12. Transmisiones mecánicas Anibal T. De Almeida Día 2 1
Temario Eficiencia energética de: engranajes correas ISR-Universidad de Coímbra 2
Transmisiones mecánicas Los equipos de transmisión como ejes, correas, cadenas y engranajes deben instalarse y mantenerse adecuadamente. Son preferibles los equipos de alta eficiencia como los engranajes helicoidales y las correas síncronas. ISR-Universidad de Coímbra 3
Transmisiones Mecánicas Engranajes Reducir la velocidad Multipicar el par ISR-Universidad de Coímbra 4
Transmisiones Mecánicas Engranajes 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, a la resistencia al viento y a la viscosidad del lubricante. ISR-Universidad de Coímbra 5
Transmisiones Mecánicas Engranajes -Los engranajes de gusano tienen una eficiencia de entre el 50 y el 85% (según la relación de transmisión, velocidad, lubricante y temperatura) ISR-Universidad de Coímbra 6
Transmisiones Mecánicas Engranajes helicoidales Los engranajes helicoidales y cónicos tienen una eficiencia de 98-98,5% por etapa (1,5-2% de pérdidas por etapa) ISR-Universidad de Coímbra 7
DOS OPCIONES POSIBLES. -ENGRANAJE CÓNICO (SEW - K series): -ARRANQUE: EFICIENCIA CERCANA A LA NOMINAL; -ESTADO ESTACIONARIO: 95% DE EFICIENCIA (3 ETAPAS). -ENGRANAJE DE TORNILLO (SEW - K series): -ARRANQUE: EFICIENCIA INFERIOR A LA NOMINAL. -ESTADO ESTACIONARIO: 64% - 96% DE EFICIENCIA. CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO: VELOCIDAD: 0,5 m/s PAR DE ARRANQUE: 235 N.m PAR DE ESTADO ESTACIONARIO: 155 N.m POTENCIA NOMINAL: 0,75 kw HORAS DE FUNCIONAMIENTO: 6240 h/año EJEMPLO: SELECCIONE UN ENGRANAJE PARA REDUCIR LA VELOCIDAD DEL PERFIL DE CARGA DE LA FIGURA. ISR-Universidad de Coímbra 8
Comparando los dos sistemas (0,06 /kwh e 6240 horas anuales): -MR + eng. DE TORNILLO: P activa = 0,75*0,6/(0,82*0,72*0,96) = 0,794 kw => 4955 kwh/a e 297 /a; -MR + eng. CÓNICO: P activa = 0,75*0,6/(0,95*0,69*0,96) = 0,715 kw => 4462 kwh/a e 268 /a. Amortización = Costos adicionales/ahorros = 100 /29 3,5 years VSD + MOTOR + ENGRANAJE DE TORNIILLO Potencia Fuente cinta transportadora VSD DT90S4 SA57 VSD + MOTOR + ENGRANAJE CÓNICO Potencia Fuente cinta transportadora VSD DT90S4 SA57 ISR-Universidad de Coímbra 9
Engranaje de gusano (75%) Transmisiones mecánicas Ejemplos de engranajes Eficiencia global: 60,8 % Potencia mecánica a la cinta transportadora - 9,1 kw Energía eléctrica de entrada - 16,5 kw Energía desperdiciada 7,4 kw ISR-Universidad de Coímbra 10
Transmisiones mecánicas directas - SI ESTÁN ALINEADAS CORRECTAMENTE, LA EFICIENCIA ES ALTA (99%). -SI NO ESTÁN ALINEADAS CORRECTAMENTE, DISMINUYE LA EFICIENCIA DEL MOTOR Y LA VIDA ÚTIL DE LOS COJINETES. -SE USAN CUANDO LA VELOCIDAD DEL MOTOR ES LA ADECUADA PARA LA CARGA. ISR-Universidad de Coímbra 11
Transmisiones mecánicas - Correas -Un tercio de todas las aplicaciones usan correas. -Alta flexibilidad del motor en relación con la carga, velocidad y posibilidad de ajuste. -Varios tipos: correas trapezoidales (con y sin dientes), correas planas y correas 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 los cojinetes; si la tensión es menor: aumentan el resbalamiento y las pérdidas. -Los tipos de correas más eficientes son las planas y las síncronas. Las síncronas tienen una eficiencia de aproximadamente 98-99 %. LA ALINEACIÓN ES MUY IMPORTANTE! ISR-Universidad de Coímbra 12
Transmisiones mecánicas - Correas Dado que las correas trapezoidales utilizan el principio de la fricción, multiplicada por la ventaja mecánica del principio del apriete, el factor más importante para un funcionamiento prolongado y satisfactorio es la correcta tensión de las correas trapezoidales. Si hay poca tensión va a provocar resbalamiento, causando un desgaste rápido de la correa y de las poleas así como pérdida de productividad. Si la tensión es excesiva, puede provocar tensiones en las correas, cojinetes y ejes y reducir la eficiencia. ISR-Universidad de Coímbra 13
Transmisiones mecánicas - Correas ISR-Universidad de Coímbra 14
Transmisiones mecánicas - Correas Curva de eficiencia de una correa trapezoidal ISR-Universidad de Coímbra 15
Transmisiones mecánicas - Correas 16
Transmisiones mecánicas - Correas ISR-Universidad de Coímbra 17
Transmisiones mecánicas - Correas Comparación de las características principales de las correas de transmisión Rango de eficiencia Típico (%) Adecuado para cargas de choque Requiere mantenimiento periódico Requiere cambio de poleas Características especiales Correas trapezoidales Correas trapezoidales dentadas Correas síncronas 90-98 Sí Sí No Bajo costo inicial 95-98 Sí Sí No Readaptación sencilla. Menor resbalamiento. 97-99 No No Sí, a un costo mayor Aplicaciones de velocidad baja y media. No resbalan. Ruidosas. ISR-Universidad de Coímbra 18
Transmisiones mecánicas - Correas Ejemplo Motor (93% de eficiencia) de un ventilador de suministro de aire de 100-hp de funcionamiento continuo. Carga promedio de 75% y consumo anual de 527.000 kwh. Cuáles son los ahorros energéticos y en dinero si reemplazamos una correa trapezoidal de 93% de eficiencia (η1) por una correa síncrona de 98% de eficiencia (η2)? La electricidad tiene un precio 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 ISR-Universidad de Coímbra 19
Medida Potencial 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 disponen de reemplazos energéticamente eficientes Corrección del sobredimensionamiento del motor Cadenas cinemáticas, lubricación y mantenimiento mejorados 6-9 % para los motores sobredimensionados 3-7-% para todas las cargas de los motores un tercio de las cargas de los motores funcionan con menos del 50% de la carga Suministro eléctrico mejorado 1-5 % para todas las cargas de los motores Variadores de velocidad 15-40 % para los motores correspondientes se pueden usar en 25-75 % de las cargas de bombas, ventiladores, compresores, y cintas transportadoras Eficiencia de bombas y ventiladores 2-10 % para las carga de los motores de los usos finales Fugas de aire comprimido reducidas 50-75 % de reducción de fugas Las fugas de aire comprimido son el 15% de la carga del compresor Controles de los compresores 3-7 % para las cargas de los compresores Eficiencia de los compresores de aire Eficiencia del equipo de refrigeración 4-20 % para las cargas correspondientes Se puede aplicar al 50% de la carga de los compresores para mejorar la eficiencia de los equipos 10 % para las cargas de refrigeración
Gracias 21