AMORTIGUADORES

UNA BREVE HISTORIA

A comienzos del siglo XX, los automviles an se desplazaban sobre resortes de carruaje. Despus de todo, los primeros conductores tenan cosas ms importantes por las que preocuparse que la calidad de la suspensin, como mantener sus autos en circulacin sobre rocas y surcos que a menudo pretendan ser carreteras. Los fabricantes pioneros en la construccin de vehculos enfrentaron desde el primer momento los retos de mejorar el control por el conductor y la comodidad de los pasajeros. Estos primeros diseos de suspensin tenan las ruedas delanteras sujetas al eje utilizando husillos de la direccin y pivotes de la direccin. Esto permita que las ruedas pivotaran mientras el eje permaneca estacionario. Adems, la oscilacin hacia arriba y hacia abajo del resorte de lminas estaba amortiguada por un dispositivo llamado amortiguador.

Estos primeros amortiguadores eran simplemente dos brazos conectados por un perno con un disco de friccin entre ellos. La resistencia se ajustaba apretando o aflojando el perno. Como cabra esperar, los amortiguadores no eran muy duraderos y el rendimiento dejaba mucho que desear. Con los aos, los amortiguadores han evolucionado hacia diseos ms sofisticados.

AMORTIGUADOR MONOTUBO DE GAS En el amortiguador manotubo de gas presurizado, la camara de trabajo y la camara de las reservas de aceite se encuentran en un solo tubo cilindrico.Las diferencias del volumen del aceite, causadas por la varilla del embolo y por las variaciones de la temperatura del aceite, se compensan por medio de una camara de gas.

QU HACEN LOS AMORTIGUADORES Comencemos nuestra discusin de los amortiguadores con un punto muy importante: a pesar de lo que mucha gente piensa, los amortiguadores convencionales no soportan el peso del vehculo. En lugar de ello, el propsito principal del amortiguador es controlar el movimiento de los resortes y de la suspensin. Esto se logra transformando la energa cintica del movimiento de la suspensin en energa trmica, o energa calorfica, para disiparla a travs del fluido hidrulico. Los amortiguadores son bsicamente bombas de aceite. Hay un pistn sujeto al extremo de la barra del pistn y dicho pistn funciona contra el fluido hidrulico en el tubo de presin. A medida que la suspensin se desplaza hacia arriba y hacia abajo, el fluido hidrulico es forzado a travs de pequeos agujeros, llamados orificios, ubicados en el interior del pistn. Sin embargo, estos orificios dejan pasar solamente una pequea cantidad de fluido a travs del pistn. Esto reduce la velocidad de movimiento del pistn, lo cual a su vez reduce la velocidad de movimiento de los resortes y de la suspensin. La cantidad de resistencia que un amortiguador desarrolla depende de la velocidad de la suspensin y el nmero y tamao de los orificios ubicados en el pistn. Todos los amortiguadores modernos son dispositivos amortiguadores hidrulicos sensibles a la velocidad, lo cual significa que cuanto ms rpidamente se mueve la suspensin, ms resistencia proporciona el amortiguador. Debido a esta caracterstica, los amortiguadores se ajustan a las condiciones de la carretera. Como resultado de ello, los amortiguadores reducen la tasa de: Bounce Roll or sway Brake dive and Acceleration squatLos amortiguadores funcionan sobre el principio del desplazamiento de los fluidos tanto en el ciclo de compresin como en el de extensin. Un auto o camin ligero tpico tendr ms resistencia durante su ciclo de extensin que durante su ciclo de compresin. El ciclo de compresin controla el movimiento del peso no soportado por los resortes de un vehculo, mientras que la extensin controla el peso soportado por los resortes, que es ms grande.

Ciclo de compresin Durante el tiempo de compresin o movimiento hacia abajo, un poco de fluido circula a travs del pistn, de la cmara B a la cmara A, y un poco a travs de la vlvula de compresin, al tubo de reserva. Para controlar el flujo, hay tres etapas de valvulado tanto en el pistn como en la vlvula de compresin. En el pistn, el aceite fluye a travs de los puertos del aceite y, a velocidades bajas del pistn, Los sangrados de la primera etapa entran en juego y restringen la cantidad de flujo de aceite. Esto permite un flujo controlado de fluido de la cmara B a la cmara A. A velocidades ms rpidas del pistn, el aumento en la presin del fluido debajo del pistn en la cmara B hace que el disco se abra, alejndose del asiento de la vlvula. A velocidades altas, el lmite de los discos de la segunda etapa pasa gradualmente a las restricciones de los orificios de la tercera etapa. Por lo tanto, el control de la compresin es la fuerza que resulta de la presencia de una presin ms alta en la cmara B, la cual acta sobre la parte inferior del pistn y el rea de la barra del pistn.

CICLO DE EXTENSIN

A medida que el pistn y la barra se mueven hacia arriba, hacia la parte superior del tubo de presin, el volumen de la cmara A se reduce y por lo tanto est a una presin ms alta que la cmara B. Debido a esta presin ms alta, el fluido circula hacia abajo, a travs de la vlvula de extensin de 3 etapas del pistn, a la cmara B Sin embargo, el volumen de la barra del pistn ha sido extrado de la cmara B, lo cual aumenta enormemente su volumen. Por lo tanto, el volumen de fluido procedente de la cmara A es insuficiente para llenar la cmara B. La presin en el tubo de reserva es ahora mayor que la presin en la cmara B, lo cual fuerza a la vlvula de entrada de compresin a desasentarse. A continuacin, el fluido circula del tubo de reserva a la cmara B, manteniendo lleno el tubo de presin.

El control de la extensin es una fuerza presente como resultado de la presin ms alta en la cmara A, que acta en el lado superior del rea del pistn. DISEO DE UN AMORTIGUADOR Hoy en da se utilizan varios diseos de amortiguador: Diseos Bitubo Cargado con Gas PSD ASD Monotubo

DISEO BITUBO BSICO El diseo bitubo tiene un tubo interior, conocido como el tubo de trabajo o tubo de presin, y un tubo exterior conocido como el tubo de reserva. El tubo exterior se utiliza para almacenar el exceso de fluido hidrulico. Hay muchos tipos de montajes de amortiguador que se utilizan hoy en da. La mayora de stos utilizan bujes de caucho entre el amortiguador y el bastidor o la suspensin para reducir el ruido de la carretera y la vibracin de la suspensin que se transmiten. Los bujes de caucho son flexibles para permitir movimiento durante el recorrido de la suspensin. El montaje superior del amortiguador se conecta al bastidor del vehculo. Observe que la barra del pistn pasa a travs de una gua de barra y un sello en el extremo superior del tubo de presin. La gua de barra mantiene la barra en lnea con el tubo de presin y permite que el pistn se mueva libremente en el interior. El sello mantiene el aceite hidrulico en el interior y la contaminacin en el exterior. La vlvula de base ubicada en la parte inferior del tubo de presin se conoce como vlvula de compresin. Controla el movimiento del fluido durante el ciclo de compresin.

El dimetro interior es el dimetro del pistn y el interior del tubo de presin. Generalmente, cuanto ms grande sea la unidad, ms altos sern los niveles potenciales de control, debido al mayor desplazamiento del pistn y las reas de presin ms grandes. Cuanto ms grande sea el rea del pistn, ms pequeas sern la presin de funcionamiento y las temperaturas internas. Esto proporciona capacidades de amortiguacin ms altas. Los ingenieros de suspensiones seleccionan valores de valvulado para un vehculo especfico con el fin de lograr unas caractersticas ptimas de equilibrio y estabilidad de la suspensin en una amplia variedad de condiciones de conduccin. Su seleccin de resortes de vlvula y orificios de vlvula controla el flujo de fluido dentro de la unidad, lo cual determina la sensacin y la maniobrabilidad del vehculo.

DISEO BITUBO CARGADO CON GAS El desarrollo de los amortiguadores cargados con gas fue un importante avance en la tecnologa de control de la suspensin. Este avance resolvi muchos problemas de control de la suspensin debido a que un nmero cada vez mayor de vehculos estaba utilizando construccin monocuerpo y distancias entre ejes ms cortas, as como incrementando el uso de presiones de llantas ms elevadas. El diseo de los amortiguadores bitubo cargados con gas resuelve muchos de los problemas de control de la suspensin que existen hoy en da, al aadir una carga a baja presin de gas nitrgeno en el tubo de reserva. La presin del nitrgeno en el tubo de reserva vara de 100 a 150 psi, dependiendo de la cantidad de fluido que haya en dicho tubo. El gas desempea varias funciones importantes para mejorar las condiciones de control de la suspensin de un amortiguador.

La funcin principal de la carga de gas es minimizar la aireacin del fluido hidrulico. La presin del gas nitrgeno comprime las burbujas de aire en el fluido hidrulico. Esto evita que el aceite y el aire se mezclen y formen espuma. La espuma afecta al rendimiento porque puede ser comprimida, mientras que el fluido no puede ser comprimido. Con la aireacin reducida, el amortiguador es capaz de reaccionar ms rpidamente y ms previsiblemente, lo cual permite un tiempo de respuesta ms rpido y ayuda a mantener la llanta plantada firmemente en la superficie de la carretera. Una ventaja adicional de la carga con gas es que crea un leve aumento en la tasa de resorte proporcionada al vehculo. Esto no significa que un amortiguador cargado con gas elevara el vehculo hasta la altura de correcta si los resortes estuvieran pandeando. Ayuda a reducir el balanceo de la carrocera, la inclinacin, el cabeceo durante el frenado y el asentamiento durante la aceleracin.

Este leve aumento en la tasa de resorte es causado tambin por la diferencia en el rea de la superficie encima y debajo del pistn. Con una mayor rea de superficie debajo del pistn que encima de l, hay ms fluido presurizado en contacto con esta superficie. ste es el motivo por el cual un amortiguador cargado con gas se extender por s mismo. La funcin final importante de la carga con gas es permitir a los ingenieros una mayor flexibilidad en el diseo del valvulado. En el pasado, factores tales como la amortiguacin y la aireacin forzaban compromisos en el diseo.

Ventajas: Mejora la maniobrabilidad al reducir el balanceo, la inclinacin y el cabeceo Reduce la aireacin, con lo cual ofrece una mayor gama de control sobre una variedad ms amplia de condiciones de la carretera, en comparacin con las unidades sin carga con gas Desvanecimiento reducido: los amortiguadores pueden perder capacidad de amortiguacin a medida que se calientan durante el uso. Los amortiguadores cargados con gas podran reducir esta prdida de rendimiento, llamada desvanecimiento

Desventajas: Slo se puede montar en un sentidoUsos Actuales: Equipo original en muchas aplicaciones en autos de pasajeros, SUV y camiones ligeros estadounidenses

DISEO BITUBO - PSD En nuestra discusin anterior sobre los amortiguadores hidrulicos comentamos que, en el pasado, los ingenieros de suspensiones tenan que hacer un compromiso entre valvulado suave y valvulado firme. Con el valvulado suave, el fluido circula ms fcilmente. El resultado es una suspensin ms suave, pero con mala maniobrabilidad, mucho balanceo y mucha inclinacin. Cuando el valvulado es firme, el fluido circula menos fcilmente. Se mejora la maniobrabilidad, pero la suspensin se puede volver dura. Con la llegada de la carga con gas, los ingenieros de suspensiones pudieron abrir los controles de los orificios de estas vlvulas y mejorar el balance entre las capacidades de comodidad y control disponibles en los amortiguadores sensibles a la velocidad tradicionales.

Un salto ms all del control de la velocidad del fluido es una tecnologa avanzada que tiene en cuenta la posicin de la vlvula dentro del tubo de presin. Esto se denomina Amortiguacin Sensible a la Posicin (Position Sensitive Damping, o PSD). La clave de esta innovacin son las ranuras conificadas con precisin en el tubo de presin. Cada aplicacin es afinada individualmente, ajustando la longitud, profundidad y conicidad de esas ranuras, para asegurar que la suspensin brinde una comodidad ptima y se ofrezca control adicional. Esto crea, en esencia, dos zonas dentro del tubo de presin.

La primera zona, que es la zona de confort, es donde la conduccin normal tiene lugar. En esta zona, el recorrido del pistn se mantiene dentro de los lmites del rango intermedio del tubo de presin. Las ranuras conificadas permiten al fluido hidrulico pasar libremente alrededor y a travs del pistn durante su recorrido por el rango intermedio. Esta accin reduce la resistencia en el pistn, lo cual asegura una suspensin suave y cmoda.

La segunda zona, que es la zona de control, se utiliza durante situaciones de conduccin exigentes. En esta zona, el pistn se desplaza saliendo del rea del rango intermedio del tubo de presin y ms all de las ranuras. Todo el flujo de fluido es dirigido a travs del valvulado del pistn para brindar ms control de la suspensin del vehculo. El resultado es una mejora en la maniobrabilidad del vehculo y un mejor control sin sacrificar la comodidad de la suspensin.

Ventajas: Permite a los ingenieros de suspensiones ir ms all del simple valvulado sensible a la velocidad y usar la posicin del pistn para afinar la caracterstica de suspensin. Se ajusta ms rpidamente a las condiciones cambiantes de la carretera y del peso que los amortiguadores estndar Dos amortiguadores en uno: comodidad y controlDesventajas: Si la altura del vehculo no est dentro de los lmites especificados por el fabricante, el recorrido del pistn puede estar limitado a la zona de controlUsos Actuales: Principalmente mercado de accesorios bajo la marca Sensa-TracDiseo Bitubo - ASD Hemos examinado los compromisos realizados por los ingenieros de suspensiones para integrar la comodidad y el control en un amortiguador. Este compromiso ha sido reducido significativamente por la llegada de la tecnologa de amortiguacin cargada con gas y sensible a la posicin.

Un nuevo giro en el compromiso entre comodidad y control es una innovadora tecnologa que proporciona mayor control de la maniobrabilidad a la vez que mejora la comodidad que la suspensin brinda, denominada Aceleracin Sensible a la Suspensin (Acceleration Sensitive Damping, o ASD).

Esta tecnologa va ms all de la amortiguacin sensible a la velocidad tradicional para enfocar y absorber el impacto. Este enfoque en el impacto se logra utilizando un nuevo diseo de vlvula de compresin. Esta vlvula de compresin es un sistema mecnico de vuelta cerrada, que abre un desvo al flujo de fluido alrededor de la vlvula de compresin.

Este nuevo diseo especfico para la aplicacin permite realizar cambios diminutos dentro del tubo de presin basados en la informacin recibida de la carretera. La vlvula de compresin detectar un bache en la carretera y ajustar automticamente el amortiguador para que absorba el impacto, dejando al amortiguador con mayor control cuando se necesita. Debido al ajuste casi instantneo a los cambios en las condiciones de la carretera, la transferencia de peso del vehculo se controla mejor durante el frenado y las curvas. Esta tecnologa mejora el control por el conductor al reducir la inclinacin durante el frenado y el balanceo durante las curvas.

Ventajas: Se aumenta el control sin sacrificar la comodidad del conductor La vlvula se ajusta automticamente a los cambios en las condiciones de la carretera Reduce la aspereza de la suspensinDesventajas: Disponibilidad limitadaUsos Actuales: Principalmente aplicaciones del mercado de accesorios bajo la marca ReflexDISEO MONOTUBO Estos amortiguadores son amortiguadores cargados con gas a alta presin con un solo tubo,el tubo de presin. Dentro del tubo de presin hay dos pistones: un pistn divisor y un pistn de trabajo. El pistn de trabajo y la barra son muy similares al diseo del amortiguador bitubo. La diferencia en la aplicacin real es que un amortiguador monotubo se puede montar en posicin invertida o en posicin al derecho y funcionar de cualquiera las dos maneras. Adems de su flexibilidad de montaje, los amortiguadores monotubo son un componente significativo, junto con el resorte, para soportar el peso del vehculo.

Otra diferencia que usted puede notar es que el amortiguador monotubo no tiene una vlvula de base. En lugar de ello, todo el control durante la compresin y la extensin tiene lugar en el pistn.

El tubo de presin del diseo monotubo es ms grande que el del diseo bitubo para acomodar la longitud sin retirada. Sin embargo, esto dificulta la aplicacin de este diseo a los autos de pasajeros equipados con equipo original con un diseo bitubo. Un pistn divisor de flotacin libre se desplaza en el extremo inferior del tubo de presin, separando la carga de gas y el aceite.

El rea debajo del pistn divisor est presurizada a unas 360 psi con gas nitrgeno. Esta alta presin del gas ayuda a soportar parte del peso del vehculo. El aceite est ubicado en el rea situada encima del pistn divisor.

Durante el funcionamiento, el pistn divisor se mueve hacia arriba y hacia abajo a medida que la barra del pistn se mueve hacia dentro y hacia fuera del amortiguador, lo cual mantiene el tubo de presin lleno en todo momento.

Ventajas: Se puede montar en posicin invertida, lo cual reduce el peso no soportado por los resortes Puede funcionar ms fro, ya que el tubo de trabajo est expuesto al aireDesventajas: Difcil de aplicar a autos de pasajeros equipados con equipo original con diseos bitubo. Una abolladura en el tubo de presin destruir la unidadUsos Actuales: Equipo original en muchas aplicaciones de autos de pasajeros, SUV y camiones ligeros de importacin y estadounidenses de alto rendimiento Disponible para muchas aplicaciones del mercado de accesoriosAmortiguador monotubo El amortiguador monotubo apareci despus de la versin bitubo, originalmente como amortiguador de altas prestaciones para competicinEn el ao 1953 Christian Bourcier de Carbon invent y patent el amortiguador monotubo con gas presurizado a alta presin. Posteriormente se vendi una licencia a la empresa alemana Bilstein para poder fabricar unidades a mayor escala y para coches de calle, inicialmente se usaban para competicin , pero pronto Bilstein se di cuenta de la alta tecnologa y la seguridad poda estar al alcance del conductor de calle.

FUNCIONAMIENTO AMORTIGUADOR MONOTUBO

Carrera de compresin: A diferencia del Amortiguador monotubo, el monotubo no tiene cmara de de reserva de aceite, y como su nombre indica, el funcionamiento se produce dentro de un slo cilindro o tubo. El problema de ubicar el volumen de aceite desplazado por el espacio que ocupa el vstago, se soluciona con la incorporacin de una cmara con volumen variable. Para ello se incorpora un pistn flotante que separa la cmara hidrulica de la variable en la que se introduce un gas bajo presin que puede oscilar entre 20 y 40 bares. Al empujar hacia abajo el pistn del vstago, ste hace que el aceite empuje al pistn flotante y comprima el gas haciendo que la presin aumente en ambos lados, tanto en la cmara hidrulica como en la del gas. El aceite se ve obligado a pasar a travs de las vlvulas del pistn y la fuerza de amortiguacin viene dada por la resistencia que oponen dichas vlvulas al paso del aceite.

Carrera de extensin: Al estirar el vstago el pistn hacia arriba, el aceite que hay por encima del pistn hace que se comprima y tenga que pasar por las vlvulas, y la resistencia que encuentra a su paso es la fuerza de amortiguacin en extensin, debido a la disminucin de presin por debajo del pistn, hace que el pistn flotante recupere su posicin original

Ventajas del amortiguador monotubo

Las ventajas de un sistema monotubo frente a un sistema bitubo no presurizado son varias: Mejor refrigeracin ya que la cmara est en contacto directo con el aire, hay que tener en cuenta que el aceite puede alcanzar temperaturas cercanas a los 150 grados ya que la misin del amortiguador es transformar la energa cintica en calorfica. Mayor dimetro de pistn a igual dimetro de carcasa, lo que permite reducir las presiones de operacin. El nivel de aceite no cae por gravedad despus de un perodo de inactividad, ya que el gas presurizado lo mantiene bajo presin, ello evita funcionamientos deficientes al arrancar en fro. Debido a la cmara de gas se evita la formacin de burbujas y espuma evitando problemas de cavitacin, resultando en una amortiguacin eficaz incluso con pequeas vibraciones de alta frecuencia. Gracias a la cmara de gas, la posicin de montaje, su transporte y almacenamiento no queda restringida. Como desventajas por citar algunas, pero que no son determinantes; mayor coste de produccin por la utilizacin de materiales de ms calidad y mayor precisin de tolerancias para la estanqueidad del gas.Debido a la presin del gas puede levantar la carrocera unos milmetros as como su centro de gravedad, con lo cual hace que sea recomendable el reajuste de las cotas de altura y de geometra.