La precarga de los muelles es una de esas cosas que se malinterpretan muy fácilmente.
Y, sinceramente, hay bastantes razones por las que la gente acaba entendiéndola mal. Tampoco se les puede culpar.
Al fin y al cabo, se llama «precarga».
Bueno… quiero decir, ¿qué se supone que va a pensar uno? El propio nombre te está tendiendo una trampa.
…¿Tiene sentido?
El otro día, mientras investigaba, me encontré con otro artículo que contenía el típico malentendido sobre la precarga.
Pero lo interesante es que, a primera vista, estaba escrito de forma muy lógica. Mientras lo leía, pensé: «Esta persona realmente se ha tomado el trabajo de investigar esto».
El artículo explicaba que, hablando estrictamente, la constante elástica de un muelle no siempre es exactamente la misma a lo largo de todo su recorrido.
Así que, aunque dos muelles tengan la misma constante elástica nominal, puede haber pequeñas diferencias según el fabricante o el diseño.
Por ejemplo, los muelles de extremo abierto y los de extremo cerrado pueden tener características de rigidez diferentes durante la primera parte del recorrido.
Y cerca del final del recorrido, cuando las espiras están a punto de entrar en contacto por completo, la rigidez también puede variar ligeramente según el diseño del muelle.
Mmm. Tiene sentido. Hasta aquí, todo parece correcto.
«Entonces, cuando aplicas precarga, el muelle termina utilizando una mayor parte de su recorrido, lo que cambia el rango de recorrido disponible. ¡Y por eso cambia el comportamiento del coche!»
Vaya…
Todo iba tan bien hasta ese punto. ¿Cómo hemos acabado llegando a esto?
En realidad, creo que alguien capaz de escribir algo así probablemente sea una persona muy inteligente.
Precisamente por eso pienso que, si simplemente te paras un momento a pensar en lo que es realmente la precarga, deberías darte cuenta de que algo no termina de cuadrar.
Probablemente el propio nombre «precarga» sea lo que está causando la confusión.
Vamos a pensarlo con calma. Imagina un muelle con una constante de 10 N/mm que llega al punto en que las espiras entran en contacto después de 150 mm de recorrido.
Si añades 50 mm de precarga, ¿significa eso que ahora el muelle llegará a hacer tope entre las espiras con 1000 N?
No. Para comprimir un muelle de 10 N/mm en 150 mm sigues necesitando 1500 N.
El muelle no pasa a ser uno que llega al contacto entre espiras con 1000 N simplemente porque hayas aplicado una fuerza de 500 N.
Del mismo modo, si aplicas 10 mm de precarga, ¿ahora el muelle se comprime 110 mm? ¿Y si aplicas 20 mm, se comprime 120 mm?
Los muelles no funcionan así. Prueba a comprimir con los dedos el muelle que hay dentro de un bolígrafo.
No importa cuánto se haya comprimido previamente: cuánto se comprime el muelle depende de la fuerza que se le aplique en ese momento.
Dicho de otra manera, la precarga consiste básicamente en esto: el amortiguador impide que el muelle se extienda.
Al hacer que la distancia entre el soporte superior del amortiguador y el asiento inferior del muelle sea menor que la longitud libre del muelle, se evita que este se extienda más allá de esa longitud.
Sin embargo, eso no significa que el propio muelle esté acumulando una fuerza adicional. Simplemente es el amortiguador el que lo mantiene en esa posición.
Por ejemplo, si coges un amortiguador con una cantidad considerable de precarga y cortas el vástago con una amoladora, el muelle volverá de golpe a su longitud libre con un fuerte ¡bang!
Cualquiera que haya desmontado alguna vez un amortiguador original probablemente pueda imaginarse de qué estoy hablando.
El amortiguador es lo que mantiene el muelle comprimido según la cantidad de precarga.
Pero ¿qué pasa si alguien con una fuerza sobrehumana agarra ambos extremos del amortiguador y lo comprime a mano?
Si el amortiguador se comprime más allá de la cantidad de precarga, el vástago deja de soportar la fuerza de precarga.
En ese momento, aunque cortes el vástago con una amoladora, el muelle no se extenderá de repente. Porque ahora es tu propia fuerza la que está comprimiendo el muelle.
Tanto si la precarga es de 20 mm como de 50 mm, en el momento en que la fuerza de tus manos supera la fuerza de precarga, la precarga ya no tiene ninguna influencia sobre el muelle.
Cuando el amortiguador está instalado en un coche, lo que comprime el amortiguador es el peso del vehículo.
Por eso, salvo cuando el coche está levantado con un gato, normalmente el amortiguador está comprimido más allá de la cantidad de precarga.
En esas condiciones, la precarga no tiene ningún efecto sobre el propio muelle.
Pero aquí viene lo interesante. Cuando realmente ajustas la precarga, algo cambia, ¿verdad?
Lo que cambia no es el recorrido disponible del muelle. Lo que cambia es la posición relativa entre el amortiguador y la carrocería del vehículo.
Esta parte probablemente sea difícil de entender solo con palabras, así que vamos a verlo de forma visual.
Cuando la gente dice «aumentar la precarga», normalmente se refiere a girar el asiento inferior del muelle en un amortiguador mientras el coche está levantado con un gato.
Un coche levantado con un gato es una situación bastante especial: los neumáticos están separados del suelo y la suspensión está completamente extendida.
Pero cuando realmente conduces tu coche, los neumáticos no están flotando en el aire, ¿verdad?
…Espera, ¿eres piloto de WRC? Mis disculpas, no me había dado cuenta de que pasas la mitad del tiempo en el aire.
(Vale, vale… volvamos al tema.)
Ahora veamos qué ocurre realmente cuando aumentas la precarga con el coche en condiciones normales de conducción, es decir, con todo el peso del vehículo actuando sobre la suspensión. Vamos a visualizarlo con una animación.
(Para facilitar la comprensión, la carrocería está fija en el aire y es el suelo el que se mueve.)
Ahora centrémonos en el amortiguador y hagamos transparente su interior para poder ver el movimiento.
¿Puedes ver qué está pasando aquí?
Imagina que hay una cámara fija dentro del paso de rueda. Primero haces una foto con 1 mm más de precarga y con el coche bajado del gato.
Después vuelves a levantar el coche, añades otro 1 mm de precarga, vuelves a bajarlo y haces otra foto exactamente desde la misma posición.
Repites este proceso y juntas diez de esas imágenes para crear la animación. Básicamente, eso es lo que estás viendo aquí.
Y, como puedes ver, la distancia entre el soporte superior y el cuerpo del amortiguador aumenta.
Como resultado, cambia la posición del pistón dentro del cuerpo del amortiguador; en otras palabras, cambia la distribución del recorrido.
Además, si lo observamos desde el punto de vista de la altura respecto al suelo, el asiento inferior del muelle —la plataforma donde se apoya el muelle— se desplaza hacia arriba, lo que aumenta la altura del vehículo.
Y eso es todo. Esas son las únicas cosas que cambian.
Como lo único que estamos haciendo es cambiar la posición del cuerpo del amortiguador, aparte de la altura del vehículo y la distribución del recorrido, no cambia nada más.
El punto importante aquí es que girar el asiento inferior del muelle ni siquiera «comprime el muelle» para empezar.
Cuando el coche está levantado con un gato, puede parecer que eso es lo que está ocurriendo, pero es simplemente porque el peso del vehículo no está actuando sobre la suspensión.
Cuando el coche está sobre el suelo con todo su peso actuando sobre la suspensión, aumentar la precarga solo cambia la altura del vehículo y la distribución del recorrido.
Pero hay una cosa que hace que este tema sea confuso. A veces la gente describe un cambio en la distribución del recorrido diciendo: «Cambia qué parte del muelle se está utilizando».
No es exactamente incorrecto decirlo así. De hecho, no es incorrecto en absoluto. Pero es una expresión que puede generar fácilmente malentendidos. Es un poco una trampa.
Un ingeniero del Team Le Mans, un equipo que ha competido con éxito en categorías como Super Formula y Super GT, explicó la precarga de esta manera (Fuente: Damper Lecture No.101)
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¿Afecta la precarga al sistema masa-muelle?
Cambiar la precarga no cambia nada en el propio muelle, salvo que este llegue a su máxima extensión o haga tope, como se muestra en el diagrama. El muelle simplemente oscila alrededor del punto de equilibrio con el peso del vehículo.
El muelle no se vuelve más duro ni más blando. Solo cambia la parte del muelle que se está utilizando.
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¿Ves lo que dice? «Cambia la parte del muelle que se está utilizando».
Aquí es donde parece que mucha gente se confunde. Lo interpretan como: «Entonces, si añado 10 mm de precarga, ¿el muelle se comprimirá 10 mm más? ¿Y si añado 20 mm, se comprimirá 20 mm más?»
Pero eso no es lo que significa. Curiosamente, más adelante en el mismo artículo lo explica de esta manera:
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Incluso en un banco de 7 postes, aunque sometamos el sistema a distintas excitaciones, no cambia nada.
Incluso algunas personas del mundo de la competición vienen al banco de 7 postes y preguntan: «Estaba pensando en añadir un poco de precarga. ¿Qué opinas?». Y nosotros respondemos: «Puedes cambiarla si quieres, pero mientras el muelle no llegue a su máxima extensión, no cambiará nada en el banco».
La precarga no es más que un ajuste de la altura del vehículo que cambia la distribución del recorrido. No es nada más que eso.
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Exactamente. Ese es todo el asunto.
Por cierto, un banco de 7 postes es una máquina de ensayo, un simulador de carretera extremadamente avanzado que se utiliza para reproducir y analizar el comportamiento de un vehículo en condiciones controladas.
La precarga es simplemente un «ajuste de la altura del vehículo que cambia la distribución del recorrido». Nada más.
En realidad, si queremos ser muy precisos, la precarga en sí no tiene por qué estar relacionada con la altura del vehículo. En esencia, la precarga consiste simplemente en ajustar la distribución del recorrido del amortiguador.
La razón por la que normalmente asociamos el ajuste de la precarga con cambios en la altura del vehículo es simplemente que girar el asiento inferior del muelle es la forma más sencilla de hacer ese ajuste.
Por ejemplo, podrías desmontar el amortiguador, retirar un separador de 10 mm situado debajo del soporte superior y volver a instalarlo sin cambiar la altura del asiento inferior del muelle. Habrías aumentado la precarga en 10 mm, pero la altura del vehículo seguiría siendo la misma.
Así que, en esencia, la precarga no es más que una forma de ajustar la distribución del recorrido.
En realidad, cambiar la distribución del recorrido puede cambiar, por ejemplo, cuánto se comprime el tope de suspensión. Y si cambia la altura del vehículo, también cambiarán cosas como el ángulo de convergencia y la posición del centro de balanceo.
Por eso es perfectamente comprensible que alguien piense: «¡Vaya, cambiar la precarga ha hecho una diferencia enorme! ¡Entonces mantener el muelle comprimido de antemano debe de tener un efecto enorme!»
Si cambia la altura del vehículo, por supuesto que el comportamiento del coche puede cambiar muchísimo. Cambiar la alineación o la posición del centro de balanceo afecta naturalmente al comportamiento.
Pero ese no es el efecto de la precarga en sí.
El muelle no se comporta de forma diferente simplemente porque haya sido comprimido previamente.
Si piensas que añadir precarga hace que el muelle tenga un recorrido adicional igual a la cantidad de precarga, algún día te puedes llevar una sorpresa al ajustar un coche que tenga muy poco margen antes de que las espiras lleguen a tocarse. El comportamiento real no coincidirá con lo que esperabas.
En realidad, la precarga no significa «comprimir el muelle de antemano». Consiste en «cambiar la distribución del recorrido» o «impedir que el muelle se extienda». Eso es lo que hace la precarga.
Pero aun así… el nombre es «precarga». Así que, sinceramente, es difícil culpar a la gente por malinterpretarlo.
Esto es exactamente a lo que me refería al principio cuando dije: «…¿Tiene sentido?»
No podemos hacer gran cosa al respecto, pero siempre he pensado que el propio nombre es casi una trampa que hace que este concepto sea más difícil de entender de lo que debería.