El ingeniero Carlos García Vidaurreta ha demostrado en su tesis doctoral, defendida en la Universidad Pública de Navarra (UPNA), que los muelles planos pueden sustituir a los muelles helicoidales convencionales en ciertos sistemas de suspensión. En una de las aplicaciones desarrolladas, estos elementos se instalaron en un remolque ligero de carga, el cual superó la inspección técnica de vehículos (ITV) conforme a la normativa europea, mostrando un comportamiento ligeramente superior al del componente original.
Disipadores mecánicos de energía: una solución innovadora
Los dispositivos estudiados, denominados disipadores mecánicos de energía o MEA, son piezas planas, generalmente metálicas, que presentan patrones geométricos radiales. Estos cortes forman brazos flexibles que conectan anillos concéntricos. Cuando se aplica una fuerza perpendicular al plano del disco, los brazos se deforman, permitiendo al dispositivo absorber una cantidad significativa de energía, según explica el autor de la tesis.
El comportamiento de cada pieza puede modificarse mediante parámetros como el número, longitud y anchura de los brazos, espesor del disco, cantidad de anillos o separación entre ellos. Esta capacidad de adaptación permite que la pieza se ajuste a funciones diversas, como la absorción de impactos, control de vibraciones o protección de estructuras y componentes mecánicos.
Impacto en la seguridad y sistemas de protección
Parte de la investigación se centró en el comportamiento de estos disipadores cuando la fuerza aplicada provoca una deformación permanente del material. Este funcionamiento puede ser útil en sistemas de seguridad para reducir los efectos de impactos o movimientos sísmicos, ya que el dispositivo absorbe energía al deformarse y puede reemplazarse después del suceso. Para estudiar este proceso, se diseñaron geometrías mediante análisis por elementos finitos, fabricándose modelos que se sometieron a ensayos mecánicos para comprobar la precisión de las simulaciones.
El estudio también analizó otras configuraciones, constatando que dispositivos con dimensiones iguales y capacidades de absorción similares pueden responder de forma diferente durante la aplicación de la carga. Esta característica permite seleccionar la geometría más adecuada según el comportamiento mecánico requerido.
Avances en la regulación de la rigidez de los muelles planos
Otra aportación de la tesis ha sido desarrollar un sistema de muelles planos para reemplazar el muelle helicoidal de la suspensión de un remolque utilitario. Esta solución utiliza discos previamente deformados cuya respuesta mecánica reproduce la del componente convencional. La geometría se definió mediante simulaciones informáticas y se comprobó con ensayos sobre prototipos. Completadas las pruebas, el nuevo sistema se instaló en el remolque y se evaluó en una estación oficial de ITV, cumpliendo los requisitos de homologación europea.
El sistema desarrollado permite variar la longitud útil de los brazos flexibles del disco, modificando su rigidez sin reemplazar el muelle. Su comportamiento se estudió mediante simulaciones y se validó con una máquina de ensayos de tracción. El dispositivo se probó como amortiguador de las vibraciones generadas por un motor sometido a cargas variables, ajustando la rigidez del muelle para evitar la resonancia.
Revisión y validación de estudios previos
La investigación también incluyó una revisión de estudios publicados sobre muelles planos y su uso como disipadores mecánicos de energía. Estos componentes se utilizan en sistemas microelectromecánicos, robótica, transporte, refrigeración, control de vibraciones y aplicaciones de micro y nanoprecisión. El análisis mostró que el acero inoxidable es el material más empleado, y los principales procedimientos de fabricación incluyen la electroerosión por hilo, corte por láser y corte por chorro de agua.
La revisión constató que cerca de un tercio de los trabajos analizados no incluía pruebas experimentales. La tesis subraya la necesidad de contrastar modelos matemáticos y simulaciones con piezas fabricadas y ensayos físicos, como se ha hecho en los dispositivos desarrollados en esta investigación.
Carlos García Vidaurreta, nuevo doctor por la UPNA, ha cursado el grado en Ingeniería en Diseño Mecánico y el máster universitario en Ingeniería Mecánica Aplicada y Computacional. Ha trabajado en la oficina técnica de Ventilación Axial Ibérica y ha desarrollado actividad docente en la Universidad Internacional de La Rioja y en la UPNA, donde imparte la asignatura Tecnología Avanzada del Prototipado y dirige trabajos de fin de grado.
