12. Transmisiones mecánicas

Anibal T. De Almeida

Día 2

Temario

Eficiencia energética de:• engranajes• correas

Transmisiones mecánicasLos equipos de transmisión como ejes,correas, cadenas y engranajes debeninstalarse y mantenerse adecuadamente.Son preferibles los equipos de altaeficiencia como los engranajeshelicoidales y las correas síncronas.

Transmisiones MecánicasEngranajes

Reducir la velocidad

Multiplicar el par

Transmisiones MecánicasEngranajes

Se usan para velocidades bajas, cargas de par alto;- distintos tipos: helicoidal, cilíndrico, cónico y de

tornillo.- las pérdidas se deben a la fricción de los engranajes y

los cojinetes, la resistencia al viento y a la viscosidaddel lubricante.

Transmisiones MecánicasEngranajes

-Los engranajes de gusano tienen una eficiencia de entre el 50 y el 85%(según la relación de transmisión, velocidad, lubricante y temperatura)

Transmisiones MecánicasEngranajes helicoidales

Los engranajes helicoidales ycónicos tienen una eficiencia de

98 -98,5% por etapa (1,5 -2% depérdidas por etapa)

DOS POSIBLES OPCIONES:

-ENGRANAJE CÓNICO (SEW - K series):-ARRANQUE: EFICIENCIA CERCANA A LA

NOMINAL;-ESTADO ESTACIONARIO: 95% DE EFICIENCIA

(3 ETAPAS).

-ENGRANAJE DE TORNILLO (SEW - S series):-ARRANQUE: EFICIENCIA INFERIOR A LA

NOMINAL.-ESTADO ESTACIONARIO: 64% - 96% DE

EFICIENCIA.

CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO:

VELOCIDAD: 0,5 m/sPAR DE ARRANQUE: 235 N.m

PAR DE ESTADO ESTACIONARIO: 155 N.mPOTENCIA NOMINAL: 0,75 kW

HORAS DE FUNCIONAMIENTO: 6240 h/año

EJEMPLO: SELECCIONE UN ENGRANAJE PARA REDUCIR LA VELOCIDAD DELPERFIL DE CARGA DE LA FIGURA.

VSD + MOTOR + ENGRANAJE DE TORNIILLO

VSD + MOTOR + ENGRANAJE CÓNICO

VSD DT90S4 SA57

VSD DT90S4 SA57

PotenciaFuente

PotenciaFuente

cinta transportadora

cinta transportadora

Comparando los dos sistemas (0,06 € /kWh e 6240 horas al año):

-MR + engranaje de TORNILLO: Pactiva = 0,75*0,6/(0,82*0,72*0,96) = 0,794 kW => 4955 kWh/a e 297 €/a;-MR + engranaje CÓNICO: Pactiva = 0,75*0,6/(0M95*0,69*0,96) = 0,715 kW => 4462 kWh/a e 268 €/a.

Amortización = Costos adicionales/Ahorros = 100 €/29 € 3,5 años

Transmisiones mecánicasEjemplos de engranajes

Engranaje de gusano (75%)

Eficiencia global: 60,8 %Potencia mecánica a la cintatransportadora - 9,1 kWEnergía eléctrica de entrada - 16,5 kWEnergía desperdiciada – 7,4 kW

Transmisiones mecánicas directas

-SI ESTÁN ALINEADAS CORRECTAMENTE, LA EFICIENCIA ES ALTA (99%).-SI NO ESTÁN ALINEADAS CORRECTAMENTE, DISMINUYE LA EFICIENCIA DEL MOTORY LA VIDA ÚTIL DE LOS COJINETES.-SE USAN CUANDO LA VELOCIDAD DEL MOTOR ES LA ADECUADA PARA LA CARGA.

Transmisiones mecánicas - Correas-Un tercio de todas las aplicaciones usan correas.-Alta flexibilidad del motor en relación con la carga, velocidad yposibilidad de ajuste.

-Varios tipos: correas trapezoidales (con y sin dientes), correas planas ycorreas síncronas.

-Las trapezoidales son las que más se usan, con una eficiencia del 90-96% (dependiendo de la elasticidad, tensión, resbalamiento y alineación).Si la tensión es excesiva: desgaste acelerado de las correas y de loscojinetes; si la tensión es menor: aumentan el resbalamiento y laspérdidas.

-Los tipos de correas más eficientes son las planas y las síncronas. Lassíncronas tienen una eficiencia de aproximadamente 98-99%.

¡LA ALINEACIÓN ESMUY IMPORTANTE!

Transmisiones mecánicas - Correas

• Dado que las correas trapezoidales utilizan elprincipio de la fricción, multiplicada por la ventajamecánica del principio del apriete, el factor másimportante para un funcionamiento prolongado ysatisfactorio es la correcta tensión de las correastrapezoidales. Si hay poca tensión va provocarresbalamiento, causando un desgaste rápido en lacorrea y en las poleas así como pérdida deproductividad. Si la tensión es excesiva, puedeprovocar tensiones en las correas, cojinetes y ejes,y reducir la eficiencia.

Transmisiones mecánicas -Correas

Transmisiones mecánicas -Correas

Curva de eficiencia de una correa trapezoidal

Transmisiones mecánicas -Correas

Transmisiones mecánicas -Correas

Transmisiones mecánicas - CorreasComparación de las características principales de las correas de transmisión

Rango deeficienciatípico (%)

Adecuadopara cargasde choque

Requieremantenimiento

periódico

Requierecambio de

poleas

Característicasespeciales

Correas

trapezoidales90-98 Sí Sí No Bajo costo inicial

Correastrapezoidales

dentadas

95-98 Sí Sí No Readaptación sencilla.Menor resbalamiento.

Correassíncronas

97-99 No No Sí, a uncostomayor

Aplicaciones develocidad baja y

media. No resbalan.Ruidosas.

Transmisiones mecánicas -Correas

EjemploMotor (93% de eficiencia) de un ventilador de suministro de aire de 100-hp de funcionamiento continuo. Carga promedio de 75% y consumoanual de 527.000 kWh. ¿Cuáles son los ahorros energéticos y en dinerosi reemplazamos una correa trapezoidal de 93% de eficiencia (η1) poruna correa síncrona de 98% de eficiencia (η2)? La electricidad tiene unprecio de $0,05 /kWh.

Ahorros energéticos = Uso anual de la energía x (1 – η1 /η2 ) == 527.000 kWh/año x (1 – 93/98) = 26.888 kWh/año

Ahorros de costos anuales = 26.888 kWh x $0,05/kWh = $1.345

MedidaPotencial de ahorro como % de la

fracción del uso final del motor Suposiciones

Motores energéticamente eficientes 1-9% para los motores correspondientes 96% de las cargas de los motores disponende reemplazos energéticamente eficientes

Corrección delsobredimensionamiento del motor

6-9% para los motoressobredimensionados

un tercio de las cargas de los motoresfuncionan con menos del 50% de la carga

Cadenas cinemáticas, lubricación ymantenimiento mejorados

3-7% para todas las cargas de los motores

Suministro eléctrico mejorado 1-5% para todas las cargas de los motoresVariadores de velocidad 15-40% para los motores correspondientes se pueden usar en 25-75% de las cargas de

bombas, ventiladores, compresores y cintastransportadoras

Eficiencia de bombas y ventiladores 2-10% para las cargas de los motores delos usos finales

Fugas de aire comprimidoreducidas

50-75% de reducción de fugas las fugas de aire comprimido son el 15% de lacarga del compresor

Controles de los compresores 3-7% para las cargas de los compresores

Eficiencia de los compresores deaire

4-20% para las cargas correspondientes Se puede aplicar al 50% de la carga de loscompresores para mejorar la eficiencia de los

equiposEficiencia del equipo de

refrigeración10% para las cargas de refrigeración

Gracias