TEMA_11

Diseño de Máquinas

115

11 TRANSMISIÓN POR CORREAS 6. INTRODUCCIÓN Las correas son elementos flexibles que se emplean en los sistemas de transporte y para transmitir potencia a distancias relativamente largas. Los cables y cadenas son elementos similares a las correas, que no se van a estudiar en este libro. Las características principales de las correas son las siguientes: a) pueden conectar ejes muy separados, algo que no se puede conseguir con un par de ruedas dentadas ya que su tamaño sería excesivamente grande. b) son elementos de transmisión silenciosos, baratos, de poco mantenimiento y fácilmente reemplazables. c) transmiten

el

giro

por

rozamiento

correa-polea

(excepto

las

correas

sincronizantes). Para garantizar el rozamiento, la correa debe montarse tensionada en las poleas. d) aislan a un eje de posibles choques y vibraciones que puedan darse en el otro eje. e) establece una relación de transmisión entre los ejes, no constante debido a puntuales deslizamientos correa-polea (excepto en correas tipo sincronizante).

116


La relación de transmisión depende del diámetro de las poleas. f) tienen una gran eficiencia, típicamente entorno al 95%. Las pequeñas pérdidas se deben a los microdeslizamientos en el contacto correa-polea. g) funcionan como fusible mecánico, como las chavetas, protegiendo de posibles sobrecargas durante el funcionamiento (en caso de sobrecarga, la correa patina sobre la polea y no transmite dicha sobrecarga de un eje a otro). h) las correas fallan por fatiga, típicamente al cabo de 3-5 años de funcionamiento. Una buena inspección y mantenimiento es clave para que se alcance esta duración de vida. Las correas también se han utilizado como variador de velocidad (Figura 1a), como embrague (Figura 1b), etcétera. Po&ea &oca

Vor4!#&&a de ca%b#o

Po&ea cond!c#da

Correa Vor4!#&&a de ca%b#o

Po&ea cond!ctora a)

b)

Figura 1. Aplicaciones alternativas de las correas: a) variador de velocidad b) embrague


117

7. TIPOS DE CORREAS En el mercado se puede encontrar una gran variedad de tipos de correas. Los tres tipos principales de correa son las planas, las trapezoidales o en V, y las sincronizantes o “timing”. La Figura 2 muestra cada una de ellas. También las hay de sección redonda, pero no son tan empleadas.

a)

b)

c)

Figura 2.Principales tipos de correa: a) planas b) trapezoidales o en V c) sincronizantes

Las correas planas tienen una sección rectangular, son las más baratas y funcionan bien para grandes distancias entre ejes. Fueron muy populares en las máquinas del siglo XIX y principios del siglo XX, que contaban con un motor central de gran potencia, desde el que esta potencia se distribuía a varias máquinas situadas a gran distancia del motor (ver Figura 3).

Figura 3.Máquina con motor central (line shaft), predominante en el s. XIX e inicios del s. XX

118


No obstante, a partir de la década de 1930 se impuso la utilización de un motor eléctrico local en cada máquina, con lo que no era necesario salvar grandes distancias entre ejes; así, se fueron popularizando las correas de sección trapezoidal o en V. Estas correas tienen una sección trapezoidal que habitualmente va “encajada” en una garganta de la polea. De hecho, el ángulo de la sección trapezoidal de la correa es más pronunciado que el de la garganta. Esto genera un efecto cuña, ilustrado en la Figura 4, gracias al cual se consigue una mayor fuerza de fricción correa-polea y con ello pueden transmitir una mayor potencia que las planas. El efecto cuña permite también su uso en poleas con reducida distancia entre centros y grandes diferencias entre diámetros. Se suelen emplear con varias secciones en paralelo, tal y como se ilustra en la Figura 2b. Por último, las correas sincronizantes son una especie de engranajes flexibles (la correa y las poleas están dentadas), que no t ransmiten por fricción sino por empuje. Además de su capacidad de transmitir grandes potencias, su principal característica es que proporcionan una relación de transmisión exacta entre ejes al no existir deslizamiento. = N dN

dN/@0s#n@ N/@0s#n@=/0AA

/0AA

Figura 4. Efecto cuña por la cual las correas trapezoidales tienen mayor capacidad de transmisión de potencia

8. CORREAS DE SECCIÓN TRAPEZOIDAL (EN V) Y ESTRUCTURA INTERNA En cuanto a la estructura interna de las correas, antiguamente éstas eran de cuero curtido, sin embargo actualmente presentan una estructura interna formada por tres componentes como la indicada en la Figura 5. En primer lugar contienen fibras que trabajan a tracción (de acero, kevlar, nylon…), evitando la elongación excesiva y


119

permitiendo la flexión en las correas. En segundo lugar, un núcleo engomado que rodea a las fibras, aportando consistencia, capacidad de flexión y capacidad de amortiguar vibraciones. En tercer lugar, un tejido de recubrimiento (generalmente de goma), resistente a la fricción y a las condiciones ambientales.

F#bras a tracc#$n

N!c&eo enMo%ado

Te#do de rec!br#%#ento

Figura 5.Estructura interna típica de una correa

Volviendo a las correas trapezoidales, las más empleadas actualmente, los fabricantes han estandarizado las dimensiones de las secciones transversales, designando cada perfil de sección con números y/o letras. De una forma general, se suele realizar una clasificación diferenciando entre las que se denominan “correas de sección clásicas o simples”

que se designan por las letras A, B, C D y E, mientras que las correas

“estrechas o de alta capacidad” son las 3V,5V y 8V, además de que cada fabricante suele tener su designación propia. Las correas pueden ser individuales o múltiples, es decir con una única sección o con varias secciones en paralelo. La Figura 6 muestra la variedad de correas V comercializadas por el fabricante Optibelt. De entre ellos, los más utilizados son: a) Correas trapezoidales clásicas Optibelt VB, según norma DIN 2215/ISO 4184: disponibles en perfiles 5, Y/6, 8, Z/10, A/13, B/17, 20, C/22, 25, D/32, E/40. b) Correas trapezoidales estrechas Optibelt SK, de alto rendimiento, según norma DIN 7753 parte 1/ISO 4184: disponibles en perfiles SPZ, SPA, SPB, SPC, 19. c) Correas trapezoidales estrechas RED POWER II, de alto rendimiento, según norma USA-Standard RMA/MPTA (coinciden con las de alto rendimiento de la norma DIN 7753): disponibles en perfiles 3V/9N, 5V/15N, 8V/25N. d) Correas trapezoidales de flancos abiertos, dentadas SUPER X-POWER M-S, según norma DIN 7753 parte 1, DIN 2215 y RMA/MPTA: disponibles en

120


perfiles XPZ, XPA, XPB, XPC, 3VX, 5VX, ZX/X10, AX/X13, BX/X17, CX/X22. e) Correas trapeciales anchas, de flancos abiertos, dentadas SUPER VX, según normas ISO 1604, RMA/MPTA, ASAE S 211.4. f) Correas OptibeltKB Kraftbands, compuestas por varias correas trapeciales de la misma longitud, unidas firmemente por una placa cubierta superior. Se fabrican tanto con correas trapeciales estrechas como con correas trapeciales clásicas. Disponibles en perfiles 3V/9J, 5V/15J, 8V/25J, SPC, A/HA, B/HB, C/HC, D/HD. g) Correas trapeciales dobles Optibelt DK, según norma DIN 7722. Se utilizan cuando varias poleas se hallan en un mismo plano y se han de efectuar cambios en el sentido de la rotación. Disponibles en perfiles AA/HAA, BB/HBB, CC/HCC, DD/HDD, 22x22, 25x22. h) Correas de transporte Optibelt PKR, compuestas de una correa base y de superficie especial.


Figura 6. Correas trapezoidales del fabricante Optibelt

121

122

9. MODELO


DE

COMPORTAMIENTO

DE

LAS

CORREAS

TRAPEZOIDALES

La transmisión por correas establece una relación de transmisión entre los dos ejes conectados. Partiendo de que la potencia se transmite íntegra entre los ejes 1 y 2 (despreciando las pequeñas pérdidas antes comentadas), la relación de transmisión i es: Pot 1

=

Pot 2

→

T 1 ⋅ w1

=

T 2 ⋅ w2

→

i

=

w 2 w1

=

T 1 T 2

Siendo v la velocidad lineal de la correa, la relación de transmisión t ambién se puede definir como: v

=

w1 ⋅ R1

=

w 2 ⋅ R 2

→

i

=

w 2 w1

R1 R 2

=

El par torsor T se desarrolla porque un ramal de la correa tiene una tracción mayor que el otro (F 1>F 2), tal y como se muestra en la Figura 7: T 1 = (F 1 − F 2 ) ⋅ R1 T 2

=

(F 1 − F 2 ) ⋅ R2

F)

F)



F0

F0

ETe %otor a)

F0

F0  F)

F)

ETe %otor b) Figura 7.Fuerzas F 1 y F 2 en los ramales de la correa


123

En la figura se puede ver cómo el ramal más tensionado (el de la fuerza F 1) es aquel del que “tira” el motor al girar. Se observa también que en el eje motor el momento torsor tiene una dirección contraria a su sentido de giro, mientras que en el otro eje el momento torsor tiene la misma dirección que el giro. Esto se debe a que el eje motor está sometido a un par que se opone a su giro (par resistente, en contra del giro), mientras que el otro eje está sometido a un par que le hace girar (par actuante, a favor del giro). Para obtener la relación entre las fuerzas F 1 y F 2, se analiza un diferencial de correa como el de la Figura 8. Este diferencial de correa está sometido a las fuerzas externas que se enumeran a continuación. En primer lugar, como la correa se monta tensionada sobre la polea, la fuerza normal de contacto dN crea una reacción en los laterales de la sección trapezoidal, tal y como se ha mostrado en la Figura 4; esta reacción, indicada como dN´ en la Figura 8, es igual a dN/(2sin(θ /2)) según la Figura 4. Producto de la fuerza normal dN’, se desarrolla una fuerza de fricción µdN’ en cada lado de la sección trapezoidal. En segundo lugar, existe una fuerza centrífuga dF c debida al giro de la correa (con su masa) alrededor de la polea. Por último, de un ramal a otro la fuerza en la correa se incrementa F 2hasta F 1, con lo que en el diferencial de correa se produce un incremento de fuerza de F a F+dF .

=

dFc XdNQ dNQ

=/0

FBdF F dW

Figura 8. Fuerzas en un diferencial de correa trapezoidal

124


Planteando el equilibrio de fuerzas en dirección tangencial y radial a la polea: dN  d α   d α  = (F + dF ) cos  + 2 µ  2 sin(θ / 2)  2   2 

F cos

dF c

+

 d α   d α   + F sin  .  2   2 

dN = (F + dF ) sin 

Operando, se llega a la que se conoce como ecuación fundamental de la correa:

F 1 − m1v 2 F 2

−

m1v 2

µ =

e

sin(θ / 2 )

α

En el instante en que se monta la correa, antes de que se ponga a girar transmitiendo potencia, la correa está tensada con una fuerza inicial F i en toda su longitud (en ese instante, se cumple que F 1=F 2=F i). Para ese tensionado inicial se suelen utilizar ejes desplazables (que al alejarse tensan la correa), e incluso dispositivos de tensionado automático como los de la Figura 9.

a)

b)

Figura 9. Dispositivos para el tensionado automático de la correa: a) polea con muelle b) motor pivotante

Cuando la correa comienza a girar, a la fuerza inicial F i se le añade la fuerza centrífuga F c. Además, debe existir una diferencia de fuerzas entre los dos ramales para que se

transmita una potencia entre los ejes, tal y como se ha explicado anteriormente. Así, escribiendo de forma genérica T 1 /D1=T 2 /D2=T/D=(F1-F2)/2 según las ecuaciones de la Figura 7, las fuerzas en los ramales pasan a ser: F 1 = F i + F c + T / D F 2

=

F i + F c − T / D


125

En las correas trapezoidales, debido a la forma de su sección, cuando la correa se “dobla” alrededor de las poleas se desarrolla una fuerza adicional de flexión F b, con lo que la evolución de las fuerzas a lo largo de un ciclo en una correa trapezoidal es la mostrada en la Figura 10.En dicha figura queda de manifiesto que la correa soporta cargas variables a lo largo de su avance a través de las poleas. Por lo tanto, el fallo se da por fatiga al cabo de un determinado número de ciclos de funcionamiento. Los cálculos a fatiga de las correas son complicados porque los materiales tienen una composición que sólo conoce el fabricante, y un comportamiento muy complejo.

D

A

Y

C

M7T7R

Fb)

Fb0

ZF

F#

Fb)

F)

ZF

Fb0

F0

Fc

A

Y

C

D

Figura 10. Fuerzas a lo largo de la correa (correa trapezoidal)

126


10. DISEÑO DE TRANSMISIONES POR CORREAS TRAPEZOIDALES

10.1 APROXIMACION TEORICA Tal y como se acaba de explicar, las correas fallan por fatiga. En este apartado se explica un procedimiento de cálculo a fatiga, de carácter más bien teórico. Como se observa en la Figura 10, a lo largo de un giro completo (lo que se denomina una pasada), la correa trapezoidal pasa por dos máximos de fuerza, F 1+F b1 y F 1+F b2, una en cada polea, con lo que se puede aplicar la regla de daño acumulativo de Miner para calcular el número de pasadas N que soporta la correa antes de fallar por fatiga:

 K   = N  F 1 + F b1  1

−

b

 K  +  F + F   1 b 2 

−

b

Donde K y b son variables obtenidas experimentalmente, cuyo valor depende del tipo de sección de correa que se haya seleccionada previamente. A partir de la duración estimada N en número de pasadas, se puede calcular la duración t en tiempo; si la correa avanza a una velocidad v (en m/seg), tiene una longitud L (en m), y tiene una duración de N pasadas, la duración t (en horas) es: t =

N ⋅ L v ⋅ 3600

La longitud L de la correa se obtiene de la geometría de la transmisión (ver Figura 11).

R0 R)

d

ψ

Figura 11. Longitud de la correa L = 2[d sin ψ + ψ R1 + (π − ψ ) R2 ]

Siendo: ψ =

arccos [( R2 − R1 ) / d ]


127

Se remarca que este cálculo a fatiga es meramente teórico. En la realidad, el fenómeno de fatiga en correas es muy complejo debido a los materiales empleados en su fabricación. De hecho, los catálogos de fabricantes no proporcionan fórmulas de cálculo a fatiga para sus correas; en lugar de ello, garantizan que las correas duran un determinado número de años si se seleccionan, se montan y se mantienen adecuadamente.

10.2 SEGÚN CATALOGO DE FABRICANTE En este apartado se detalla la pauta a seguir para seleccionar la correa trapezoidal adecuada utilizando el catálogo de uno de los principales fabricantes, Gates Rubber (todos los fabricantes tienen un procedimiento similar al presentado aquí). En relación a lo comentado en el apartado anterior, este catálogo establece para las correas V industriales de alta capacidad una duración “típica” de alrededor de3-5 años de funcionamiento (otros catálogos hablan de 24000 horas); asimismo, advierten de que en condiciones adversas esta vida útil puede reducirse a 1-2 años. Como primer paso para la selección de la correa se debe establecer la potencia que se quiere transmitir (potencia nominal), mayorada con el factor de servicio de la Tabla 1. De esta manera, la transmisión que se seleccione va a ser capaz de transmitir una potencia mayor a la requerida; por tanto, este factor de servicio es una especie de coeficiente de seguridad. A esta potencia mayorada se le denomina potencia de diseño o de proyecto. A continuación se elige el tipo de sección a utilizar para dicha potencia de diseño. Para ello se utiliza la gráfica de la Figura 12, correspondiente a secciones clásicas (existe otra gráfica para secciones estrechas). Como se observa en la figura, el nombre comercial de Gates Rubber para estas correas es Hi-Power II para correa individual y Hi-Power II PowerBand para correa múltiple. En la Figura 13 se muestra la forma y estructura interna de estas correas, además de sus características y perfiles disponibles (perfiles A, B, C, D para Hi-Power II, y perfiles B, C, D para Hi-Power II PowerBand).La Figura 14 indica las dimensiones de estas correas y algunas longitudes disponibles; se indica además que las correas múltiples pueden tener de 2 a 5 secciones.

128

Diseño de Máquinas ?A@*A ,*0-,!A ?A@*A ,*00A

?otor elBct.sincr2noC ?otor #e comb. internaC multicilin#roC -urbinas 8 h/día

16

24

h/día

h/día

?otor elBctrico #e alto "arC ?otor #e combusti2n interna monocilin#ro 8 h/día

16

24

h/día

h/día

ar'a li'era8 A'ita#ores #e l:Dui#os. Eombas  com"resores centr:fu'os. -rans"orta#ores #e ban#a. Gentila#ores. ?áDuinas (erramientas #e corte continuo

).0

).)

).

).)

).

).*

ar'a normal8 Eombas  com"resores #e 3  más cilin#ros. -rans"orta#ores #e ca#ena. Fresa#oras.

).)

).

).*

).

).*

).>

ar'a "esa#a8 Eombas  com"resores #e uno  #os cilin#ros. )le7a#ores #e can'ilones. e"illa#oras  morta%a#oras

1.2

).*

).>

).>

).5

).+

ar'a mu "esa#a8 ?ecanismos #e ele7aci2n #e 'rHas. Prensas. i$allas.

1.3

).>

).5

).5

).+

).1

Tabla 1. Factor de servicio para mayorar la potencia nominal

Figura 12. Tipo de correa clásica a utilizar en función de la potencia de diseño


129

Acto seguido se debe ir a la tabla del catálogo correspondiente al tipo de sección recién seleccionado en la Figura 12; la Tabla 2 corresponde a la sección tipo A (el resto de secciones no se han incluido en el libro). En esta tabla, en función de la relación de transmisión (relación de velocidades de giro entre los dos ejes conectados) y la distancia deseada entre ejes, se obtienen los diámetros recomendados de las poleas, el “modelo” concreto de correa y la potencia que puede transmitir cada correa individual (este último a multiplicar por el factor de corrección que aparece bajo la tabla en función del código de colores, que tiene en cuenta la longitud y arco de contacto de la correa). Por ejemplo, fijándose en la tabla, si se quiere conectar dos ejes con una relación de transmisión 1.31 y una distancia entre ejes de 18.1 pulgadas, se escoge una correa A46 que se monta sobre unas poleas de 3 y 4 pulgadas, siendo cada correa capaz de transmitir 2.44 HP. Así, sólo queda determinar la cantidad de correas que se necesitan, dividiendo la potencia de diseño por la potencia que es capaz de transmitir cada correa (redondeando hacia arriba en su caso).

Figura 13. Correas de sección clásica del fabricante Gates Rubber

130


Figura 14. Dimensiones y algunas longitudes disponibles de correas de sección clásica


131

132


Tabla 2. Tabla correspondiente al tipo de sección A para una relación de transmisión 1.22-1.58.


133

En cuanto al diámetro escogido para las poleas, se debe tener en cuenta que cuanto mayor es el diámetro de la polea, para transmitir el par torsor (fuerza multiplicada por radio) se requiere desarrollar menos fuerza en las correas; esto implica que se necesitarán menos correas, y que las fuerzas que se transmiten al eje serán menores. En cuanto al espacio ocupado por la transmisión, cuanto mayor es el diámetro de las poleas, el espacio “radial” requerido será mayor pero el espacio “axial” será menor al ser necesarias menor correas. Por el contrario, cuanto menor es el diámetro de las poleas, menor es el espacio “radial”, mayor el espacio “axial”, y mayores las fuerzas que se transmiten al eje; en este sentido, se recomiendan unos valores mínimos de diámetro de polea (ver Tabla 3) para que las fuerzas que lleguen al eje no sean excesivas y no comprometan la vida útil del propio eje o de los rodamientos sobre los que se apoya.

Tabla 3. Diámetros mínimos recomendados para las poleas

134


Las poleas tienen un número de ranuras disponibles según catálogo (ver Figura 15). Por ejemplo, para las correas de sección A hay poleas de 1,2,3,4,5 y 6 ranuras (incluso puede que más, depende del fabricante) para cualquier diámetro de polea. Igualmente, para las secciones D existen típicamente poleas de 4,5,6,8,10 y 12 ranuras. Si no se encuentra en catálogo una polea con el número de ranuras coincidente con el número de correas calculado anteriormente, debe fabricarse la polea ad-hoc, lo cual evidentemente encarece el producto.

Figura 15. Polea para correas trapezoidales de sección clásica

El procedimiento de selección explicado corresponde a la aplicación “típica” de transmisión de potencia entre dos ejes paralelos con accionamiento de motor eléctrico. El catálogo proporciona procedimientos similares para otros tipos de motores (por ejemplo de combustión interna) u otras configuraciones (transmisiones V-flat en los cuales una de las poleas no tiene garganta, con polea loca, con ejes perpendiculares…), algunas de las cuales se muestran en la Figura 16.

a)

b)

Figura 16. Transmisión con: a) polea loca b) ejes perpendiculares


135

10.3 TENSIONADO DE CORREAS TRAPEZOIDALES

Para que las correas cumplan su misión de transmitir potencia, no puede existir deslizamiento entre las poleas y la correa (si bien existen microdeslizamientos puntuales), y por tanto tiene que haber una fricción suficiente en el contacto entre ambos elementos; esto se consigue tensionando la correa al montarla en las poleas. A esta tensión se le denomina tensión inicial o estática, y es la tensión de montaje que tiene la correa antes de ponerse en funcionamiento. La tensión inicial óptima es la mínima necesaria para que la correa no patine en la condición de carga más exigente. Aunque pueda parecer lo contrario, el tensionado de las correas trapezoidales no es un aspecto tan crítico como cabría esperar. De hecho, antiguamente no se medía la tensión en las correas; simplemente se montaba de manera que no patinara en las condiciones de carga más exigentes, y se verificaba la tensión de la correa periódicamente, especialmente los primeros días, y limpiar correa y poleas de suciedad que pueda provocar que la correa patine. Si bien la experiencia ha demostrado que sería suficiente con seguir estas pautas, se ha convertido en práctica habitual medir la tensión en la correa para mantenerla dentro de unos límites recomendables. Y es que, si la tensión es muy baja la correa patina con el consiguiente desgaste y sobrecalentamiento, acortando así la vida de la correa y provocando una pérdida de eficiencia en la transmisión de potencia; si por el contrario la tensión es muy alta, esa carga excesiva acorta la vida de la correa, del eje y de los rodamientos. Consecuentemente, los catálogos proporcionan métodos para el tensionado de las correas, más y menos generalistas, sencillos y precisos. De entre todos ellos, el más utilizado por su precisión y relativa sencillez es el método de la fuerza/deflexión (también referido como “Regular V-Belt Tensioning Method”). Este es el método que se explica en los siguientes párrafos. Para empezar, se debe calcular la tensión necesaria en la correa, de acuerdo con la siguiente expresión:

 2.5 − K φ   Pot diseño ⋅103  M ⋅ V 2  +  ⋅  T = 15 ⋅  6 10  K φ   N ⋅V  Donde T es la tensión inicial (en lb), K ϕ es el factor de corrección de arco de contacto (ver Tabla 4), Pot diseño es la potencia de diseño (en HP), N es el número de correas, V es la velocidad de la correa (en ft/min) y M es una variable tabulada en la Tabla 4.

136


Tabla 4. Factor de corrección de arco de contacto K ϕ y factores M, Y

Una vez obtenido el valor de T , se mide la fuerza necesaria para ejercer una deformación de 1/64 de longitud de ramal de la correa ( t ) en el centro del ramal, tal y como se indica en la Figura 17; la medición de fuerza se realiza habitualmente con un dinamómetro o aparato similar. Dicha fuerza debe estar dentro del rango definido por las siguientes expresiones de fuerza mínima y máxima para que la tensión en la correa sea aceptable: F min

=

1.4 ⋅ T + Y 16

F max

=

1.5 ⋅ T + Y 16


137

Donde Y viene tabulado en la Tabla 4b. Estas expresiones son para calcular la tensión cuando la transmisión consta de dos o más correas individuales (Hi-Power II) o múltiples (Hi-Power II PowerBand). En caso de contar con una sola correa individual o múltiple, siendo L la longitud total de la correa: F min

=

1.4 ⋅ T + (t / L ) ⋅ Y

F max

16

=

1.5 ⋅ T + (t / L ) ⋅ Y 16

Figura 17. Procedimiento y herramienta para medir la fuerza necesaria para ejercer una deformación de 1/64 de longitud de ramal de la correa

Las expresiones se refieren a fuerzas por sección. En el caso de una correa múltiple (HiPower II PowerBand), este valor debe multiplicarse por el número de secciones, porque al aplicar la fuerza con el dinamómetro estamos deformando varias secciones a la vez.

10.4 FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE EL EJE DEBIDO A LAS CORREAS Por último, cabe recordar que la transmisión por correas introduce esfuerzos en los ejes en los que se montan. Además del momento torsor que da lugar a la potencia, las fuerzas introducidas al eje son el peso propio de las poleas y la fuerza resultante de la tensión en los ramales de la correa. Tanto el eje como los rodamientos que le sirven de apoyo deben ser capaces de absorber estas cargas. El peso de las poleas viene indicado en el catálogo. La tensión en los ramales de la correa, ilustrados en la Figura 19, se calcula mediante las siguientes fórmulas: T S = 33000 ⋅ (1 .25 − K φ ) ⋅

Pot diseño K φ ⋅ V

T T

=

41250 ⋅

Pot diseño K φ ⋅ V

138


Figura 19. Fuerza resultante de la tensión en los ramales de la correa

Donde T Tes la tensión en el ramal más tensionado (lo que se ha llamado F 1), y T S en el menos tensionado (lo que se ha llamado F 2), K ϕ es el factor de corrección de arco de contacto (ver tabla 4a), Pot diseño es la potencia de diseño (en HP), y V es la velocidad de la correa (en ft/min). Tal y como se observa en la Figura 13 y se ha comentado anteriormente, el ramal más tensionado es aquel del que “tira” el motor. Nótese que la fuerza resultante de la tensión en los ramales es independiente del número de correas que se montan en la polea; por otra parte, cuanto menor es el diámetro de las poleas, mayores son las fuerzas T T y TS. Una vez calculados T T y T S, se suman vectorialmente para obtener la fuerza resultante de la tensión en los ramales de la correa. Esta fuerza se suma a su vez vectorialmente con el peso propio de la polea para obtener la fuerza total que introduce la correa en el eje. Esta fuerza debe ser considerada tanto al dimensionar el eje como al seleccionar los rodamientos de los apoyos del eje.

11. MANTENIMIENTO

DE

LA

TRANSMISION

POR

CORREAS Según se ha comentado anteriormente una correa puede durar de 3 a 5 años, al cabo de los cuales falla de forma “normal” por fatiga, de la forma que se ilustra en la Figura 18.

Figura 18. Fallo “normal” de una correa


139

Un fallo prematuro indica que algo no va bien en la transmisión. En este sentido, los principales factores que afectan a la vida de una correa son los siguientes (entre paréntesis, el porcentaje aproximado de fallos prematuros atribuidos a cada causa): a) mantenimiento incorrecto (42%): el mantenimiento comprende la comprobación de la tensión, ruidos, desgastes, vibraciones, desalineamientos, imperfecciones en la correa… b) mala selección de la correa (20%): La correa seleccionada debe ser la adecuada para las condiciones de funcionamiento específicas de la máquina. c) instalación incorrecta (20%): la correa debe ser instalada (montada) con la tensión adecuada y con las poleas perfectamente alineadas. d) condiciones ambientales (15%): el calor y la suciedad acortan la vida de la correa. e) manipulación o almacenamiento incorrecto (2%): por ejemplo, las correas deben almacenarse sobre una superficie plana, nunca colgadas de un gancho para que no se deformen f) componentes defectuosos (1%) Como se observa, el principal motivo de fallo prematuro de una transmisión por correa es un mantenimiento incorrecto, especialmente importante en aplicaciones en las que la correa trabaja en condiciones de cargas elevadas, velocidades elevadas, temperaturas extremas o con frecuentes paradas/puestas en marcha, y en cualquier caso en equipamientos críticos.

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