¿Qué es un Muelle de Compresión?
Un muelle de compresión, también conocido como muelle helicoidal de compresión, es un dispositivo fabricado típicamente en metal, que ejerce una fuerza al ser comprimido y almacena energía en el proceso.
Estos muelles son comúnmente utilizados para generar una fuerza que empuja un objeto en sentido contrario. La fuerza reactiva del muelle se emplea para amortiguar impactos o soportar cargas en dirección opuesta.
Aplicaciones para Muelles de Compresión
Los muelles de compresión se utilizan en una gran variedad de aplicaciones.
1. Material de Papelería
El ejemplo de uso más conocido es el de la papelería, donde el muelle de compresión es el resorte de la punta de un bolígrafo. La fuerza de reacción del muelle de compresión se utiliza para devolver la mina del bolígrafo.
2. Mobiliario
También se utilizan en mecanismos de amortiguación como cierrapuertas, colchones de muelles y sofás.
3. Industria del Automóvil
En la industria del automóvil, se utilizan en los sistemas de suspensión de los vehículos. Así se absorben las vibraciones y los choques entre la carrocería del vehículo y los neumáticos, mejorando el confort de marcha.
4. Maquinaria Industrial
También se utilizan como amortiguadores y absorbentes de vibraciones en maquinaria y equipos industriales. La maquinaria industrial funciona a altas velocidades, lo que provoca choques y vibraciones en los elementos de la máquina. Los muelles de compresión se utilizan como amortiguadores de los elementos móviles y las estructuras de la máquina.
5. Juegos Infantiles e Instalaciones de Ocio
También se utilizan en parques infantiles e instalaciones de ocio. Se utilizan en saltos de parques infantiles, columpios y camas elásticas. En estos parques infantiles, los muelles de compresión se comprimen bajo el peso y la fuerza, y su fuerza de repulsión crea un elemento de diversión y juego.
Principio de los Muelles de Compresión
Los muelles de compresión funcionan siguiendo el principio de la ley de Hooke, que establece una relación proporcional entre la fuerza aplicada y la compresión o elongación del muelle. Esta relación está descrita por la ecuación “F = kx”, donde “F” es la fuerza, “k” es la constante del muelle y “x” es el desplazamiento.
El comportamiento del muelle obedece a la ley de Hooke, lo que significa que a medida que se comprime o estira el muelle, la fuerza que ejerce también varía proporcionalmente. La constante “k” del muelle representa su rigidez, siendo un valor mayor indicativo de un muelle más rígido.
Estos muelles son utilizados principalmente en condiciones de carga estática, donde la fluctuación de la carga es insignificante. Bajo esta condición, la tensión admisible del muelle no suele ser un problema, siempre que no exceda el límite elástico del material.
Para garantizar la seguridad y durabilidad del muelle, se debe tener en cuenta la relación entre el esfuerzo de torsión admisible y el diámetro del alambre, específico para cada tipo de material. Se recomienda utilizar los muelles de compresión en entornos donde la tensión máxima en el momento de su uso no exceda el 80% de la tensión de torsión admisible establecida.
Tipos de Muelles de Compresión
Existen dos tipos principales de muelle de compresión: muelles helicoidales de paso igual y muelles helicoidales de paso desigual. Se utilizan de forma diferente según la carga aplicada y la función requerida.
1. Muelle Helicoidal de Paso Igual
Se trata de un muelle de forma cilíndrica perfecta. La relación entre la carga y la deformación aplicada a un muelle es generalmente lineal. Como la relación entre carga y deformación es lineal, es fácil diseñar un muelle formulando la relación entre ambas.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que los muelles reales tienden a desviarse de los valores calculados en las regiones por debajo del 30% y por encima del 70% de la deformación total. Esto se debe al hecho de que cuando el muelle se comprime, la adherencia comienza en ambos extremos y el número efectivo de vueltas cambia.
Los muelles helicoidales de paso igual se utilizan en suspensiones de automóviles y teclados de ordenador.
2. Muelle Helicoidal de Paso Desigual
Son muelles que no tienen una forma cilíndrica perfecta. Existen muelles helicoidales cónicos, muelles helicoidales de pandeo y muelles helicoidales de pinzamiento. Básicamente, la relación entre la carga aplicada al muelle y la deflexión no es lineal.
Un muelle helicoidal cónico es un muelle helicoidal con forma cónica y tiene la característica de que las partes helicoidales no interfieren entre sí cuando se comprimen. Un muelle helicoidal con forma de comba es un muelle helicoidal con forma de comba y se utiliza cuando es necesario reducir el espacio en ambos extremos.
Un muelle con forma de bisagra es un muelle de espiral con forma de bisagra y tiene la ventaja de evitar interferencias cerca del centro cuando se comprime. Los muelles helicoidales de paso desigual se utilizan para muelles de contacto en cajas de pilas y asas de filtros de café.
¿Cómo Elegir un Muelle de Compresión?
A la hora de seleccionar un muelle de compresión, es necesario tener en cuenta los distintos valores que presenta cada muelle. En el caso de los muelles helicoidales de compresión, son importantes la constante del muelle, la longitud libre y el diámetro exterior.
El rango en el que se puede utilizar un muelle de compresión va desde la posición de la longitud libre hasta la longitud máxima de compresión permitida, por lo que hay que tenerlo en cuenta a la hora de seleccionar un muelle de compresión. Además, cuando los muelles de compresión se instalan en equipos, deben fijarse en ambos extremos a las piezas a las que van unidos. La selección se basa en la forma de estas piezas, etc.