Industria é invenciones (1905-10-07 00:00:00), página 13

Los resortes motores

El empleo de resortes como motores, ó, para hablar más exactamente, como restituidores de trabajo, se limitaba antes á la relojería, pero se ha extendido mucho desde hace algunos años, usándose actualmente en una gran variedad de aplicaciones, entre las cuales citaremos: las cajas de música, los fonógrafos, los aparatos registradores, los telégrafos, los ventiladores, los juguetes mecánicos, etc. Se ha buscado de encontrarles otras salidas, tales como mover las máquinas de coser y otros aparatos relativos á usos domésticos, pero las más de las veces ha sido con poco éxito.

La mayoría de estas decepciones dependen, dice el Moniteur Industriel, del desconocimiento casi completo de los inventores sobre el sistema de acción de los resortes motores. El Allgemeine Uhrmacher Zeitung dedica á esta cuestión un interesante artículo, reproducido en el suplemento del Scientific American, y del cual se ocupa también el Moniteur Industriel.

Suecede diariamente que un fabricante de resortes ha de responder á la cuestión siguiente: ¿Cuál es el precio de un resorte que pueda dar un trabajo de... durante tres horas dando 100 vueltas? Tal pregunta implica la suposición que el trabajo que puede dar un determinado resorte es constante, lo que constituye un error fundamental. Un resorte enteramente arrollado ejerce su completo efecto solamente durante las primeras vueltas, y la fuerza decrece progresivamente á medida que se desarrolla. Resortes muy fuertes y muy largos no dan una fuerza algo considerable más que durante diez y ocho á veinte vueltas. Más allá, el rozamiento de las espiras unas contra otras absorbe la mayor parte de la energía. Para obtener una marcha de larga duración sería necesario recurrir al empleo de un regulador y de transmisiones cuya resistencia absorbería la mayor parte del efecto del resorte, aun suponiendo que se pudiese llegar á establecer estos aparatos con el cuidado y la precisión de una obra de relojería. El beneficio de estas complicaciones sería muy dudoso.

Se calcula á veces el trabajo que es susceptible de hacer un resorte, partiendo del volumen de una longitud dada del resorte, es decir, de su sección transversal. Este método es inexacto á pesar de su aparente exactitud teórica; se encuentra también á menudo una hipótesis no menos errónea, que es en cierto modo correlativa con la precedente, y es que el efecto de un resorte de espesor dado es proporcional á su ancho, ó de otra manera, que un resorte de ancho doble dará un trabajo doble (si en todas las demás cosas son iguales). Es necesario no perder de vista que la energía de un resorte de acero templado depende no solamente de la calidad del metal de que se compone, sino también de sus dimensiones, grueso, ancho y longitud, sobre todo de esta última, del diámetro del eje ó árbol sobre el cual se ha de arrollar, de la relación entre este diámetro y la longitud del resorte, y también, en una cierta medida, del estado de pulimento de las superficies de la lámina de acero, puesto que el rozamiento de las espiras unas con otras es una función no despreciable.

He aquí algunas reglas prácticas que pueden ser útiles para guiar en el empleo de los resortes como motores. En condiciones normales, el diámetro del árbol de arrollamiento no debe ser inferior al tercio del diámetro del barrilete que contiene el resorte, un segundo tercio es ocupado por el resorte arrollado y el tercer tercio es reservado para el desarrollo de las espiras. Si, por ejemplo, el barrilete tiene un diámetro de 60 mm., el árbol deberá tener 20 mm. y las espiras desarrolladas ocuparán 10 mm. de cada lado, sea 20 mm. en total; mientras que las espiras arrolladas tomarán 20 mm. igualmente.

Si se necesita un resorte, lo mejor es confiarse al fabricante, indicándole bien exactamente el empleo al cual el resorte va destinado, dejándole el cuidado de calcularle, porque la experiencia es la mejor guía en la materia; pero si por una razón cualquiera no se puede proceder así, es preferible tomar un resorte de longitud exagerada y ensayar en un tambor provisional. Se tanteará la longitud y los diámetros del tambor y del árbol, hasta que se llegue á proporciones satisfactorias, eliminando todo peso innútil, haciendo así el resorte lo menos caro posible. Estos ensayos conducirán á comprobar el hecho que el resorte ejerce tanto más esfuerzo de empuje cuanto menos largo es y que el diámetro del eje sobre el cual se arrolla es más pequeño; pero será necesario guardarse de deducir que se puede reducir al mínimo el diámetro de este árbol, lo que conduciría á pasar más allá del límite de elasticidad del acero del resorte, y, finalmente, á romperse éste. El diámetro del árbol debe ser de veinte á veinticinco veces el grueso del resorte.

Un factor de gran importancia es la relación entre el grueso y el ancho del resorte. Más este último es grande, más el resorte tiende á perder de su fuerza por un funcionamiento prolongado; al paso que resortes demasiado estrechos en relación á su grueso pierden rápidamente su fuerza de expansión. Para láminas de 0,5 milímetros de espesor el ancho debe ser, á lo menos, veinte veces el espesor; por un grueso comprendido entre 0,5 y 1 mm., el ancho debe ser treinta veces el espesor, y para un grueso mayor, cuarenta veces. Desde luego no se construyen resortes de relojería más anchos de 120 mm. ó más gruesos que 2 mm. Si se necesitan de una fuerza mayor, es preferible emplear dos resortes independientes mejor que un solo resorte de dimensiones anormales.

Si se tiene cuenta de las observaciones precedentes, se puede calcular un resorte muy fácilmente. El resorte desarrollado tiene un diámetro exterior igual al del barrilete en que debe ser contenido, al paso que el diámetro interior es el tercio del diámetro exterior. Si se multiplica el diámetro medio del anillo formado por el resorte, diámetro que es los \( \frac{7}{9} \) del diámetro exterior, por \( 3\pi/15 \), relación de la circunferencia al diámetro, y en seguida por el número de vueltas, que es fácil de conocer, se obtiene la longitud total del resorte. El número de vueltas puede ser obtenido dividiendo el espesor total del anillo por el espesor del acero del resorte.

Si, pues, un resorte de 1 mm. de espesor está arrollado dentro de un barrilete de 60 mm. de diámetro, la longitud calculada según lo dicho será de

\[
\frac{5 \times 60}{3} \times 3\pi/15 \times \frac{60 \times 1}{6}
\]

Reduciendo las fracciones, se tiene

\[
50 \times 3\pi/15 \times 10 = 1'57 \text{ m.}
\]

La ecuación precedente permite encontrar el espesor del resorte ó el diámetro del barrilete, si se da la longitud del resorte.

Es bastante difícil saber exactamente el número de vueltas que el árbol puede dar antes del desarrollo completo del resorte ó antes del agotamiento total de