movimiento que responden a la desaceleración repentina de un impacto. Cuando se detecta un impacto, el procesador activa el pretensor y luego el airbag.

Algunos pretensores están construidos alrededor de motores eléctricos o solenoides, pero los diseños más populares hoy en día usan pirotécnica para tirar de la correa del cinturón. El siguiente diagrama muestra un modelo representativo.

El elemento central de este pretensor es una cámara de gas combustible. Dentro de la cámara, hay una cámara más pequeña con explosivos. encendedor material. Esta cámara más pequeña está equipada con dos electrodos, que están conectados al procesador central..

Cuando el procesador detecta una colisión, inmediatamente aplica una corriente eléctrica a través de los electrodos. La chispa de los electrodos enciende el material del encendedor, que se quema para encender el gas en la cámara. El gas en combustión genera una gran presión hacia el exterior. La presión empuja un pistón descansando en la cámara, impulsándola hacia arriba a alta velocidad.

Un engranaje de cremallera está sujeto a un lado del pistón. Cuando el pistón se dispara hacia arriba, el engranaje de cremallera engrana un engranaje conectado al mecanismo del carrete del retractor. La rejilla de velocidad hace girar el carrete con fuerza, enrollando las correas del cinturón flojas.

En choques severos, cuando un automóvil choca con un obstáculo a una velocidad extremadamente alta, el cinturón de seguridad puede causar daños graves. A medida que aumenta la velocidad de inercia de un pasajero, se necesita una fuerza mayor para detener al pasajero. En otras palabras, cuanto más rápido estés impactando, más fuerte te presionará el cinturón de seguridad..

Algunos sistemas de cinturones de seguridad utilizan limitadores de carga para minimizar las lesiones causadas por el cinturón. La idea básica de un limitador de carga es liberar un poco más del exceso de tejido del cinturón cuando se aplica mucha fuerza al cinturón. El limitador de carga más simple es un doblez cosido en la correa del cinturón. Las puntadas que sostienen el pliegue en su lugar están diseñadas para romperse cuando se aplica cierta fuerza al cinturón. Cuando las puntadas se separan, la cinta se despliega, lo que permite que el cinturón se extienda un poco más..

Los limitadores de carga más avanzados se basan en un barra de torsión en el mecanismo retractor. Una barra de torsión es solo un trozo de material metálico que giro cuando se le aplica suficiente fuerza. En un limitador de carga, la barra de torsión está asegurada al mecanismo de bloqueo en un extremo y al carrete giratorio en el otro. En un accidente menos severo, la barra de torsión mantendrá su forma y el carrete se bloqueará junto con el mecanismo de bloqueo. Pero cuando se aplica mucha fuerza a las correas (y por lo tanto al carrete), la barra de torsión se torcerá ligeramente. Esto permite que la cinta se extienda un poco más..

A lo largo de los años, los cinturones de seguridad han demostrado ser de lejos el dispositivo de seguridad más importante en automóviles y camiones. Sin embargo, de ninguna manera son infalibles, y los ingenieros de seguridad de los automóviles ven mucho margen de mejora en el diseño actual. En el futuro, los automóviles estarán equipados con mejores cinturones, mejores bolsas de aire y, muy probablemente, tecnología de seguridad completamente nueva. Por supuesto, el gobierno aún tendrá que abordar el mayor problema con los dispositivos de seguridad: lograr que la gente los use..

Para obtener más información sobre cinturones de seguridad y otros sistemas de seguridad, consulte los enlaces en la página siguiente.

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• Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras
• Administración Federal de Carreteras
• Instituto de Seguros para la Seguridad Vial
• Coalición automotriz para la seguridad vial
• Car-Safety.org