MAQUINAS DE ELEVACION Y TRANSPORTE CAPITULO 2

Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte

Capítulo II

ACCIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS DE ELEVACIÓN Y TRANSPORTE

Accionamiento

1



GENERALIDADES El accionamiento o transmisión es el conjunto de elementos que entrega al mecanismo, la potencia necesaria para la realización de su trabajo. Las transmisiones empleadas en los equipos de elevación y transporte pueden ser:

Manual Térmica Transmisiones

Eléctrica Mecánica

Neumática Hidráulica

Además,

en

muchas

máquinas

se

utilizan

accionamientos accionamientos

combinados: Diesel – eléctrico, electrohidráulico y electroneumático. Sobre todo los 2 primeros han tenido una amplia difusión en los últimos años.

2.1 ACCIONA CCIONAMIEN MIENTO TO MANUA MANUAL L La primera forma de energía a disposición del hombre ha sido sin la menor duda la que le proporcionan sus propios músculos . Así pues, La transmisión transmisión manual es empleada en mecanismos mecanismos con pequeñas capacidades de izaje, cuando las distancias a recorrer son cortas y cuando se usan ocasionalmente.

Accionamiento

2



GENERALIDADES El accionamiento o transmisión es el conjunto de elementos que entrega al mecanismo, la potencia necesaria para la realización de su trabajo. Las transmisiones empleadas en los equipos de elevación y transporte pueden ser:

Manual Térmica Transmisiones

Eléctrica Mecánica

Neumática Hidráulica

Además,

en

muchas

máquinas

se

utilizan

accionamientos accionamientos

combinados: Diesel – eléctrico, electrohidráulico y electroneumático. Sobre todo los 2 primeros han tenido una amplia difusión en los últimos años.

2.1 ACCIONA CCIONAMIEN MIENTO TO MANUA MANUAL L La primera forma de energía a disposición del hombre ha sido sin la menor duda la que le proporcionan sus propios músculos . Así pues, La transmisión transmisión manual es empleada en mecanismos mecanismos con pequeñas capacidades de izaje, cuando las distancias a recorrer son cortas y cuando se usan ocasionalmente.

Accionamiento

2


La principal limitación que presentan estas transmisiones es la pequeña potencia que ofrecen (menos de un caballo de fuerza), lo que limita la carga a elevar y las velocidades de trabajo. Además, el esfuerzo del operario no puede hacerse por largos periodos de tiempo.

El movimiento del mecanismo se logra con ayuda de una manivela, con una rueda de trinquete, o por medio de una cadena, con su correspondiente rueda.

Fig. 2.1-1

Palanca con rueda de trinquete Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Rued Rueda a de trin trinqu quet ete e Pasa Pasado dorr de de uña uña Cuerpo Resorte Uña Tornill Tornillos os que que retie retienen nen el resor resorte te

Accionamiento

3


Fig. 2.1-2

Rueda de Cadena Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

TABLA 2,1-1

Fuerza máxima por operario en Kg

Periodo de operación Operación continua Operación que no excede 5 min.

Manivela Cadena Pedal Palanca

los

12

20

25

18

25

40

35

20

Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

En el diseño de los accionamientos manuales deben respetarse las siguientes reglas:

1. en los mismos, la máxima fuerza realizada por un operador sobre las palancas y pedales no debe exceder los valores de la tabla 2.1-1 2. la velocidad promedio de los movimientos del operador no debe exceder: a)

1 m/s, en la manivela b) 0.6 m/s, en la rueda con cadena

Accionamiento

4


3. La potencia desarrollada por un operador se asume

a) 10 Kg-m/s, si la operación es continua b) 15 Kg-m/s, si la operación es de periodos de 5 min. con intervalos de receso.

4. Cuando trabajan varios operarios en un mismo accionamiento, debe considerarse un factor de simultaneidad φ de sus fuerzas, que tiene en cuenta que no se produzcan a la vez en determinados momentos, el que se toma: a) para dos operadores, φ = 0.8 b) para cuatro operadores, φ = 0.7

5. El recorrido de las palancas no debe ser mayor que:

a) 400 mm, en las palancas b) 250 mm, en los pedales

el ángulo de giro de la palanca no debe ser mayor de 60 o . el recorrido muerto de la palanca o pedal no debe exceder el 10% del recorrido de trabajo.

6. Los ejes que sirven de articulación en las palancas y pedales y sus agujeros, deben ser maquinados hasta el grado de exactitud 3 y dárseles tratamiento térmico en sus partes de trabajo.

7. El árbol de rotación de las manivelas debe colocarse a una altura de 0.9 a 1.1 de la plataforma del operador.

Accionamiento

5


2.2.- ACCIONAMIENTO POR MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA De los distintos tipos de motores térmicos existentes, el empleado actualmente en los equipos de elevación es el motor de combustión interna, el cual puede ser Diesel o gasolina.

Los motores de combustión interna (MCI) son empleados cuando son necesarios trabajos independientemente de la red eléctrica, como es el caso de las grúas de montaje sobre camión, capaces de trabajar en las obras en construcción, donde la corriente eléctrica es limitada. Los m otores Diesel tienen un mayor peso por unidad de potencia, en relación a los motores de carburación, pero son mas eficientes y consumen menos combustible, siendo empleados donde se necesitan grandes potencias. Los motores de carburación son empleados en los montacargas y en las grúas sobre ruedas o camión de pequeñas y medianas capacidades de izaje. En la Fig. 2.2-1 muestran las curvas características de un MCI.

Fig. 2.2-1

Curvas características de un motor d e combustión interna Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

Accionamiento

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La serie de motores utilizados actualmente en los equipos de elevación y transporte es muy amplia: desde 3 HP, hasta 500 HP.

La potencia nominal de MCI, que debe corresponder con las condiciones de trabajo de la grúa, debe ser menor que la potencia máxima posible del motor, para evitar el desgaste excesivamente rápido de este. Por eso es necesario disminuir el número de revoluciones de estos motores (en relación a la correspondiente a su potencia máxima: de un 25 a un 40 % en los de gasolina y de un 10 a un 20 % en los de Diesel).

La capacidad de absorber sobrecargas en los MCI es limitada, ya que la potencia máxima es tan sólo un 20 % mayor que la nominal, aproximadamente, lo que constituye una magnitud pequeña para los equipos de elevación. Si la carga varia mucho puede proveerse al motor de un volante que estabilice las revoluciones.

La potencia es enviada del motor al mecanismo de trabajo por medio de una serie de elementos de transmisión (embragues, cajas de velocidad, acoplamientos, etc.), que aumentan el peso, las dimensiones y el costo de la instalación, hacen mas complejo el trabajo del operario y el mantenimiento del equipo. Una de las principales desventajas de los MCI, relacionada con su poca capacidad de absorber sobrecargas, se debe a la poca elasticidad que presentan. Esto significa que la curva característica de M vs. n (momento contra revoluciones por min.), es muy horizontal, lo que implica que al existir una variación ∆ M del momento resistente, se producirá una variación ∆ n grande de las revoluciones, constituyendo un fenómeno indeseable.

Para hacer la característica del motor más elástica se recurre a distintas soluciones, siendo la principales:

Accionamiento

7


1) Selección de un motor de mayor potencia que la necesaria. En el gráfico de M vs. n, las curvas de N =

M n

97500

=

ctte.

son hipérbolas (Fig. 2.2-2) en donde

la curva de M es tangente a la N en el punto correspondiente a las revoluciones donde la potencia es máxima. Al tomarse un motor mayor en potencia (N2 > N1), la curva M 2 vs. n es más elástica.

2) Otro procedimiento es trabajar con un motor de bajas revoluciones máximas. Esto provoca (Fig.2.2-2) que la curva de M 1 sea mas elástica que la de M3 cuyas revoluciones máximas son mayores.

Fig.2.2-2

Curvas características de distintos motores. M2 mayor potencia que M1. M3 mayores revoluciones Máximas que M1 Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

Accionamiento

8


3) El empleo del convertidor hidrocinético , en combinación con un reductor mecánico, conjunto que recibe el nombre de trasmisión hidromecánica, y cuya principal función es hacer más elástica la curva de M vs. n. En la Fig. 2.2-3 se muestra la característica de una trasmisión con convertidor hidrocinetico.

En la misma puede observarse como la curva, hasta 1500 rpm es muy elástica, lo que permitirá grandes variaciones del momento resistente con pequeñas variaciones de las revoluciones. Además el torque máximo se obtiene para n = 0 que es cuando se necesita mayor torque: al inicio del movimiento. Cuando aumente la carga exterior en el mecanismo, se reducen las revoluciones y se incrementa el torque.

Otras ventajas del convertidor hidrocinetico son que amortigua las vibraciones torsionales del sistema de trasmisión y disminuye el número de escalones necesarios del reductor mecánico.

Fig.2.2-3

Curva característica de trasmisión con convertidor hidrocinético

Accionamiento

9

Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

En las grúas móviles es muy empleado el sistema Diesel-Eléctrico, que permite combinar las ventajas de los motores eléctricos con el trabajo independiente de la red eléctrica. Además, evita el

empleo de árboles de transmisión,

embragues, etc. Necesario en los MCI. La desventaja del accionamiento Diesel – Eléctrico es la complejidad de la instalación y su elevado costo.

2.3.- ACCIONAMIENTO ELECTRICO Este es el tipo de transmisión que predomina en los equipos de elevación y transporte, especialmente para los trabajos portuarios. Las principales instalaciones portuarias de carga y descarga, así como muchos de los equipos auxiliares, son accionados por energía eléctricas. Esto es debido a que presentan múltiples ventajas sobre los otros tipos de trasmisiones:

1) Requieren poca cantidad de material en su construcción. 2) Son de pequeñas dimensiones y poco peso. 3) Son mas simples 4) Son de gran seguridad, fiabilidad y durabilidad. 5) Es posible obtener el cambio de dirección del movimiento de modo simple y rápido. 6) Es posible regular la velocidad en un amplio rango. 7) Admiten grandes sobrecargas. 8) Con ellos pueden obtenerse una velocidad de operación constante 9) Fácil envío de la energía hacia los mecanismos. 10)Posibilita el mando a distancia y automático, y facilita el frenaje del mecanismo, al emplearse para esto el motor. 11)Poseen un alto rendimiento.

Accionamiento

10


12)Tienen un costo relativamente bajo.

Todas estas ventajas posibilitan la obtención de mecanismos relativamente sencillos, móviles y con transmisiones individuales.

Los motores pueden ser de corriente directa o alterna.

En los de corriente directa son usados los motores con excitación en serie o combinados, que tienen la característica de disminuir la velocidad al aumentar la carga, por lo que en los arranques, cuando el mecanismo gira a baja velocidad, el motor embraga el mayor torque (Fig. 2.3-1). esta característica de estos tipos de motores permiten, además la absorción de grandes sobrecargas.

Su mayor ventaja consiste, sin embargo, en la posibilidad que dan de lograr una amplia regulación de la velocidad, por medios sencillos, lo que es muy importante en la manipulación de carga general. Comparados con los motores de corriente alterna, tienen las siguientes desventajas:

1) Grandes dimensiones 2) Mayor peso. 3) Mayor costo. 4) No es posible enviar la energía del frenaje al circuito. 5) Necesidad de complicados colectores de desplazamiento. 6) Necesidad de instalaciones rectificadoras. 7) Rendimiento mas bajo.

Por todo esto, las transmisiones de corriente alterna son las mas empleadas, usándose las de corriente directa sólo en los casos en que los parámetros exigidos así lo indiquen, como sucede cuando se necesita una amplia regulación de las velocidades.

Accionamiento

11


Cuando se emplea la transmisión de corriente alterna se usan voltajes de 380 volt, siendo la corriente trifásica. Para grandes capacidades de izaje se emplea un voltaje de 400 volt. La regulación de la velocidad se logra por medio de un reóstato o con la introducción de resistencias activas en el circuito del motor. Una regulación más amplia de la velocidad puede lograrse por medio de los cambios de fase, de frecuencia, por medio de tiristores.

Fig. 2.3-1

Características de un motor de corriente d irecta con excitación en serie. Fuente: texto Equipos de Elevación (MEC – 340)

Los motores de corriente alterna de las grúas se calculan para distintas duraciones relativas de la conexión (DC %), estando normalizadas 15%, 25%, 40%, 60%, y 100%. Según su construcción, los motores eléctricos pueden diferenciarse por:

•

El método de protección del medio ambiente (abiertos, protegidos, cerrados, antiexplosivos, etc.).

•

El método de enfriamiento (natural, con autoventilación y forzada).

•

El método de fijación ( por la base por bridas, etc.).

•

Por la forma de la bancada.

•

Por la disposición del árbol de salida.

•

Por el tipo de cojinetes del rotor.

Accionamiento

12


Todo esto debe tenerse presente al seleccionar un motor eléctrico. Antiguamente se empleaba un sólo motor que movía los distintos mecanismos del equipo mediante embragues, reductores, inversores de movimiento, etc. En la actualidad la tendencia predominante es el empleo de accionamientos eléctricos individuales para cada mecanismo, aunque en algunos casos especiales se mantiene la tendencia contraria, como ocurre en las grúas de a bordo, con lo que se da respuesta a sus especiales requerimientos.

Los motores eléctricos de los equipos de elevación deben tener un elevado par de arranque, para vencer las fuerzas de inercia en un tiempo breve, durante el periodo de arranque. Deben soportar un elevado número de conexiones y desconexiones; deben permitir un arranque progresivo, sin saltos bruscos, su sentido de marcha debe ser reversible y deben ser capaces de ejercer un torque de frenaje. Frecuentemente además, debe ser posible la variación de la velocidad, independientemente del valor de la carga.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Motores en serie.- En este tipo de motores el enrollado de inducido y de campo (inductor), están conectados en serie. Durante el arranque, pasa una corriente de fuerte intensidad por los 2 enrollados y el motor desarrolla un gran par de arranque (2.5 a 3 veces el par nominal).

Para disminuir la intensidad de la corriente de arranque, se intercala una resistencia R en el circuito, la que se reduce gradualmente durante el periodo de arranque. Como para cada valor de R se obtienen distintas curvas características de velocidad vs. Torque del motor (vease Fig. 2.3-3), con la variación de R se va haciendo saltar al motor de una curva a la otra. Así, la línea gruesa de la Fig. 2.2-3 es la curva de trabajo del motor durante el arranque. El par

Accionamiento

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de arranque es, por tanto, variable, estando su valor medio entre 1.7 y 2.0 del par nominal del motor.

Fig. 2.3-2

Esquema de un motor de corriente directa en serie Fuente: Texto Equipos de Elevación (MEC – 340)

A – B 

inducido

I



Inductor

R



Resistencia de arranque

P–N

Red de línea

El sentido de rotación se cambia invirtiendo la polaridad del enrollado de inducido. La principal ventaja de este tipo de motor es que es capaz de adaptar la velocidad a la magnitud de la carga, es decir, eleva las cargas grandes a pequeñas velocidades y las cargas pequeñas a velocidades mayores, esto lo hace ideal para los aparatos de elevación, por lo que es el más usado en las instalaciones de corriente directa. Tiene por otro lado, el inconveniente de que puede embalarse cuando el motor queda completamente descargado, aunque por lo general el rozamiento del mecanismo en vacío es suficiente para impedirlo. Durante el descenso el motor se convierte en generador, utilizándose la corriente para el frenado reostático. Accionamiento

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Torque del motor En % del nominal

Fig. 2.3-3

Características de arranque de un motor en serie, con resistencia de arranque Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

Fig. 2.3-4

Curvas características de un motor en serie. Fuente: Texto Equipos de Elevación (MEC – 340)

Accionamiento

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η = Rendimiento n = Velocidad I = Intensidad de la corriente

Motor shunt o paralelo.- En este motor el inducido y el inductor se conectan en paralelo. El enrollado de campo recibe una corriente constante e independiente de la corriente de inducido, por lo que la velocidad del motor es prácticamente independiente de la carga evitándose el peligro del embalamiento.

Fig. 2.3-5

Esquema de un motor en paralelo Fuente: Texto Equipos de Elevación (MEC – 340)

A – B  Inducido I



Inductor

R



Resistencia de arranque

P – N  Red de línea

La regulación de la velocidad se consigue variando la intensidad de la corriente en el enrollado de campo por medio de resistencias, lo que es independiente de la carga, dentro de ciertos limites, el arranque, el frenado

Accionamiento

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reostatico y la inversión del movimiento se hacen igual que en el motor en serie. Sin embargo, el par de arranque y la capacidad de absorber sobrecargas son inferiores a los de los motores en serie. Por esto. Y por su velocidad independiente de la carga, los motores en paralelo son poco empleados en los equipos de elevación, quedando limitados a los casos en que se desea una velocidad constante e independiente de la carga.

Motor combinado.- Este tipo de motor es una combinación del motor en serie y del paralelo, participando por tanto en sus características en la medida en que están relacionados los enrollados en serie y en paralelo. Sólo son empleados en casos especiales en los equipos de elevación, como, por ejemplo, cuando se desea un elevado par de arranque y al mismo tiempo que el motor no se embale con poca carga.

MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA Los motores de corriente alterna utilizados en los equipos de elevación son los de tipo asincrónicos, tanto el de jaula de ardilla (cortocircuitado), como el rotor bobinado. En algunas aplicaciones especiales se emplean otros tipos de motores asincrónicos.

Torque del motor En % del nominal

Fig. 2.3-6

Curvas características de un motor en paralelo Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

Accionamiento

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η

 Rendimiento

n

 Velocidad

Ia

 Intensidad

de la corriente

Motor asincrónico.- En los motores asincrónicos el estator esta acoplado a 3 conductores de la red y el rotor no está conectado a la red, si no puesto en cortocircuito o conectado a resistencias. El estator crea un campo magnético giratorio, que arrastra al rotor con una velocidad que siempre queda resagada de la velocidad del campo giratorio. La diferencia entre estas 2 velocidades recibe el nombre de deslizamiento, el que aumenta con la carga. A plena carga, el rango de deslizamiento es de 5 - 6 % de la velocidad del campo giratorio o velocidad sincrónica. La velocidad “n” del campo giratorio depende del número de polos “p” del estator y de la frecuencia “ f ” de la corriente,

n=

120. f

2.1

p

Con la frecuencia normal de 60 ciclos por seg. (cps), y en función del número de polos del motor, se obtienen las velocidades sincrónicas de la tabla 2.3-1

Tabla 2.3-1 velocidades sincrónicas Polos 2

n (rpm) 3600

4

1800

6

1200

8

900

12

600

Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

Accionamiento

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La velocidad normal del motor a plena carga es inferior en un 5 a 6% debido al deslizamiento del rotor respecto a la velocidad sincrónica. La característica mecánica de los motores asincrónicos es lo suficientemente rígida en su zona de trabajo, como para considerar que la velocidad no varia al cambiar la carga y , por tanto, el momento que entrega es constante.

El sentido de rotación puede cambiarse intercambiando 2 de las fases del estator.

Por la forma del rotor los motores asincrónicos pueden ser cortocircuitados (generalmente de jaula de ardilla) o de rotor bobinado. El primero toma su nombre de la forma del rotor que recuerda a una jaula de ardilla; eléctricamente el enrollado del motor no está conectado a la red, sino cortocircuitado. El segundo tipo de rotor, el de rotor bobinado (o de anillos), tiene conectados los enrollados del rotor a un reóstato por medio de 3 anillos colectores (Fig. 2.3-7).

Fig. 2.3-7 Esquema de un motor trifásico de rotor bobinado Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

Accionamiento

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Antiguamente el motor de jaula estaba restringida a las pequeñas potencias, como por ejemplo en los polipastos simples. En la actualidad son muy empleados en los equipos de elevación. Su construcción simple y robusta, los han hecho muy populares.

El motor de jaula de ardilla, como el motor en paralelo de corriente directa, marcha a velocidad prácticamente constante, con muy pequeñas variaciones al variar la carga. En la Fig. 2.3-8 se muestra la curva característica de este motor. Sólo pueden ser cambiadas por medio de la introducción de resistencias en el estator.

El motor de jaula normal tiene las desventajas de entregar un par de arranque relativamente pequeño (150 % del nominal), mientras que absorbe una alta corriente en ese periodo (5 a 7 veces la nominal). En equipos que están conectándose y desconectándose constantemente, los aspectos mencionados producen una fuerte carga en la red eléctrica. Además en el arranque se libera una gran cantidad de calor en el interior de la jaula, lo que puede producir fuertes recalentamientos en el motor.

Fig. 2.3-8

Características del motor de jaula de ardilla normal Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

1. Curva Normal 2. Curva con resistencia en el estator

Accionamiento

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Por todo esto, en los equipos de elevación se emplean otros tipos de motores de jaula, que presentan algunas ventajas en relación al de jaula normal. Por ejemplo, esta el motor de doble jaula de ardilla, que posibilita un mayor par de arranque (225 % del nominal) y una baja corriente de arranque (4.5 a 5 de la nominal). En la Fig.2.3-9 esta su curva característica.

En todos los tipos de motores de jaula no es fácil la regulación de la velocidad en un amplio rango de valores, lo que en algunos casos puede constituir una desventaja.

El momento de arranque máximo se encuentra limitado por el valor del momento crítico o momento de vuelco M max.. el momento promedio de arranque Ma, se calcula por los coeficientes de multiplicación del momento máximo K m, y del de arranque K n, que se das en los catálogos de estos motores. El coeficiente de multiplicidad media viene dado por,

Kmed =

Fig. 2.3-9

1 2

2.2

( Km + Kn)

Característica del motor de doble jaula de ardilla Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

Accionamiento

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Los motores de las grúas, además deben garantizar el trabajo incluso al producirse una caída de voltaje de hasta el 85% del nominal. Teniendo en cuenta todo lo anterior, el momento promedio de arranque se calcula por,

2.3

Ma = 0.852 . Kmed . Mn

Donde Mn = momento nominal del motor

El motor de rotor bobinado permite una amplia regulación de la velocidad por medio de resistencias conectadas a los anillos colectores. A mayor valor de las resistencias intercaladas. Será menor la velocidad de motor como puede observarse de sus curvas características.

Fig. 2.3-10

Características de un motor de rotor bobinado Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

n



Velocidad sincrónica

4



Característica normal

1,2,3



Características con resistencias intercal

Accionamiento

22


Durante el periodo de arranque, puede adaptarse fácilmente el par de arranque a las necesidades que se presenten, mediante resistencias conectadas a los anillos, con lo que se logran grandes pares de arranque. Con el aumento de las resistencias, aumenta el deslizamiento, por lo que el motor gira a menor velocidad, a expensas del rendimiento, al comenzar el arranque, se intercala el valor total de la resistencia, con lo que se obtiene un alto torque y una velocidad baja, luego se van retirando resistencias con o que la velocidad se va incrementando hasta su valor nominal; durante esa etapa, el par oscila entre 2 valores mas o menos próximos. Al retirar la última resistencia, el motor trabajara con la velocidad y el par nominales. El costo suplementario del combinador y de las resistencias necesarios

para

analizar

estas

operaciones,

constituyen

las

principales

desventajas de estos motores.

A pesar de esto, el alto par de arranque, la baja intensidad de corriente necesaria durante el arranque y la posibilidad de variar la velocidad con facilidad, constituyen ventajas importantes sobre los motores de jaula, por lo que también son muy empleados en los equipos de elevación,

En dependencia del valor de las resistencias colocadas en el rotor, la velocidad del rotor irá aumentando según las curvas características mostradas en al Fig. 2.3-10 al inicio del arranque se introducen todas las resistencias, lo que da la curva1; produciéndose el inicio del movimiento de rotación, según a – b , creciendo las revoluciones desde 0 hasta n 1 . En este último momento se reduce el valor de las resistencias del rotor, pasándose a la curva 2, la velocidad se incrementa hasta n 2. Mas adelante, se desconecta otra resistencia, el motor pasa a la curva 3 y las revoluciones aumentan hasta n 3. Por último, se desconectan todas las resistencias, pasándose a la característica normal 4 en la que el motor funciona con n 4 , correspondiente al momento nominal del motor.

Algo semejante ocurre durante el arranque del motor de corriente directa en serie. En ambos motores el momento de arranque máximo M a máx. esta

Accionamiento

23


limitado por las características mecánicas impuestas por las resistencias, tomándose de los catálogos. Comúnmente esta entre los limites de 1.8 – 2.5 momento nominal. El momento de arranque mínimo M a

min.

frecuentemente se

toma 1.1 M n. Finalmente, el momento de arranque medio se toma.

Ma =

M a.máx. + M a. min

2.4

2

Existen otros tipos de motores asincrónicos que tratan de combinar las características de los 2 tipos estudiados. Así por ejemplo, se construyen rotores de alta resistencia, que proporcionan un par de arranque muy alto, (Fig. 2.3-11); sin embargo, a plena marcha el deslizamiento es grande y si el trabajo es continuo, el enrollado se recalienta. Por esto, son los indicados para los equipos de elevación, ya que estos trabajan de forma intermitente.

Fig. 2.2-11

Características de un motor de alta resistencia. Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

Accionamiento

24


Tabla 2.3-2

Características y aplicaciones de los principales tipos de motores asincrónicos.

Tipo de motor Jaula de ardilla

Características

Aplicaciones

Corriente de arranque

Máquinas herramientas,

5÷7 la nominal.

bombas centrífugas,

Par de arranque 1.5 el grupos motor-generador nom. Voltaje de arranque ventiladores,

De alta reactancia

aspiradoras,

reducido, para los de 7.5

equipos que requieren un

CV y más de potencia.

bajo par de arr.

Corriente

de

arranque La misma que el anterior.

4.5 ÷ 5 la nominal Par de arranque 1.5 el nom. Arranque a plena Tensión.

Doble jaula de

Corriente

de

arranque Bombas

Ardilla

4.5 ÷ 5 la nominal.

de

Alternativo,

movimiento. trituradoras,

Elevado par de arranque mezcladoras, compresores 2.25 el nominal.

de

aire,

transportadores

Arranque a plena tensión que arrancan con carga, grandes gerantes,

máquinas

refri-

equipos

que

requieren un gran par de arranque.

Tipo de motor

Características

Aplicaciones

Accionamiento

25


De alta resistencia

Baja corriente de arranq. Prensas de embutido, Elevado par de arranque: Guillotinas, martinete, 2.75 El nominal. Arran- Máquinas con volantes, de que a plena tensión .

estirar metales, centrífugas de azúcar.

Rotor Bobinado

Resistencias en el circui-

Ascensores, grúas, ca-

to del rotor para obtener brestantes,

laminadores,

un gran par de arranque palas eléctricas, cargadocon poca intensidad de res de carbón y de mineral, corriente

grupos

motor-generador

con volante. Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)

2.4.- ACCIONAMIENTO NEUMÁTICO Los accionamientos neumáticos son poco empleados, debido a la complejidad del sistema de distribución el aire, la necesidad de una construcción y ensamblajes precisos y las pequeñas distancias horizontales que pueden obtenerse.

Se utiliza en los equipos de poca potencia, como algunos tipos de elevadores y aparejos, en transmisiones de cierre, etc., o en equipos que trabajan en medios explosivos. Como ventajas pueden señalarse el que permiten un gran número de conexiones por unidad de tiempo, (mayores incluso que el permitido por las instalaciones eléctricas), y que permiten trabajar con grandes sobrecargas.

2.5.- ACCIONAMIENTO HIDRÁULICO

Accionamiento

26


Los

accionamientos

hidráulicos

presentan

varias

ventajas,

fundamentalmente frente a las trasmisiones térmicas, que hacen que sean empleadas en determinados equipos. Estas ventajas son:

1)

Alta

capacidad

de

absorber

sobrecargas. 2)

Regulación suave y continua de la

velocidad. 3)

Dimensiones

considerablemente

pequeñas. 4)

Amplio rango de variación

de la

velocidad. 5)

Poco peso.

6)

Bajo costo.

Sin embargo, en calidad de motores primarios son usados generalmente, los motores de combustión interna y los eléctricos, y más raramente los motores hidráulicos. Los primeros ponen en acción la bomba que mueve el cilindro hidráulico u órgano de trabajo del mecanismo. La doble conversión de la energía que hay que realizar, hace que el rendimiento de toda la instalación resulte bajo: 60% aproximadamente.

Los sistemas hidráulicos modernos tienen presiones de hasta 100 atmósferas, aunque en algunos casos alcanza las 250 – 300 at, lo que permite un mecanismo más compacto. La gran limitante del aumento de presión reside en las empaquetaduras del circuito, que deben hacerse con mucho más cuidado para evitar las fugas y roturas.

En calidad de bomba y motor hidráulicos se emplean máquinas hidráulicas del

tipo volumétrico, que

trabajan por

el

principio de

Accionamiento

27


desplazamiento del liquido de trabajo. Las más usadas son las bombas rotatorias de embolo. En las que es fácil regular el suministro del liquido y pueden trabajar como motores hidráulicos. Los motores, que son los elementos encargados de transformar la energía del flujo de liquido, en energía mecánica, se dividen en:

Embolo Rotatorios Alabes Motores hidráulicos Cilindros de fuerza

Los cilindros de fuerza son dispositivos sencillos en su construcción baratos y muy fiables. Son muy empleados en mecanismo de variación del brazo y en los montacargas. Los motores rotatorios permiten desarrollar un mayor desplazamiento de la pieza que se desea mover. Pueden ser de bajo par, con gran número de revoluciones, y de alto par, con bajas revoluciones. Estos últimos pueden accionar los mecanismos directamente sin necesidad de reductor, lo que permite reducir el tamaño del accionamiento. Sin embargo, los de pares bajos permiten una mas amplia gama de regulación de la velocidad.

La regulación suave de las revoluciones del motor hidráulico se logra variando el gasto de liquido (bombas de rendimiento regulado) y variando el volumen de trabajo del motor.

Como liquido de trabajo se emplean aceites minerales muy limpios, con suficiente viscosidad. La baja viscosidad aumenta las fugas, sobre todo a altas presiones, mientras que la alta viscosidad aumenta las pérdidas hidráulicas.

Los accionamientos hidráulicos pueden ser ejecutados según 2 esquemas:

Accionamiento

28


Esquema 1.- Con bombas que no controlan el consumo de liquido (la productividad), con uno o varios motores hidráulicos de bajos y altos momentos, que no pueden ser regulados.

Esquema 2 .- Con bomba que regula su consumo de liquido, con motores hidráulicos de bajos y altos momentos, regulables.

Las instalaciones hidráulicas pueden ser ejecutadas también por el sistema abierto o cerrado. El sistema abierto se caracteriza por la existencia de un recipiente, desde el cual el liquido pasa a la bomba y al motor hidráulico. El sistema cerrado tiene una bomba adicional de baja prisión, que impulsa al liquido en la etapa de baja presión (a la salida del motor), mientras que la bomba principal alimenta al motor.

El esquema 1 se realiza por el sistema abierto, mientras que el esquema 2 puede hacerse por ambos sistemas: abierto o cerrado.

Un aspecto importante en la instalación de un accionamiento hidráulico es el problema de las fugas de liquido, que son inevitables. Estas fugas hacen que el árbol del motor hidráulico continué moviéndose cuando se frena el motor principal, si en el citado árbol actúa una carga estática, como ocurre por ejemplo, al frenar el mecanismo de elevación cargado. Este movimiento, una vez desconectado y frenado el motor eléctrico, es completamente indeseable.

En los motores rotatorios del tipo de embolo, las fugas son de un 2 a 3 %; en los motores de alabes pueden sobrepasar el 10%. Por esto, si el descenso de la carga, con velocidades del 2 - 10% de la nominal no es permitido, para retener la carga se hace necesario instalar el freno directamente en el árbol del tambor, con el consiguiente aumento de las dimensiones de aquel, al existir un mayor torque de frenado.

Accionamiento

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MAQUINAS DE ELEVACION Y TRANSPORTE CAPITULO 2

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