Suspensión neumática

La suspensión neumática es un tipo de suspensión vehicular accionada por una bomba o compresor de aire eléctrico o accionado por motor . Este compresor bombea aire a un fuelle flexible , generalmente fabricado con caucho reforzado con textiles. A diferencia de la suspensión hidroneumática , que ofrece muchas características similares, la suspensión neumática no utiliza líquido a presión, sino aire a presión. La presión del aire infla el fuelle y eleva el chasis desde el eje.

La suspensión neumática se utiliza en lugar de los muelles de acero convencionales en vehículos pesados ​​como autobuses y camiones , y en algunos turismos. Se usa ampliamente en semirremolques y trenes (principalmente trenes de pasajeros ).

El objetivo de la suspensión neumática es proporcionar una conducción suave y constante , aunque en algunos casos se utiliza para la suspensión deportiva. Los sistemas modernos controlados electrónicamente en automóviles y camionetas ligeras casi siempre incorporan autonivelación, además de funciones de elevación y descenso. Si bien tradicionalmente se les denomina bolsas de aire o fuelles neumáticos , el término correcto es resorte neumático (aunque estos términos también se utilizan para describir simplemente el fuelle de goma con sus placas terminales).

El 7 de enero de 1901, el ingeniero británico Archibald Sharp patentó un método para fabricar un sello que permitía el uso de aparatos neumáticos o hidráulicos, descrito como un "sello de guante rodante" ^{[ 1 ]} , y el 11 de enero de 1901 solicitó una patente para el uso del dispositivo en la suspensión neumática de bicicletas ^{[ 2 ]} . Posteriormente se realizaron otros desarrollos utilizando este sello de 1901 ^{[ 3 ] [ 4 ].} Una empresa llamada Air Springs Ltd comenzó a producir la motocicleta ASL en 1909 ^{[ 5 ]} . Esta era inusual por tener suspensión neumática delantera y trasera, siendo la suspensión trasera poco común en cualquier tipo de motocicleta en ese momento. Las unidades de suspensión eran similares a las horquillas de viga normales, con el resorte reemplazado por una unidad de aire telescópica que podía presurizarse para adaptarse al conductor. La producción de las motocicletas cesó en 1914.

El 22 de enero de 1901, el estadounidense William W. Humphreys patentó una idea: un «resorte neumático para vehículos». ^{[ 6 ]} El diseño consistía en un resorte neumático izquierdo y otro derecho, canalizados longitudinalmente a lo largo de casi todo el vehículo. Los canales eran cóncavos para alojar dos largos cojines neumáticos. Cada uno estaba cerrado en un extremo y provisto de una válvula de aire en el otro. ^{[ 7 ]}

Desde 1920, el francés George Messier proporcionó sistemas de suspensión neumática para el mercado de repuestos . ^{[ 8 ]} Sus propios automóviles Messier de 1922-1930 presentaban una suspensión "para mantener el coche en el aire sobre cuatro burbujas de gas". ^{[ 9 ]}

Durante la Segunda Guerra Mundial , Estados Unidos desarrolló la suspensión neumática para aeronaves pesadas con el fin de reducir el peso mediante una construcción compacta. Los sistemas neumáticos también se utilizaron en camiones pesados ​​y aeronaves para lograr una suspensión autonivelante . Con una presión de aire ajustable, la altura del eje era independiente de la carga del vehículo. ^{[ 10 ]}

En 1946, el estadounidense William Bushnell Stout construyó un prototipo no producido del Stout Scarab que presentaba numerosas innovaciones, incluido un sistema de suspensión neumática independiente en las cuatro ruedas. ^{[ 11 ]}

En 1950, Air Lift Company patentó un resorte neumático de goma que se insertaba en el muelle helicoidal original del automóvil. El resorte neumático se expandía en los espacios del muelle helicoidal, impidiendo que este se comprimiera por completo y que el vehículo se hundiera. Los resortes neumáticos también se utilizaron comúnmente en los autos de carreras de NASCAR durante muchos años. ^{[ 12 ]}

En 1954, el francés Paul Magès desarrolló una suspensión hidroneumática de aire/aceite funcional , que incorporaba las ventajas de los conceptos anteriores de suspensión neumática, pero con fluido hidráulico en lugar de aire a presión. ^{[ 13 ]} Citroën reemplazó los resortes de acero convencionales en el eje trasero de su modelo tope de gama, el Traction Avant 15 Hydraulique . ^{[ 14 ]} En 1955, el Citroën DS incorporó una suspensión hidroneumática en las cuatro ruedas. Esta combinaba una suspensión muy suave y cómoda, con movimientos controlados, para una conducción precisa, junto con una suspensión autonivelante . ^{[ 15 ]}

En 1956, la suspensión neumática se utilizó en el Aerotrain experimental de EMD .

En Estados Unidos, General Motors se basó en su experiencia de la Segunda Guerra Mundial con la suspensión neumática para camiones y aviones. Introdujo la suspensión neumática como equipamiento estándar en el nuevo Cadillac Eldorado Brougham de 1957. ^{[ 16 ]} Un conjunto de "cúpula de aire" en cada rueda incluía sensores para compensar las irregularidades de la carretera y mantener automáticamente la altura del coche. ^{[ 17 ]} En 1958 y 1959, el sistema continuó en el Eldorado Brougham y se ofreció como opción con coste adicional en otros Cadillac. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

En 1958, Buick introdujo una suspensión neumática opcional con cuatro cilindros de aire (en lugar de los resortes helicoidales convencionales) para nivelación automática, así como un control de elevación en el tablero para elevar el auto 5.5 pulgadas (139.7 milímetros) para su uso en rampas empinadas o caminos rurales con baches, así como para facilitar el cambio de neumáticos o la limpieza de los neumáticos de banda blanca . ^{[ 20 ]} Para 1959, Buick ofreció un sistema de suspensión neumática opcional en todos los modelos que combinaba resortes helicoidales de acero de baja rigidez en la parte delantera con resortes neumáticos en la parte trasera. ^{[ 21 ]}

Un sistema de suspensión neumática opcional estaba disponible en los Rambler Ambassador de 1958 y 1959 , así como en todos los modelos de camioneta familiar "Cross Country" de American Motors . ^{[ 22 ] [ 23 ]} El "Air-Coil Ride" utilizaba un compresor accionado por el motor , un depósito, bolsas de aire dentro de los resortes helicoidales y un control de altura de conducción, pero el sistema opcional de $99 no fue popular entre los compradores y American Motors (AMC) lo descontinuó en 1960. ^{[ 22 ] [ 24 ]}

Solo Cadillac continuó ofreciendo suspensión neumática hasta el año modelo 1960, donde era equipamiento estándar en el Eldorado Seville , Biarritz y Brougham. ^{[ 25 ]}

En 1960, el Borgward P 100 fue el primer automóvil alemán con suspensión neumática autonivelante. ^{[ 26 ]}

En 1962, la plataforma Mercedes-Benz W112 incorporó una suspensión neumática en los modelos 300SE. ^{[ 10 ]} El sistema utilizaba una válvula principal Bosch con dos válvulas de eje en la parte delantera y una en la trasera. Estas controlaban un resorte neumático cónico en cada eje de rueda. El sistema mantenía una altura de conducción constante mediante un depósito de aire que se llenaba con un compresor de aire monocilíndrico accionado por el motor. En 1964, el Mercedes-Benz 600 utilizó resortes neumáticos más grandes y el sistema de aire comprimido también alimentaba el servofreno.

Rolls-Royce incorporó una suspensión autonivelante en el Rolls-Royce Silver Shadow de 1965 , un sistema fabricado bajo licencia de Citroën .

En 1975, el Mercedes-Benz 450SEL 6.9 incorporó una suspensión hidroneumática cuando las patentes de la tecnología habían expirado. ^{[ 10 ]} Este diseño reemplazó el costoso, complejo y problemático sistema de aire comprimido que todavía se utilizaba en los modelos 600 hasta 1984. ^{[ 10 ]}

La suspensión neumática no se incluyó en los automóviles estadounidenses de producción estándar entre 1960 y 1983. En 1984, Ford Motor Company incorporó un nuevo diseño como característica en el Lincoln Continental Mark VII .

En 1986, Nissan instaló una modificación con airbag en los amortiguadores MacPherson de los modelos Cedric y Gloria .

Dunlop Systems Coventry UK también fue pionera en la suspensión neumática controlada electrónicamente (ECAS) para vehículos todoterreno; el término ECAS fue registrado como marca comercial. El sistema se instaló por primera vez en el Land Rover Range Rover modelo 1993.

En 2005, el GM Hummer H2 incorporó un sistema de suspensión neumática trasera opcional con un sistema de control de compresor doble de Dunlop para facilitar el inflado de los neumáticos en aplicaciones todoterreno.

Las marcas de vehículos que han utilizado suspensión neumática en sus modelos incluyen: Audi , Acura , ^{[ 27 ]} Bentley , BMW , Cadillac , Citroën , Ford , Genesis , Hummer , Hyundai , Jaguar , Jeep , Land Rover , Lamborghini , Lexus , Lincoln , Mercedes-Benz , Mercedes-Maybach , Porsche , Ram , Rivian , Rolls-Royce , SsanYong , Subaru , Tesla , Volkswagen , Volvo y más.

Empresas como Jaguar y Porsche han incorporado en algunos de sus modelos sistemas que modifican la rigidez de los muelles y la amortiguación de la suspensión, entre otros ajustes, para sus modos deportivo/de pista. El Lincoln Mark VIII contaba con ajustes de suspensión vinculados al sistema de memoria de los asientos, lo que permitía que el coche ajustara automáticamente la suspensión a cada conductor.

La mayoría de los diseños de suspensión neumática permiten ajustar la altura , lo que facilita el acceso al vehículo, sortear baches o terrenos irregulares. Dado que un automóvil con menor altura libre al suelo presenta características aerodinámicas diferentes, los fabricantes pueden utilizar la tecnología de suspensión activa para mejorar la eficiencia o el manejo. Tesla , por ejemplo, utiliza la "Suspensión Neumática Activa" en los modelos S y X para bajar o subir el vehículo y así optimizar la aerodinámica y aumentar la autonomía. ^{[ 28 ]}

En 2014, el nuevo Mercedes Clase S Coupé introdujo una actualización del Magic Body Control, denominada Active Curve Tilting. ^{[ 29 ]} Este nuevo sistema permite que el vehículo se incline hasta 2,5 grados en una curva, de forma similar a un tren basculante . La inclinación tiene como objetivo contrarrestar el efecto de la fuerza centrífuga sobre los ocupantes y solo está disponible en los modelos de tracción trasera. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

La suspensión neumática se ha popularizado en la cultura de los automóviles personalizados: los hot rods , camiones, coches e incluso motocicletas pueden tener muelles neumáticos. Se utilizan en estas aplicaciones para proporcionar una suspensión ajustable que permite que los vehículos se asienten muy bajos, pero que a la vez puedan elevarse lo suficiente como para sortear obstáculos e irregularidades en superficies pavimentadas. Estos sistemas suelen emplear compresores de aire pequeños, eléctricos o accionados por motor , que a veces llenan un depósito de aire comprimido integrado que almacena aire comprimido para su uso posterior sin demora. Es importante que el depósito tenga el tamaño adecuado para la tarea y que este se pueda calcular mediante una fórmula específica que involucra la potencia del compresor, la presión atmosférica estándar y la presión de compresión. ^{[ 32 ]}

En algunos sistemas de suspensión neumática más avanzados, se utilizan botellas de gas industrial a alta presión (como tanques de nitrógeno o dióxido de carbono para almacenar gases de protección en soldadura). Cualquiera de estos sistemas de depósito puede ser totalmente ajustable, permitiendo regular la presión de aire de cada rueda individualmente. Esto permite al usuario inclinar el vehículo lateralmente, hacia adelante y hacia atrás, en algunos casos realizar un "golpe de tres ruedas" (contorsionar el vehículo para que una rueda se levante del suelo) o incluso hacer que el vehículo salte por los aires. Cuando hay un depósito de presión, el flujo de aire o gas se controla normalmente mediante electroválvulas neumáticas . Esto permite al usuario realizar ajustes simplemente pulsando un botón o interruptor eléctrico de contacto momentáneo.

La instalación y configuración de estos sistemas varía según la marca y el modelo, pero el principio básico es el mismo. Se retira el muelle metálico (helicoidal o de lámina) y se inserta o fabrica una bolsa de aire, también conocida como amortiguador neumático, para que encaje en el lugar del muelle original. Al suministrar presión de aire a la bolsa de aire, la suspensión se puede ajustar hacia arriba o hacia abajo.

En vehículos con suspensión de ballestas, como las camionetas pickup, a veces se elimina la ballesta y se reemplaza por un sistema de barras múltiples. Estas barras suelen estar configuradas en brazos de arrastre , y el resorte neumático puede ubicarse verticalmente entre una barra de enlace o la carcasa del eje y un punto del chasis del vehículo. En otros casos, la bolsa de aire se ubica en el lado opuesto del eje con respecto a las barras de enlace principales, en un elemento adicional en voladizo. Si las barras de enlace principales están orientadas paralelamente al eje longitudinal (de tracción) del automóvil, la carcasa del eje puede estar restringida lateralmente mediante una barra Panhard o un mecanismo de Watt . En algunos casos, dos de las barras de enlace pueden combinarse en forma triangular, lo que restringe eficazmente el eje del vehículo lateralmente.

A menudo, los propietarios pueden desear bajar su vehículo hasta tal punto que deben cortar partes del chasis para obtener más espacio libre. Un elemento de refuerzo comúnmente conocido como muesca en C se atornilla o suelda al chasis del vehículo para mantener la integridad estructural. Específicamente en las camionetas pickup, este proceso se denomina "muesca" porque también se puede quitar una parte (muesca) de la caja de carga, junto con los pasos de rueda, para proporcionar el máximo espacio libre para el eje. ^{[ 33 ]} Para algunos, es deseable que el vehículo esté tan bajo que el chasis descanse en el suelo cuando las bolsas de aire están completamente desinfladas. Los propietarios generalmente eligen entre que sus autos "encajan" sus ruedas en los pasos de rueda cuando su suspensión neumática está completamente bajada o pueden optar por el "ajuste", que en conjunto con neumáticos estirados hace que el propio paso de rueda encaje entre el neumático y la llanta.

La suspensión neumática también es una mejora común para quienes remolcan o transportan cargas pesadas con su camioneta, SUV, furgoneta o automóvil. Los resortes neumáticos, también llamados "resortes neumáticos auxiliares", se instalan en los componentes de suspensión existentes en la parte trasera o delantera del vehículo para aumentar la capacidad de carga. Una de las ventajas de usar la suspensión neumática como refuerzo de carga es que los resortes neumáticos se pueden desinflar cuando no se está remolcando o transportando carga, manteniendo así la calidad de marcha de fábrica. ^{[ 34 ]}

La falla de las bolsas de aire o los amortiguadores neumáticos generalmente se debe a la corrosión húmeda, a la antigüedad o a la humedad dentro del sistema neumático que lo daña desde el interior. Las piezas de la suspensión neumática pueden fallar debido a que el caucho se reseca. Las perforaciones en las bolsas de aire pueden ser causadas por escombros en la carretera . En aplicaciones personalizadas, una instalación incorrecta puede provocar que las bolsas de aire rocen contra el chasis del vehículo u otras partes circundantes, dañándolo. La extensión excesiva de un resorte neumático que no está suficientemente restringido por otros componentes de la suspensión, como un amortiguador, también puede provocar la falla prematura del resorte neumático debido al desgarro de las capas flexibles. La falla de un resorte neumático también puede resultar en la inmovilización total del vehículo, ya que este rozará contra el suelo o estará demasiado alto para moverse. Sin embargo, la mayoría de los sistemas automotrices modernos han superado muchos de estos problemas.

La falla de la línea de aire es una falla en el tubo que conecta las bolsas de aire o los amortiguadores al resto del sistema neumático, y generalmente se trata de una línea de freno neumático de nailon homologada por el DOT. Esto suele ocurrir cuando las líneas de aire, que deben dirigirse a las bolsas de aire a través del chasis del vehículo, rozan contra un borde afilado de un miembro del chasis o un componente móvil de la suspensión, provocando la formación de un orificio. Este tipo de falla generalmente tarda un tiempo en producirse después de la instalación inicial del sistema, ya que la integridad de una sección de la línea de aire se ve comprometida hasta el punto de fallar debido al roce y la abrasión resultante del material. Una falla de la línea de aire también puede ocurrir si un objeto de la carretera golpea una línea de aire y la perfora o la desgarra, aunque esto es poco probable que ocurra en el uso normal en carretera. Ocurre en condiciones extremas fuera de carretera, pero sigue siendo poco común si la instalación es correcta.

Las averías en los racores neumáticos suelen producirse al instalarlos por primera vez o, muy raramente, durante su uso. Los componentes baratos y de baja calidad tienden a ser muy poco fiables. Los racores neumáticos se utilizan para conectar componentes como bolsas, válvulas y solenoides a la línea de aire que transporta el aire. Se enroscan en el componente y, por lo general, se inserta una manguera DOT de tipo push-in o push-to-fit en el racor.

La falla del compresor se debe principalmente a fugas en los resortes o amortiguadores neumáticos. El compresor se quemará al intentar mantener la presión de aire correcta en un sistema neumático con fugas. El sobrecalentamiento del compresor también puede ser causado por la humedad del sistema neumático que entra en contacto con sus componentes electrónicos. Esto es mucho más probable que ocurra con compresores de bajas especificaciones y ciclo de trabajo insuficiente, que a menudo se compran por su bajo costo. Para mayor redundancia en el sistema, dos compresores suelen ser una mejor opción. ^{[ 38 ]}

En caso de avería del secador , este, cuya función es eliminar la humedad del sistema de aire, acaba saturándose y quedando incapacitado para realizar dicha función. Esto provoca una acumulación de humedad en el sistema, lo que puede ocasionar daños en los amortiguadores neumáticos o incluso la avería del compresor.

Los resortes neumáticos se utilizan en las suspensiones de autobuses debido a sus numerosas ventajas sobre los resortes mecánicos. En comparación con un resorte mecánico, la suspensión neumática se adapta a diferentes pesos del vehículo aumentando la presión en la bolsa de aire, lo que permite mantener la altura del vehículo en un valor determinado. Los autocares estándar también cuentan con un sistema llamado elevador de ferry, que eleva el vehículo y aumenta su ángulo ventral . ^{[ 39 ]} Este sistema facilita la carga y descarga del autocar en los transbordadores debido a sus rampas empinadas y al riesgo de que roce con el suelo, pero también puede utilizarse en terrenos irregulares o en crestas pronunciadas. Aunque el elevador de ferry puede estar instalado en algunos autobuses, el sistema Kneel Down es más común en los autobuses de transporte público. Esto ayuda a reducir la altura del escalón para facilitar el acceso de los pasajeros. El sistema Kneel Down también se utiliza al usar las rampas para sillas de ruedas integradas. Debido a sus múltiples ventajas, la suspensión neumática se ha utilizado ampliamente en vehículos comerciales desde 1980. ^{[ 40 ]}

• "Preguntas frecuentes y terminología sobre suspensión neumática" . airliftperformance.com. 7 de marzo de 2014.
• "Terminología de suspensión neumática" . airliftcompany.com. 11 de noviembre de 2013.
• "Suspensión neumática: ¿Cómo funciona realmente?" . luftfjadring24.se. 17 de abril de 2024.