Los muelles metálicos desempeñan un papel importante en la producción, procesamiento y envasado de alimentos. Desde el procesado de alimentos hasta los sistemas de llenado y envasado, los muelles de compresión, los muelles de extensión y los muelles de torsión garantizan el suministro fiable de fuerzas en innumerables procesos. Tienen que funcionar con precisión mecánica y cumplir las normas de higiene y seguridad más estrictas. ¿Qué funciones cumplen los distintos tipos de muelles? ¿Qué requisitos de material y superficie son importantes en el entorno alimentario? Gutekunst Federn te explica a continuación cómo elegir el muelle adecuado de forma práctica y compacta.
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Muelles de compresión en la industria alimentaria
Los muelles de compresión, también conocidos como muelles helicoidales, son acumuladores mecánicos de fuerza que absorben fuerzas cuando se comprimen y las vuelven a liberar cuando se sueltan. Se caracterizan por una curva desplazamiento-fuerza mayoritariamente lineal (curva característica del muelle constante del muelle), que puede definirse mediante una geometría cilíndrica del muelle y la selección del material del muelle. Si la geometría del muelle es cónica o bicónica, el muelle de compresión también puede proporcionar una curva característica desplazamiento-fuerza progresiva. El diseño cónico también puede realizarse de forma que las espiras caigan unas dentro de otras. Esto significa que el muelle de compresión también puede utilizarse en espacios de instalación axialmente restringidos, en los que la altura de bloque del muelle corresponde aproximadamente al doble del grosor del alambre.
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En la industria alimentaria, los muelles de compresión se utilizan en:
- Tecnología de llenado y sellado: mediante presión de contacto definida, guiado y centrado.
- Válvulas / válvulas de proceso: reajustando y reteniendo las fuerzas de cierre.
- Dosificadores: gracias a las fuerzas restauradoras reproducibles y a la compensación de tolerancia.
- Transportadoras y empaquetadoras: con cojinetes elásticos, amortiguación e igualación de fuerzas.
Información especial de diseño para muelles de compresión:
- Guía contra el pandeo: Los muelles de compresión delgados necesitan un mandril o manguito para evitar la desviación lateral.
- Evita la fricción: Cualquier rozamiento debe evitarse por diseño, ya que el calor resultante provoca una pérdida de fuerza del muelle. Este cambio en el efecto muelle se denomina histéresis.
- Ten en cuenta el comportamiento de ajuste: Los muelles de compresión pueden perder fuerza bajo tensión permanente y temperaturas más altas. Esta pérdida de fuerza se denomina relajación. Se tiene en cuenta en el diseño del muelle como un porcentaje de la fuerza inicial «F1».
- Resistencia a la fatiga: los muelles de compresión pueden diseñarse para la resistencia a la fatiga (10 a la potencia de 7 ciclos de carga). Los muelles cónicos, bicónicos y de colmena, con una característica de muelle progresivo, favorecen la resistencia a la fatiga de los muelles de compresión.
Muelles de extensión en la industria alimentaria
Los muelles de tracción son acumuladores mecánicos de fuerza que, a diferencia de los muelles de compresión, absorben fuerzas cuando se separan (cuando se estiran) y las vuelven a liberar cuando se sueltan. El muelle de tracción cilíndrico también tiene una característica de desplazamiento-fuerza lineal, que viene definida por la geometría del muelle y la selección del material del muelle. Con geometría de muelle cónica o bicónica, el muelle de tracción proporciona una curva característica de desplazamiento-fuerza progresiva. El muelle de tracción se caracteriza por la precarga (FO) creada por las espiras muy juntas. Esto es ventajoso para los mecanismos de pretensado sin juego. El diseño de los extremos del muelle es especialmente versátil en el caso de los muelles de tracción: además de la forma habitual de ojal alemán, ojal inglés o gancho individual, también se pueden utilizar extremos de muelle atornillados o enrollados para cargas pesadas.
Más información en https://blog.federnshop.com/es/muelles-de-traccion-de-informacion/
En la industria alimentaria, los muelles de tracción se utilizan en:
- Técnica de transporte: para elementos de sujeción y reajuste, compensación de tolerancias.
- Máquinas envasadoras: para reajustar pinzas y tensar láminas.
- Cubiertas protectoras / puertas / trampillas de mantenimiento: para fijación y retorno.
Información de diseño especial para muelles de tracción:
- Los ojales como punto débil: El aumento de la tensión de flexión en la curva de transición al ojal aumenta el riesgo de rotura del ojal. La aplicación céntrica de la fuerza en el vértice del ojal es una ventaja en este caso.
- Evita las fuerzas laterales: Carga los muelles de tracción sólo en dirección axial.
- Diseño cónico: Los diseños de muelle de tracción cónicos tienen una característica de muelle progresivo y pueden prolongar su vida útil.
Muelles de torsión en la industria alimentaria
Los muelles de torsión, también conocidos como resortes de torsión, difieren fundamentalmente de los muelles de compresión y tracción. Constan de un cuerpo de muelle enrollado en espiral y dos patas salientes. A diferencia de los muelles de compresión y tracción, que están sometidos a cargas de compresión y tracción (axiales), los muelles de torsión ejercen un par sobre las patas mediante el movimiento angular de éstas durante el movimiento de retorno. Además del cuerpo del muelle, los factores decisivos para el diseño son la longitud de la pata, la desviación de la pata, la dirección de enrollado, que puede ser a derechas o a izquierdas, y el montaje del muelle mediante un mandril o un eje. El muelle de pata doble también es un muelle de pata con dos cuerpos de muelle enrollados en sentido opuesto, que se utiliza sobre todo para aplicaciones con mayor fuerza de muelle en espacios de montaje reducidos. Gracias a su diseño simétrico, el muelle de doble pata también tiene una distribución de la fuerza y una estabilidad más uniformes.
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En la industria alimentaria, los muelles de torsión se utilizan en:
- Aletas, bisagras, tapas: Restablecer los pares de apriete en las aletas de inspección y mantenimiento.
- Mecanismos de palanca y enclavamiento: pares de retención definidos, rearme de las palancas de accionamiento.
- Funciones de sujeción y tensado: abrazaderas/bloqueos con resorte en los conjuntos.
Información especial de diseño para muelles de torsión:
- Define correctamente la posición de montaje para que el muelle se cargue en el sentido del arrollamiento.
- Pata de aplicación de la fuerza: Cuanto más alejado esté el punto de aplicación de la fuerza del centro del cuerpo del muelle, habrá que tener en cuenta la desviación de la pata (ß) en el rendimiento del muelle.
Requisitos especiales de los muelles metálicos en el entorno alimentario
Los muelles metálicos en el entorno alimentario están sujetos a requisitos estrictos para garantizar la seguridad alimentaria, la higiene y la resistencia a la corrosión. Por tanto, deben garantizarse las siguientes propiedades para los muelles metálicos.
- Resistencia a la corrosión por humedad, sal, ácidos/alcalis y productos químicos de limpieza
- Superficies lisas y fáciles de limpiar (poca rugosidad, poca adherencia)
- Diseño higiénico de los extremos de los muelles: Las zonas de los ojales son geométricamente «complejas» y deben seguir siendo fáciles de limpiar
- Facilidad de limpieza del punto de apoyo: el muelle suele asentarse sobre un mandril o dentro de un manguito, por lo que pueden acumularse restos de comida.
- Evitar la abrasión de las partículas y los defectos de la superficie (diseño higiénico)
- Resistencia a los ciclos de limpieza: fases CIP/SIP repetidas, cambios de temperatura, condensados.
Necesidades de material en la industria alimentaria
Se aplican requisitos especiales a los materiales y tratamientos superficiales utilizados en la industria alimentaria. Los muelles metálicos que puedan entrar en contacto con alimentos deben fabricarse con calidades de alambre de acero para muelles aptas para alimentos. Con frecuencia se utilizan aceros inoxidables como 1.4310 (X10CrNi18-8), 1.4301 (X5CrNi1810) o 1.4401 (X5CrNiMo17-12-2). Su capa de óxido de cromo suave, protectora y estable es la razón decisiva de esto. Esto hace que los muelles metálicos sean resistentes a la corrosión. Esto significa que el metal no es atacado cuando entra en contacto con alimentos o por influencias ambientales como el oxígeno y los agentes de limpieza. acero inoxidable tiene más ventajas en términos de higiene: el material no deja sustancias o partículas nocivas cuando entra en contacto con los alimentos. Esto evita que los usuarios contaminen o alteren los alimentos. El acero inoxidable también es muy fácil de limpiar. Además, los gérmenes y las bacterias no tienen ninguna superficie que atacar.
Si es necesario, un tratamiento superficial adicional hace que los muelles metálicos resistan mayores cargas de corrosión, altas temperaturas o restaura su conductividad. Los posibles procedimientos son Revestimiento de cromo , Estaño o revestimiento con Teflón (PTE) .
Criterios de selección de muelles en la industria alimentaria
Al seleccionar el muelle metálico adecuado para una aplicación en la industria alimentaria, hay que tener en cuenta varios factores:
- Temperatura de funcionamiento: La temperatura influye en las propiedades mecánicas del muelle. En la industria alimentaria, pueden darse altas temperaturas durante los procesos de esterilización o bajas temperaturas en las zonas de refrigeración.
- Tipo de carga: Para cargas dinámicas, son adecuados principalmente los muelles de compresión y, ocasionalmente, los muelles de tracción con extremos de muelle atornillados. Los muelles de torsión son la única opción para los movimientos giratorios.
- Resistencia a la corrosión: En entornos húmedos o en contacto con productos de limpieza agresivos, se requiere una alta resistencia a la corrosión del material del muelle, posiblemente con un tratamiento superficial adicional.
- Espacio requerido: Los muelles de compresión cónicos ofrecen ventajas con un juego axial limitado. Los muelles de torsión a menudo pueden integrarse en mecanismos para ahorrar espacio.
- Requisitos de higiene: Los muelles deben ser fáciles de limpiar y no ofrecer nichos en los que puedan acumularse restos de comida o microorganismos.
La correcta selección y dimensionado de los muelles metálicos es crucial para la fiabilidad y vida útil de las máquinas y sistemas de la industria alimentaria. Los fabricantes de muelles con experiencia, como Gutekunst Federn, ofrecen apoyo en el desarrollo y la selección de muelles para aplicaciones específicas.
Gracias al uso de modernas tecnologías de producción y de materiales y tratamientos superficiales adecuados, los muelles metálicos pueden optimizarse ahora para cumplir los requisitos de la industria alimentaria, lo que se traduce en una vida útil más larga y una mayor seguridad alimentaria.
En blog.federnshop.com encontrarás más información y conocimientos sobre los muelles de compresión, tracción y torsión y sus ámbitos de aplicación. Puedes ponerte en contacto con el departamento técnico de Gutekunst Federn en technik@gutekunst-co.com.
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