potencia en sistemas de...

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Mecánica

Seminario de Título presentado en

conformidad a los requisitos para

obtener el título de Ingeniero de

Ejecución en Mecánica.

Profesor Guía: Sr. Heraldo Bastidas

Medel.

Sr. Juan Carlos Figueroa Barra.

Ingeniero Supervisor:

Sr. Pedro Sepúlveda Álvarez.

Sebastián Alejandro Guajardo Oyarzún

2 0 1 3

“OPTIMIZACIÓN DE LA TRANSMISIÓN DE

POTENCIA EN SISTEMAS DE TRANSMISIÓN

MEDIANTE CORREAS TRAPEZOIDALES”

Universidad del Bío-Bío. Sistema de Bibliotecas - Chile

Dedicatoria

Esta tesis primeramente se la dedico a todas las personas que no creyeron en mi,

a las que esperaban mi fracaso en cada una de las etapas hacia la culminación de

mi carrera, a todos ellos está dedicada.

En segundo lugar dedico esta tesis a Alejandro Guajardo Valencia, mi padre que

siempre mantuvo la confianza en mí, y la disposición para ayudarme en este

hermoso camino, a él este seminario.

A mi querida madre Marina Oyarzun quien junto a mi hermana Carolina Guajardo

y mi padre están conscientes de cuanto esfuerzo hay detrás de este seminario.

A mi profesor guía Heraldo Bastidas y a mis profesores co-guia Juan Carlos

Figueroa y Claudio Villegas Ulloa, quienes siempre tuvieron la mejor de las

disposiciones para las inquietudes que surgieron en la realización de este

seminario de titulo.

A mi Familia en general (en segundo orden), Profesores todos, personal del

departamento como auxiliares y secretarias quienes siempre pudieron dar solución

a los problemas que surgieron en el camino a lograr la meta.


Resumen

Para lograr el objetivo principal de este estudio se empezó entendiendo los tipos

de sistemas de transmisión por correas, Además del tipo de material y sus

elementos de construcción. Finalizando el capitulo 1 la clasificación de los tipos de

correas y el diseño de una transmisión por correas.

Se realiza también un punto final que nos indica la importancia monetaria que nos

arroja el hecho de no tener un plan de mantención adecuado para estos sistemas.

SKF por su parte ha diseñado correas Xtra Power qué son correas diseñadas para

una transmisión óptima las que son detalladas con claridad en el capitulo 1.

Consecuentemente con lo anterior el capitulo 2 está enfocado al mantenimiento

preventivo de estos sistemas de transmisión y la localización de las principales

fallas esto es; las más comunes y recurrentes para estos sistemas.

El capitulo 3 a través de la técnica de mantención predictiva “Vibraciones

Mecánicas” se diagnostica el estado de funcionamiento de una máquina de

transmisión mediante correas trapezoidales. haciendo forzar el sistema para

provocar las fallas más recurrentes en estos sistemas como son : correas

sueltas y/o diferentes series // Poleas Excéntricas // Resonancia // Poleas

desalineadas, de las cuales se pudieron simular 3 excluyendo poleas

excéntricas puesto que no se dispone dentro de los elementos de maquina que

posee la Universidad.

Sucesivamente se pone en conciencia lo que implica el hecho de no tener un plan

de mantenimiento para estos sistemas. La mejor clarificación para esto es el

capitulo 4 que estudia el caso particular para una máquina de potencia de 1 Hp.


Glosario

Acelerómetro: Instrumento destinado a medir aceleraciones.

Amplitud: Medida de la variación máxima del desplazamiento u otra magnitud

física que varía periódica o cuasi periódicamente en el tiempo.

Aplicada la transformada rápida de Fourier a una señal temporal, esta queda en

función de la frecuencia, a esta misma se le llama espectro.

Armónico: Resultados de variaciones adecuadamente acomodadas en un rango

de frecuencias de emisión.

Diagnóstico: Análisis que se realiza para determinar cualquier situación.

Distensión: Disminución de la tensión.

Dominio de la frecuencia: Al aplicar a la señal temporal la transformada rápida de

Fourier esta pasa de quedar en función del tiempo a estar en función de la

frecuencia. Amplitud vs Frecuencia.

Dominio del tiempo: Señal en función del tiempo (s)

Efecto cuña: Efecto de superposición de la correa sobre la polea en que vá

montada.

Eje conducido: Se aplica a cada uno de los ejes, sobre los que se montan las

ruedas conducidas y a los cuales se transmite potencia o movimiento de rotación

por correa.

Eje conductor: Eje propulsado por el motor.

Encolado: Se entiende por soldadura en frío al encolado o pegado de dos o más

partes por medio de un tercer material adhesivo.

Espectro: Registro gráfico que presenta un sistema físico al ser excitado.


Factor de Servicio: Está asociado a la cantidad de uso diario del motor.

Frecuencia natural: Es el proceso que de manera natural es producido por las

ondas de choque con los objetos.

Mantenimiento predictivo: Es el que está basado en la determinación del estado

de la maquina en operación.

Mantenimiento preventivo: Es el destinado a la conservación de equipos o

instalaciones mediante realización de revisión y reparación que garanticen su

buen funcionamiento y fiabilidad.

Movimiento oscilatorio: Movimiento en torno a un punto de equilibrio estable.

Oscilación: Variación, perturbación o fluctuación en el tiempo de un sistema.

Poliamida: Tipo de polímero que contiene enlaces tipo amidas, se pueden

encontrar en la naturaleza.

Ratio: Proporción de velocidad.

Resonancia: Aumento de la amplitud del movimiento de un sistema debido a la

aplicación de fuerza pequeña en fase con el movimiento.

Rilsan: Recubrimiento de poliamida de origen vegetal.

Rodillo tensor: Elemento de máquina que regula la tensión de las correas

mediante un resorte.

RPM: Revoluciones por minuto.

RPS: Revoluciones por segundo.

Sensor: Dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas

variables de instrumentación y transformarlas en variables eléctricas.

Vibración: Propagación de ondas elásticas produciendo deformaciones y

tensiones sobre un medio continúo.


Índice Temático

Introducción .................................................................................................................................. 15

Objetivos .......................................................................................................................................... 17

Objetivo General: ........................................................................................................................ 17

Objetivos Secundarios: .............................................................................................................. 17

Desarrollo del Tema ....................................................................................................................... 18

Capitulo 1: “Introducción a los Sistemas de Transmisión Mediante Correas Trapezoidales”

........................................................................................................................................................... 18

1. Sistema Reductor de Velocidad ................................................................................... 18

2. Sistema Multiplicador de Velocidad ............................................................................ 18

(1.1) Ventajas y Desventajas en los Sistemas de Transmisión Mediante

Correas en General .................................................................................................................. 19

(1.2) Tipos de Correas y Poleas ..................................................................................... 19

(1.2.1) Correas/poleas planas ........................................................................................ 19

i) Dimensionamiento Correas Planas ......................................................................... 20

ii) Poleas para Correas Planas: ..................................................................................... 21

iii) Dimensionamiento de Poleas para Correas Planas ........................................ 21

iv) Tolerancia en la Distancia entre Ejes: ................................................................ 21

(1.2.2) Correas Trapezoidales ............................................................................................ 22

i) Dimensionamiento para las Correas Trapezoidales ........................................... 22

(1.2.2.1) Poleas para Correas Trapezoidales ................................................................ 24

i) Dimensionamiento de Poleas para Correas Trapezoidales .............................. 25

Distancia entre Ejes de Poleas ............................................................................................ 26

(1.2.3) Correas de Sección Circular ................................................................................. 27

i) Dimensionamiento para Correas con Sección Circular: ................................... 27

(1.2.4) Correas Dentadas..................................................................................................... 28

i) Esquema Representativo ........................................................................................... 28

ii) Dimensionamiento para Poleas y Correas Dentadas: ........................................ 29

(1.2.5) Diseño de una Transmisión por Correas ........................................................... 32

ii) Selección del Tipo de Correa: ................................................................................... 33

iii) Diámetros Primitivos de las Poleas .................................................................... 34

iv) Velocidad Periférica ................................................................................................. 34


v) Distancia Mínima Recomendada entre Centros ................................................... 35

vi) Longitud de Correa .................................................................................................. 35

vii) Precisión de la Distancia entre Centros ............................................................. 35

viii) Cálculo del Ángulo de Contacto de la Polea Menor: ...................................... 35

ix) Potencia Nominal por Correa: .............................................................................. 36

x) Potencia Nominal Estandarizada por Correa ........................................................ 37

xi) Número de Correas a Utilizar ................................................................................ 38

(1.2.6) Clasificación de Correas ........................................................................................ 39

i) Según la forma de la sección trasversal de la correa: ....................................... 40

ii) Según el empalme de los extremos de la correa: ............................................... 40

iii) Disposición espacial: .............................................................................................. 40

iv) Tipo de Aplicación ................................................................................................... 43

(1.2.7) Correas Trapezoidales (Xtra Power SKF) .......................................................... 43

(1.2.7.1) SKF y su Área de Transmisión de Potencia .............................................. 43

(1.2.7.2) Elección del Tipo de Correa para Efectos de este Estudio ................... 44

(1.2.7.3) Ventajas .............................................................................................................. 44

(1.2.7.4) Construcción ..................................................................................................... 45

(1.2.7.5) Tipos de Correas Trapezoidales SKF: ........................................................ 46

i) Correas Trapezoidales Lisas SKF Xtra Power...................................................... 46

Dimensionamiento: ................................................................................................................ 46





Correas Estrechas Lisas SKF Xtra Power: ........................... ¡Error! Marcador no definido.




(1.2.7.6) Selección del Perfil Correcto para una Aplicación Dada: ..................... 52

i) Factor de Servicio ........................................................................................................ 53

ii) Potencia de Diseño ...................................................................................................... 55

iii) Sección Transversal de la Correa ........................................................................ 56


iv) Ratio de Velocidad Requerida .............................................................................. 56

v) Determinación de la Longitud de Correa ............................................................... 57

vi) Potencia Nominal Básica de la Correa (Pb): ..................................................... 58

vii) Potencia Nominal Básica de la Correa (Pr): ...................................................... 60

viii) Cantidad de Correas (N): ........................................................................................ 61

(1.2.7.7) Características de Operación: ...................................................................... 62

Capitulo 2: “Definición de Variables de Selección y Operación de Sistemas de

Transmisión Mediante Correas Trapezoidales” ................................................................... 65

(2.0) Introducción al Mantenimiento Preventivo de los Sistemas de

Transmisión Mediante Correas Trapezoidales ................................................................. 65

(2.1) Definición de Variables de Selección y Operación como Causa de los

Problemas Provocados en los Sistemas de Transmisión Mediante Correas

Trapezoidales ............................................................................................................................ 67

(2.1.1) Variables de Operación: ..................................................................................... 67

(2.1.2) Variables de Selección ....................................................................................... 76

(2.2) Clasificación de los Problemas en los Sistemas de Transmisión por

Correas Trapezoidales ............................................................................................................ 77

(2.3) Fallas más Recurrentes en los Sistemas de Transmisión de Potencia

Mediante Correas ............................................................................................................ 79

Capítulo 3: “Diagnóstico del Estado de Funcionamiento de Sistemas de

Transmisión de Potencia Mediante Correas Trapezoidales. (Vibraciones y Análisis

de Espectros)” .............................................................................................................................. 81

(3.0) Introducción a las Vibraciones Mecánicas: ...................................................... 81

I) Desplazamiento Vibratorio (d) .................................................................................. 81

II) Velocidad Vibratoria .................................................................................................... 82

III) Aceleración Vibratoria ............................................................................................ 82

IV) Forma de Onda del Desplazamiento ................................................................... 83

V) Vibración armónica simple .................................................................................... 83

VI) Amplitud ..................................................................................................................... 84

VII) Fase .............................................................................................................................. 84

VIII) Pico .............................................................................................................................. 84

IX) Frecuencia .................................................................................................................. 84

X) Periodo ........................................................................................................................ 84

(3.1) Parámetros que Definen una Vibración Armónica Simple............................ 84


(3.2) Uso del Ánálisis de Vibraciones para la Detección de Fallas: ..................... 86

(3.3) Análisis de Severidad de una Máquina .............................................................. 88

(3.4) Análisis de los Espectros Típicos de las Fallas más Recurrentes en los

Sistemas de Transmisión de Potencia Mediante Correas ............................................ 90

I) Correas Desgastadas, Correas Flojas, Correas con Series Diferentes. ........ 90

II) Desalineamiento de Poleas/Correas. ...................................................................... 91

III) Poleas Excéntricas .................................................................................................. 92

IV) Resonancia de las Correas: .................................................................................. 93

(3.5) Estudio Experimental del Sistema Rotatorio SpectraQuest,Inc. ................. 94

(3.5.1) La máquina simuladora de fallas (MFS) y sus características ................. 95

(3.5.2) Procedimiento y aspectos técnicos: ................................................................... 98

(3.5.3) Etapas de Adquisición de Datos .......................................................................... 99

I) Ubicación de los puntos de prueba: ....................................................................... 99

II) Etapa transductora: ..................................................................................................... 99

III) Etapa de selección de acondicionador: ............................................................. 99

IV) Cálculo con un convertidor: .................................................................................. 99

V) Etapa final: ............................................................................................................... 100

(3.5.4) Análisis Real de Laboratorio ............................................................................... 100

1) Situación normal: “Poleas alineadas, rodillo tensor ajustado.” .................. 100

2) Situación Anormal Forzada: “ Poleas Desalineadas” ................................... 106

3) Situación anormal forzada “correas sueltas” ................................................ 113

4) Situación anormal forzada “Resonancia” ....................................................... 119

Capítulo 4: “Estudio experimental de la relación de Tensión vs Potencia eléctrica

consumida” .................................................................................................................................. 126

4.1) Introducción: .......................................................................................................... 126

4.2) Estudio y Análisis: ................................................................................................. 126

4.3) Consideraciones a partir de la energía desaprovechada: ................................ 130

Conclusiones Generales y comentarios ................................................................ 131

Bibliografía ........................................................................................................................... 132

Anexo 1: “Ensayos de fallas en sistemas de transmisión mediante correas en

V” ................................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.


Índice de Tablas

Tabla 1. 1. Velocidad máxima periférica para cada material de correa ................ 20

Tabla 1. 2. (a) Anchos; (b) Largos ........................................................................ 20

Tabla 1. 3. Dimensiones de poleas para correas planas ...................................... 21

Tabla 1. 4. Clasificación de las correas trapezoidales y dimensionamiento ......... 23

Tabla 1. 5. Capacidad de transmisión, tipo de correa, según velocidad de rotación

.............................................................................................................................. 23

Tabla 1. 6. Dimensiones según el tipo de correa .................................................. 25

Tabla 1. 7. Longitudes primitivas .......................................................................... 29

Tabla 1. 8. Determinación del paso de correa ...................................................... 30

Tabla 1. 9. Factor de velocidad en función de la relación de diámetro ................. 36

Tabla 1. 10. Factor de corrección del ángulo de contacto .................................... 37

Tabla 1. 11. Factor de corrección de longitud de correa ....................................... 38

Tabla 1. 12. Características de fabricación y aplicación de los tipos de correas .. 39

Tabla 1. 13. Dimensionamiento correa SKF sección SPZ-XP .............................. 46

Tabla 1. 14. Dimensionamiento correa SKF sección SPA-XP .............................. 47

Tabla 1. 15. Dimensionamiento correa SKF sección SPA-XP .............................. 48

Tabla 1. 16. Dimensionamiento correa SKF sección SPB-XP .............................. 49

Tabla 1. 17. Dimensionamiento correa SKF sección SPC-XP .............................. 49

Tabla 1. 18. Dimensionamiento correa SKF sección 3V-XP ................................. 50

Tabla 1. 19. Dimensionamiento correa SKF sección 5V-XP ................................. 51

Tabla 1. 20. Dimensionamiento, correa SKF sección 8V-XP ................................ 52

Tabla 1. 21. Factores de servicio según clases de máquinas y tipos de arranques

.............................................................................................................................. 54

Tabla 1. 22. (a) Factor de servicio según proporción de incremento de velocidad

(b) Tipos de arranques de las máquinas motrices ................................................ 55

Tabla 1. 23 . Potencias nominales y adicionales según la velocidad de rotación del

eje más conductor ................................................................................................. 59

Tabla 1. 24. Factores de corrección C3 “Arco de contacto”, y C2 ”Longitud de

correa”. .................................................................................................................. 60

Tabla 2. 1. Fuerza de ajuste de las correas .......................................................... 67


Tabla 3. 1. Recomendación ISO, de la clasificación de máquinas rotatorias ....... 88

Tabla 3. 2. Tabla de severidad ISO 2372 ............................................................. 89

Tabla 3. 3. Especificaciones técnicas eléctricas del equipo ................................. 95

Tabla 3. 4. Especificaciones técnicas mecánicas del equipo ............................... 96

Tabla 3. 5. Especificaciones técnicas físicas del equipo ...................................... 97

Índice de Figuras

Figura 1. 1. (a) Perfil recomendado; (b) Perfil admitido ........................................ 21

Figura 1. 2. (a) Sección transversal; (b) Sección correa/polea acanalada ........... 22

Figura 1. 3. (a) Sección transversal; (b) Sección correa/polea acanalada ........... 24

Figura 1. 4. Correa de sección circular montada sobre polea de garganta para

correas circulares .................................................................................................. 27

Figura 1. 5. Correa dentada montada sobre rueda dentada ................................ 28

Figura 1. 6. Diseño de un sistema de transmisión de potencia mediante correas 32

Figura 1. 7. Selección del tipo de correa .............................................................. 33

Figura 1. 8. Correas abiertas ................................................................................ 40

Figura 1. 9. Correas cruzadas .............................................................................. 41

Figura 1. 10. Poleas múltiples .............................................................................. 41

Figura 1. 11. Correa semi cruzada ....................................................................... 42

Figura 1. 12. Con rodillo tensor ............................................................................ 42

Figura 1. 13. Constituyentes de una correa trapezoidal ....................................... 45

Figura 1. 14. Sección SPZ-XP .............................................................................. 46

Figura 1. 15. Sección SPA-XP ............................................................................. 47

Figura 1. 16. Sección SPA-XP ............................................................................. 48

Figura 1. 17. Sección SPB-XP ............................................................................. 48

Figura 1. 18. Sección SPC-XP ............................................................................. 49

Figura 1. 19. Sección 3V-XP ................................................................................ 50



Figura 1. 22. Pasos software de optimización de diseño de la transmisión SKF . 64


Figura 2. 1. Paredes de la polea con presencia de óxido ..................................... 68

Figura 2. 2. Roce de la correa con los elementos de máquina............................. 69

Figura 2. 3. Tensión inadecuada o insuficiente .................................................... 69

Figura 2. 4. Sección de polea inadecuada ........................................................... 70

Figura 2. 5. Poleas desalineadas ......................................................................... 70

Figura 2. 6. Presencia de aceite o grasa en las poleas/correas ........................... 71

Figura 2. 7. Atmósfera con partículas abrasivas .................................................. 72

Figura 2. 8. Excesiva tensión ............................................................................... 72

Figura 2. 9. Correa afectada por el excesivo calor medio ambiental .................... 73

Figura 2. 10. Elementos de control de sistemas de transmisión por correas en v 74

Figura 2. 11. Almacenamiento inadecuado .......................................................... 75

Figura 2. 12. Defectos de diseño y cálculo de la transmisión ............................... 75

Figura 3. 1. Movimiento oscilatorio en su expresión más simple .......................... 81

Figura 3. 2. Vibración simple ................................................................................ 83

Figura 3. 3. Parámetros utilizados para medir el valor del desplazamiento,

velocidad y aceleración vibratoria ......................................................................... 86

Figura 3. 4. Espectro de falla/s: correas desgastadas, correas flojas, series de

correas cambiadas ................................................................................................ 90

Figura 3. 5. Espectro de falla/s: desalineamiento de poleas/correas ................... 91

Figura 3. 6. Espectro de falla/s: poleas excéntricas ............................................. 92

Figura 3. 7. Espectro de falla/s: resonancia de las correas .................................. 93

Figura 3. 8. MFS SpectraQuest, Inc ..................................................................... 95

Figura 3. 9. Tarjeta de adquisición de datos modelo NI9234 ............................... 98

Figura 3. 10. Valor RMS medición 2 canal 0 a 2960 rpm ................................... 104

Figura 3. 11. Valor RMS medición 2 canal 1 a 2960 rpm ................................... 105

Figura 3. 12. Situación anormal forzada “poleas desalineadas .......................... 112


Índice de Gráficos

Gráfico 1. 1. Ángulo ideal teórico v/s diámetro primitivo de la polea .................... 26

Gráfico 1. 2. Potencia por cada centímetro de ancho de correa en [kW] vs

velocidad lineal en [m/s] ........................................................................................ 31

Gráfico 1. 3. Velocidad de la polea menor v/s Potencia de diseño ...................... 56

Gráfico 2. 1. Factores de causa de fallas en sistemas de transmisión de potencia

mediante correas .................................................................................................. 79

Gráfico 3. 1. Medición 2 2960 rpm canal 0 ......................................................... 102

Gráfico 3. 2. Medición 2 2960 rpm canal 1 ......................................................... 103

Gráfico 3. 3. Medición 6 a 2525 rpm canal 0 ...................................................... 108

Gráfico 3. 4. Medición 6 a 2525 rpm canal 1 ...................................................... 109

Gráfico 3. 5. Valor RMS medición 6 a 2525 rpm canal 0 ................................... 110

Gráfico 3. 6. Valor RMS medición 6 canal 1 a 2525 rpm ................................... 111

Gráfico 3. 7. Espectro medición 3 canal 0 a 2750rpm correas suelta ................ 114

Gráfico 3. 8. Espectro medición 3 canal 1 a 2750 rpm correas suelta ............... 115

Gráfico 3. 9. Valor RMS medición 3 canal 0...................................................... 116

Gráfico 3. 10. Valor RMS medición 3 canal 1..................................................... 117

Gráfico 3. 11. Frecuencia natural correa derecha .............................................. 121

Gráfico 3. 12. Frecuencia natural correa izquierda ............................................ 122

Gráfico 3. 13. Espectro frecuencia natural correa derecha canal 0 .................... 123

Gráfico 3. 14. Espectro frecuencia natural correa derecha canal 1 .................... 123

Gráfico 3. 15. Espectro frecuencia natural correa izquierda canal 0 .................. 124

Gráfico 3. 16. Espectro frecuencia natural correa izquierda canal 1 .................. 124

Gráfico 3. 17. Eficiencia de la transmisión (%); Potencia del flujo de aire (AHP) vs

Tensión (Lbs). ..................................................................................................... 127

Gráfico 3. 18. Eficiencia (%); Tensión Correa vs Tiempo (meses) ..................... 128

Gráfico 3. 19. Consumo de energía de un sistema de ventilación de 1[Hp] en un

año ...................................................................................................................... 129


15

Introducción

Los sistemas de transmisión de potencia mediante correas son utilizados con

frecuencia cuando las velocidades de rotación son relativamente altas, sin

embargo cuando las relaciones de reducción son grandes es preferible usar

reductores de engranajes. La utilización habitual de estos sistemas se debe a que

reemplazan a los sistemas de transmisión mediante engranajes; puesto que estos

poseen elementos (Correas) son de bajo costo de fabricación, y permiten además

su uso bajo condiciones no favorables. La situación actual de estos tipos de

transmisiones dentro de la industria es que son un problema menos, esto es; que

no importan una vez instaladas, la mantención es casi nula, lo que se traduce en

más costos asociados para la empresa, esta es una realidad observable en

cualquier empresa de cualquier sector industrial, por lo que existe una oportunidad

de mejoramiento en el plan de mantenimiento general para este tipo de

transmisión de potencia. La idea de realizar este estudio de optimización de la

transmisión de potencia en sistemas mediante correas trapezoidales, es poder

reducir este costo adicional por conceptos de mantención en las empresas.

Luego se estudiará los factores que tengan incidencia en la transmisión de

potencia mediante correas trapezoidales, se definirán los parámetros de

operación, y se confeccionará una guía para el mantenimiento preventivo de

estos sistemas de transmisión de potencia, se realizará el diagnóstico de un

equipo mediante el análisis de las vibraciones mecánicas. La técnica de

mantenimiento predictivo en máquinas rotatorias, ah ocupada desde hace ya

bastantes años en la industria. El análisis de las vibraciones mecánicas llega al

mantenimiento industrial de la mano del mantenimiento preventivo con el objetivo

de alertar sobre un elemento en vibración dentro de una maquina y la necesaria

prevención de fallas que traen las vibraciones a mediano plazo.


16

Se desarrollará un manual enfocado al mantenimiento preventivo y posteriormente

como afecta la tensión de la correa en el consumo energético de la máquina u

equipo, con el objetivo de abarcar dentro de este estudio todas las variables

que afectan en la transmisión de potencia mediante correas y luego dar bajo las

conclusiones de esta investigación las formas optimas de hacer mantención

a estos sistemas en post de la optimización de la transmisión de potencia

mediante correas trapezoidales.


17

Objetivos

Los objetivos de este estudio son:

Objetivo General:

i) Optimización de la transmisión de potencia en sistemas de

transmisión mediante correas.

Objetivos Secundarios:

i) Selección del perfil de correa adecuado para los sistemas de

transmisión mediante correas trapezoidales.

ii) Definir las variables de operación en los mandos de transmisión de

potencia mediante correas trapezoidales.

iii) Diagnosticar el estado de funcionamiento de sistemas de transmisión

de potencia mediante correas trapezoidales. (Vibraciones y análisis

de espectros)

iv) A través de este estudio experimental de la relación de tensión v/s

potencia eléctrica consumida determinar la reducción del consumo

eléctrico.


18

Desarrollo del Tema

Capítulo 1: “Introducción a los Sistemas de Transmisión Mediante Correas

Trapezoidales”

(1.0) Los sistemas de transmisión de potencia mediante correas, aparecen

alrededor del año 1917 con la invención de la primera correa trapezoidal de

goma por John Gates.

El sistema de poleas con correas más simple consiste en dos poleas

situadas a cierta distancia, que giran a su vez por el efecto del roce entre

correa y poleas.

La correa de transmisión es una cinta o tira cerrada de cuero caucho u otro

material de tipo flexible que permite la transmisión del movimiento a ambas

poleas.

Según los diámetros de las poleas tenemos dos tipos de sistemas:

1. Sistema Reductor de Velocidad

En este caso la velocidad de la polea conducida es menor que la velocidad

de la polea conductora esto se debe a que el diámetro de la polea

conducida es mayor que el diámetro de la polea conductora.

2. Sistema Multiplicador de Velocidad

En este caso, la velocidad de la polea conducida es mayor que la velocidad

de la polea conductora esto es gracias a que el diámetro de la polea

conducida es menor que el diámetro de la polea conductora.

Se debe destacar que la aplicación de estos sistemas posee una serie de

ventajas que hacen que se utilicen habitualmente:

a) Posibilidad de transmitir un movimiento circular entre 2 ejes situados a

grandes distancias entre sí.

b) Funcionamiento suave y silencioso.

c) Diseño sencillo y costo de fabricación bajo.


19

(1.1) Ventajas y Desventajas en los Sistemas de Transmisión

Mediante Correas en General

Los sistemas de transmisión mediante correas en general poseen muchas

ventajas entre las cuales de destacarán a continuación las más importantes:

i) Son sistemas fiables; lo que quiere decir qué suelen tener pocas fallas,

debido a los materiales con que se fabrican las correas.

(1.2) Tipos de Correas y Poleas

Existe una gran gama de correas. El hecho de escoger una va

directamente relacionado con las condiciones de operación, (Tipo de

transmisión, temperatura, condiciones medio ambientales, etc.) y

aplicación.

(1.2.1) Correas/poleas planas

Estas son ampliamente empleadas para transmitir potencia y son ideales

cuando los diámetros de las poleas son muy pequeños, dado que las

correas planas son altamente flexibles. Además estas correas también son

ideales cuando se requiera variar el sentido de rotación de los ejes o

emplear disposiciones variadas como ejes cruzados, por lo que se puede

ii) Durante su funcionamiento estos son silenciosos, puesto que las

características de los materiales con los que se construyen las correas

producen poco ruido.

d) Si el mecanismo se atasca existe la posibilidad de retirar la correa de

este modo se detiene. Este efecto contribuye a la seguridad probada

de muchas máquinas que emplean este mecanismo como pueden ser

el caso de los taladros industriales.

iii) Permiten absorber los choques, vibraciones, en la puesta en marcha se

producen choques y vibraciones debido a la inercia que recibe el

sistema generada por el elemento motriz.


20

i) Dimensionamiento Correas Planas

Tabla 1. 1. Velocidad máxima periférica para cada material de correa

. Largos

Anchos I (NF E 24 – 101) Largos L (NF E 24 – 102)

6 ±2 40 ±2 80 ±3 400 630 1000 1600 2500 4000

20 ±2 50 ±2 90 ±3 450 710 1120 1800 2800 4500

25 ±2 63 ±2 100 ±3 500 800 1250 2000 3150 5000

32 ±2 71 ±3 112 ±3 560 900 1400 2240 3550 5600

(a) (b)

Tabla 1. 2. (a) Anchos; (b) Largos

Material Velocidad periférica máxima

Cuero 25 aproximadamente

Algodón 25 a 30

Rilsan 50 a 80

Acero (e<1) 10 a 15

A partir de 30 debe estar especialmente asegurado el

equilibrio dinámico de las poleas.

afirmar que su principal característica es que son adaptables a cualquier

configuración del sistema de transmisión. Estas además proporcionan

buena resistencia al choque, no necesitan lubricación. Son silenciosas,

ofrecen alta flexibilidad y su costo es relativamente bajo. Pero la necesidad

de aplicar altas tensiones en algunos casos, puede afectar la longitud de la

correa. Las poleas para correas planas se fabrican de hierro, de acero, y

también de algunas aleaciones metálicas, estas poleas son planas en su

contorno y no tienen dientes como las correas trapezoidales o dentadas.


21

ii) Poleas para Correas Planas:

El perfil de la polea es una curva regular y simétrica. La parte bombeada

permite a la correa centrarse de por sí en el plano medio de la polea.

A continuación se muestra como es el perfil de la polea:

(a) (b)

Figura 1. 1. (a) Perfil recomendado; (b) Perfil admitido

iii) Dimensionamiento de Poleas para Correas Planas

Diámetro D Flecha h Diámetro D Flecha h

40 a 112 0,3 200 a 224 0,6

125 a 140 0,4 250 a 280 0,8

160 a 180 0,5 315 a 355 1,0

Tabla 1. 3. Dimensiones de poleas para correas planas

iv) Tolerancia en la Distancia entre Ejes:

La distancia entre dos poleas puede variar entre los límites siguientes:

Donde L es el largo de la correa.


22

i) Dimensionamiento para las Correas Trapezoidales

A continuación se muestran las características de este tipo de correas:

(a) (b)

Figura 1. 2. (a) Sección transversal; (b) Sección correa/polea acanalada

Las dimensiones de la correa, clasifican a éstas en dos tipos. A continuación se

muestran los tipos de correas trapezoidales junto a sus dimensiones.

(1.2.2) Correas Trapezoidales

Son ampliamente utilizadas a nivel industrial dado que en este diseño se

corrigen los problemas de inestabilidad y elevadas tensiones.

Poseen secciones en forma de V (trapezoidal) y se introducen en poleas

con ranuras con el objetivo de transmitir potencia de una forma más segura

y confiable.

Permiten operar los sistemas con tensiones considerablemente, más bajas

que las correas planas y como son más compactas, el tamaño de los

árboles, los cojinetes y las poleas son más pequeñas.

Estas correas son fabricadas para longitudes estandarizadas al igual que

las poleas para con sus diámetros.

Para su selección se debe considerar la potencia de diseño y la velocidad

de rotación.


23

Correa Tipo Sección G x H Anchura lp

Clásica

A 13 x 8 11,0

B 17 x 11 14,0

C 22 x 14 19,0

Estrecha SPZ 10 x 8 8,5

SPA 13 x 11 11,0

Tabla 1. 4. Clasificación de las correas trapezoidales y dimensionamiento

La capacidad de transmisión (potencia de diseño) de las correas trapezoidales

está en directa relación con la velocidad y el diámetro primitivo de la polea. Tal y

como se indica en la tabla adjunta.

Correa dp Potencia máxima en kW a la velocidad en de:

5 10 15 20 25 30 35

A

70 0,55 1,05 1,45 1,80 1,45 - -

≥125 1,20 2,00 2,60 3,10 3,30 3,20 -

B

110 0,80 1,60 2,05 2,10 1,70 - -

≥180 2,00 3,50 4,60 5,50 5,70 5,40 -

C

160 1,45 2,90 4,00 4,90 4,80 - -

240 3,30 5,80 7,60 8,80 9,10 8,40 -

SPZ

70 0,60 1,10 1,50 1,80 1,90 1,60 -

190 1,20 2,20 3,10 4,00 4,60 5,00 5,10

SPA

100 1,10 2,10 2,90 3,50 3,80 3,50 -

240 1,65 3,10 4,40 5,50 6,30 6,60 6,40

Tabla 1. 5. Capacidad de transmisión, tipo de correa, según velocidad de rotación


24

Donde lp es el ancho primitivo que corresponde al ancho nominal de la sección de

una correa a la altura de la fibra neutra tal como se indica en la Figura 1.2.

La longitud nominal corresponde a la longitud de la fibra neutra bajo tensión

normalizada.

La fibra neutra o fibra primitiva línea que conserva la misma longitud cuando la

correa pasa de la posición rectilínea a la posición arqueada sobre una polea.

La designación dimensional de una correa trapezoidal común y corriente

relaciona la longitud primitiva en milímetros con las letras que indican su sección

transversal a modo de ejemplo:

Correa trapezoidal 1.000 – SPZ R 115-03

(1.2.2.1) Poleas para Correas Trapezoidales

Existen poleas de una sola garganta y poleas de múltiples gargantas.

La que se visualizan a continuación en la figura 1.3.

(a) (b)

Figura 1. 3. (a) Sección transversal; (b) Sección correa/polea acanalada


25

i) Dimensionamiento de Poleas para Correas Trapezoidales

Como las dimensiones de la sección transversal de una correa

trapezoidal varían en función del radio de curvatura al que tenga que

adaptarse, el ángulo α de la garganta viene dado por el gráfico adjunto.

(Se considera una tolerancia de ± 15 ).

Tabla 1. 6. Dimensiones según el tipo de correa

POLEAS Lp b min h min e f

Clásica A 11,0 3,3 8,7 15 10

B 14,0 4,2 10,8 19 12

C 19,0 5,7 14,3 25 16

Estrecha SPZ 8,5 2,0 9,0 12 8

SPA 11,0 2,75 11,0 15 10


26

El ángulo α de la garganta, determina el diámetro primitivo mínimo para

una polea.

Se recomienda elegir el mayor diámetro posible, cuidando sin embargo

de no sobrepasar una velocidad periférica de 25

para correas

clásicas y de 40

para las correas estrechas.

Gráfico 1. 1. Ángulo ideal teórico v/s diámetro primitivo de la polea

Distancia entre Ejes de Poleas

La distancia entre poleas debe ser regulable. Así de esta forma es posible

compensar las diferencias de longitud entre correas, consecuencia de las

tolerancias de fabricación (distancia mínima de reglaje: H + 3/100 de la longitud

nominal).


27

(1.2.3) Correas de Sección Circular

Las correas con sección circular (redondas), surcos redondos, son

solamente convenientes para poleas que guían la correa.

La ranura en V transmite la potencia a través del efecto cuña, lo que

aumenta la fricción.

Sin embargo las correas redondas son para usos en sistemas pequeños es

decir de relativamente bajas potencias (únicas situaciones).

Se pueden comprar en varias longitudes o cortar a la longitud deseada, son

unidas mediante grapas, conector metálico (en el caso de plástico hueco),

encolado, soldadura (poliuretano).

La desventaja es la transmisión reducida y una vida útil relativamente corta.

Se construyen de cuero, caprón, algodón y caucho.

i) Dimensionamiento para Correas con Sección Circular:

Los diámetros de la sección transversal van de los 3 a 12 .

Esquema representativo correa con guia de correa y correa sección

circular.

Figura 1. 4. Correa de sección circular montada sobre polea de garganta para

correas circulares


28

(1.2.4) Correas Dentadas

Son un caso especial de correas, en las cuales se construyen dientes en su cara

posterior o interna para generar un efecto de transmisión por empuje con las

poleas que también poseen los mismos dientes, estas correas son preferibles

cuando se requiere evitar el deslizamiento entre la correa y la polea y cuando las

cargas por choques y vibraciones son mínimas dado que esto representaría que

se cizallaran los dientes de la correa.

Aunque también hay que mencionar que los diseños actuales incluyen líneas de

refuerzo que las hacen altamente resistentes.

Dentro de sus características encontramos que son para una transmisión de

fuerza mediana, los diámetros de las poleas pequeños, altas revoluciones del

motor, alta resistencia frente a la abrasión e insensibles al resbalamiento.

i) Esquema Representativo

Figura 1. 5. Correa dentada montada sobre rueda dentada


29

ii) Dimensionamiento para Poleas y Correas Dentadas:

La siguiente tabla muestra los tipos de correas según la longitud

primitiva de cada una. Esto es una vez obtenido tanto el paso como el

ancho de las correas dentadas.

P

5,08

Anchuras

6,35 – 7,93 –

9,52

Longitudes

primitivas

152,4 177,8 203,2 228,6 254,0 279,4 304,8 330,2 355,6 381,0

406,4 413,8 457,2 482,6 508,0 533,4 558,8 584,2 609,6 635,0

P

9,52

Anchuras

12,7 – 19,05

– 25,4

Longitudes

primitivas

314,3 381,0 476,3 533,4 571,5 609,6 647,7 685,8 723,9 762,0

819,2 876,3 933,5 990,6 1066,8 1143 1219,2 1295,4 1371,6 1524,0

P

12,7

Anchura

19,05 – 25,4

– 38,1 – 50,8

– 76,2

Longitudes

primitivas

609,6 685,8 762,0 838,2 914,4 990,6 1066,8 1143,0 1219,2 1295,4

1371,6 1447,8 1524,0 1600,2 1676,4 1778,0 1905,0 2032,0 2159,0 2286,0

Tabla 1. 7. Longitudes primitivas


30

Mediante la siguiente tabla podemos determinar el paso de la correa con

datos de entrada tales como, la velocidad de rotación del piñón y la

potencia medida en kW.

Tabla 1. 8. Determinación del paso de correa

Potencia

en kW

Velocidad de Rotación en rev/min del Piñón

3500 1750 1160 870 690

0,06 5,08 5,08 5,08/9,52 5,08/9,52 9,52

0,09 5,08 5,08/9,52 9,52 9,52 9,52

0,12/0,20 5,08/9,52 9,52 9,52 9,52 9,52

0,25 9,52 9,52 9,52 9,52 9,52/12,70

0,37 9,52 9,52 9,52 9,52/12,70 9,52/12,70

0,60/0,75 9,52 9,52/12,70 9,52/12,70 9,52/12,70 12,70

1,50 9,52 9,52/12,70 9,52/12,70 12,70 12,70

2,20 9,52/12,70 9,52/12,70 12,70 12,70 12,70

3,70 12,70 12,70 12,70 12,70 12,70

5,60 12,70 12,70 12,70 12,70 12,70

7,50 12,70 12,70 12,70 12,70 12,70


31

Finalmente, la determinación del ancho una vez obtenido los datos

anteriores se deduce del siguiente gráfico.

Gráfico 1. 2. Potencia por cada centímetro de ancho de correa en [kW] vs

velocidad lineal en [m/s]


32

(1.2.5) Diseño de una Transmisión por Correas

Para efectos de establecer algunas nociones del diseño de sistemas de

transmisión por correas, se explicará a continuación el proceso para correas

trapezoidales, dado que son el tipo de correas más comunes y de amplia

aplicación a nivel práctico.

Figura 1. 6. Diseño de un sistema de transmisión de potencia mediante correas

Para comenzar el diseño de un sistema de transmisión por correas, debemos

conocer previamente los siguientes valores de la máquina a la que se diseñará el

accionamiento por correas trapezoidales, estos son: potencia del motor,

velocidades de rotación de la máquina motriz y conducida, los intervalos de trabajo

en horas.

Así podemos identificar por fases el proceso de diseño:

i) Potencia de diseño:

Mediante la aplicación de una fórmula que relaciona la potencia del

motor o elemento motriz y el factor de servicio que depende de las horas

de funcionamiento de la máquina.


33

Esto es:

Donde:

: Potencia de diseño.

: Potencia de motor.

: Factor de servicio.

El factor de servicio se puede determinar de tablas en las que el factor

de diseño es función de las características de la máquina a la cual se

quiere accionar por correas trapezoidales, y las horas de servicio de la

máquina.

ii) Selección del Tipo de Correa:

La selección del tipo de correa se obtendrá de gráficos que permiten

determinar la selección en función de la potencia de diseño y la

velocidad de rotación del elemento motriz.

Figura 1. 7. Selección del tipo de correa


34

iii) Diámetros Primitivos de las Poleas

Para determinar los diámetros primitivos se debe estimar tentativamente

el valor del diámetro de la polea 1 y mediante la ecuación (2) determinar

el valor del diámetro de la polea 2.

Despejando la ecuación (2), el valor del diámetro de la polea 2, es:

Donde, varía entre 0,01 y 0,02. Cuando no se conoce o no se da a

conocer por el fabricante se adopta un valor intermedio = 0,015.

De tablas se puede estimar el valor mínimo de recomendado por la

Asociación Nacional Eléctrica Manufacturera (NEMA) el cual está en

función de la potencia del motor y velocidad de rotación.

Luego, calculando el valor del diámetro de la polea 2, se debe

estandarizar recalculando la relación de transmisión.

iv) Velocidad Periférica

La velocidad periférica para correas trapezoidales está en el siguiente

rango.


35

v) Distancia Mínima Recomendada entre Centros

Con la siguiente fórmula se puede estimar y debe considerarse como

valor de partida el valor máximo obtenido en el rango.

vi) Longitud de Correa

Se selecciona una longitud estándar reconociendo las características de

las poleas.

Para establecer una distancia entre centros se debe emplear la

siguiente ecuación:

vii) Precisión de la Distancia entre Centros

Teniendo en cuenta que los fabricantes definen longitudes comerciales,

se debe recalcular la distancia entre centros al seleccionar una correa

comercial con una longitud similar a la calculada anteriormente, como se

muestra continuación:

viii) Cálculo del Ángulo de Contacto de la Polea Menor:

Véase fórmula 8 a continuación:


36

ix) Potencia Nominal por Correa:

Teniendo en cuenta que entre velocidades de entre 1750 y 3600 y

potencias de hasta 30 son cubiertas por correas tipo A.

Además, se define para cada tipo de correa una ecuación diferente.

Para este tipo la ecuación será:

Donde es el diámetro primitivo de la polea menor equivale a .

Es el factor de velocidad.

: rpm del eje más rápido dividido por 1000.

De la tabla 1.9. se obtiene el valor que permite tener el factor de

velocidad en función de la relación que existe entre los diámetros de las

poleas.

Tabla 1. 9. Factor de velocidad en función de la relación de diámetro


37

x) Potencia Nominal Estandarizada por Correa

Cuando el ángulo de contacto de la polea menor es diferente de 180° se

debe corregir la potencia nominal, multiplicando por los factores de

corrección de ángulo de contacto Kac y de corrección de longitud Klc.

Como se muestra en la fórmula 10:

Estos factores de corrección se encuentran en tablas del fabricante o

tablas de diseño como las siguientes mostradas a continuación.

Tabla 1. 10. Factor de corrección del ángulo de contacto


38

Tabla 1. 11. Factor de corrección de longitud de correa

xi) Número de Correas a Utilizar

Se calcula mediante la fórmula a continuación dada:


39

(1.2.6) Clasificación de Correas

La clasificación de las correas se puede hacer de distintas maneras a

continuación en la tabla 1.12. las clasifica según la aplicación que estas

tengan y por los tipos que existen.

TIPO

CARACTERÍSTICAS DE

FABRICACIÓN

APLICACIÓN

Correas

Planas

Se fabrican generalmente con

una tela de algodón/poliéster,

nylon/nylon. Y otras telas

variables dependiendo de la

aplicación.

Son ampliamente utilizadas en

la industria agrícola en

maquinas y en general para la

transmisión de potencia.

Correas

Trapezoidales

Son correas sin empalme, se

construyen de caucho armado

con cordones de algodón, nylon

de acero, etc.

Son capaces de transmitir más

potencia, mientras el resto de

sus características sigue igual.

Apta para aplicaciones con

cargas pesadas y continuas.

Correas

Sección

Circular

Son fabricadas de Cuero, nylon,

poli cloruro de vinilo, neopreno,

caucho, acero.

La aplicación para estas sobre

todo está en mecanismos

pequeños. (Maquinas de

coser).-

Correas

Dentadas

Se construyen generalmente de

neopreno armado con fibra de

vidrio, o alambre de acero.

Estas se han diseñado para

aplicaciones con motores

diesel, como para motores a

gasolina. Y para ser instalada

en automóviles comerciales.

Fuente: www.lindis.com, www.daycoafftermarket.com

Tabla 1. 12. Características de fabricación y aplicación de los tipos de correas


40

Para la clasificación, se debe tener en cuenta 4 criterios:

i) Según la forma de la sección trasversal de la correa:

Es decir; correas planas, correas trapezoidales, correas de sección

circular, correas dentadas.

ii) Según el empalme de los extremos de la correa:

Esto es; correas engrapadas, correas pegadas, correas cosidas, correas

sinfín.

iii) Disposición espacial:

Así; correas abiertas; correas cruzadas; correa semi cruzada; con tensor

de rodillo exterior; múltiples poleas.

En las figuras a continuación se muestran cómo van muchas veces

dispuestos estos sistemas:

Figura 1. 8. Correas abiertas


41

Figura 1. 9. Correas cruzadas

Figura 1. 10. Poleas múltiples


42

Figura 1. 11. Correa semi cruzada

Figura 1. 12. Con rodillo tensor


43

iv) Tipo de Aplicación

Correas de alta responsabilidad:

- Potencia a transmitir > 3,7

- Funcionamiento: entre 8 y 24

Correas de baja responsabilidad:

- Potencia a transmitir < 3,7

- Funcionamiento: < 8 /día

Correas para automoción:

- Espacio reducido con poleas de pequeño diámetro.

- Alta potencia a transmitir.

- Altas temperaturas.

Correas para la maquinaria agrícola:

- Alta potencia.

- Amplio rango de cargas y velocidades, con frecuentes cargas de

choque.

(1.2.7) Correas Trapezoidales (Xtra Power SKF)

(1.2.7.1) SKF y su Área de Transmisión de Potencia

La marca SKF representa ahora mucho más de lo que ha representado

tradicionalmente, y ofrece grandes posibilidades a los clientes.

Mientras SKF mantiene su liderazgo en todo el mundo como fabricante de

rodamientos de alta calidad. Las ultimas mejoras técnicas así como los

productos y servicios más innovadores han hecho de SKF se haya

convertido en un autentico proveedor de soluciones.

Aún así la marca todavía representa lo mejor en el campo de los

rodamientos, pero ahora representa mucho más.


44

Por lo descrito anteriormente y debido a que crea su propia gama de

productos de transmisión de potencia es que nace el área de transmisión

de potencia SKF. Por lo que está entonces en condiciones de ofrecer

productos que se correspondan entre sí, brindando a los Ingenieros una

amplia selección de diseños basada en performance y costos.

La gama de productos de transmisión de potencia SKF incluye los tipos de

productos más comunes los que se dividen en 6 grupos: a) Correas. b)

Poleas. c) Cadenas. d) Ruedas dentadas. e) Bujes. f) Bujes y

cubos/mazas.

(1.2.7.2) Elección del Tipo de Correa para Efectos de este Estudio

Este estudio abarcará solo las correas trapezoidales SKF Xtra Power, ya

que estas ofrecen mayor capacidad de transmisión para servicios continuos

y con cargas pesadas bajo condiciones adversas de trabajo, son diseñadas

para un máximo rendimiento, son las más utilizadas en la industria, han ido

reemplazando por esta y otras razones a juegos de engranajes, cadenas y

otros elementos de transmisión similares. Además son elementos de bajo

costo, por lo que se suma a las razones dadas para efectos de este estudio.

(1.2.7.3) Ventajas

Además de que estas correas prolongarán la vida del servicio de la

aplicación en que se aplique su uso, con la consiguiente reducción de

costos. Al utilizar las correas SKF Xtra Power la vida del servicio se puede

incrementar potencialmente hasta un 40%.

El hecho de utilizar correas SKF Xtra power permite poseer las siguientes

ventajas adicionales:

Integración homogénea y coordinada de los flancos de la correa con

los canales de la polea.

Menor desgaste del canal de la polea debido al tejido de cubierta

resistente a la abrasión, aceite, y calor.


45

Eficiencia de la transmisión hasta un 97%.

Funcionamiento uniforme mejorado y bajos niveles de vibración.

Buena resistencia a las cargas de choques.

(1.2.7.4) Construcción

Son correas sin fin, esto es; sin empalme como lo son las correas planas,

son de sección trapezoidal.

Las correas trapezoidales Xtra Power de la línea de productos de SKF

están diseñadas para proporcionar hasta un 40% más de capacidad de

potencia. Su composición estructural se grafica en la siguiente figura.

Figura 1. 13. Constituyentes de una correa trapezoidal

Los elementos tensores de las correas trapezoidales Xtra Power están

fabricados en poliéster lo que permiten cargas de tensión pesadas con un

estiramiento mínimo. Un compuesto relleno de fibra ubicado por encima y

por debajo de los elementos tensores permite que las correas transporten

cargas dinámicas más elevadas sin comprometer la flexibilidad. Por último,

el tejido de la cubierta proporciona excelente resistencia al desgaste,

abrasión y a la flexión.

Tejido de la cubierta resistente

a la abrasión.

Tensores de poliéster.

Mezcla de fibras de poli cloropreno

orientados en forma transversal.

Compuesto de caucho

base.


46

(1.2.7.5) Tipos de Correas Trapezoidales SKF:

Según las normas ISO las correas trapezoidales en general están divididas

en dos grandes grupos, estos son:

- Correas de secciones con perfiles clásicos: Z, A, B, C, D, y E

- Correas estrechas con perfiles estrechos: SPZ, SPA, SPB, y

SPC.

SKF dentro de su manual de transmisión de potencia clasifica sus correas

trapezoidales de la siguiente manera:

A continuación se muestran las diferentes secciones transversales de

correas trapezoidales.

i) Correas Trapezoidales Lisas SKF Xtra Power

A continuación la figura muestra la sección trapezoidal SPZ-XP

Figura 1. 14. Sección SPZ-XP

Dimensionamiento:

La siguiente tabla muestra el rango de dimensiones para un mismo tipo de

correa trapezoidal (SPZ-XP).

Sección Rangos de Longitud Ancho Alto Designación

SPZ - XP 1202 9,7 8 PHG SPZ 1202 XP

SPZ - XP 3550 9,7 8 PHG SPZ 3550XP

Tabla 1. 13. Dimensionamiento correa SKF sección SPZ-XP


47

Nota: La designación de una correa relaciona su sección transversal con su

longitud es de notar así que la designación “PHG SPZ 3550XP” es una

correa de sección trapezoidal SPZ y posee una longitud de 3550 .

ii) Correas trapezoidales lisas SKF Xtra Power.

En la figura 1.15 se muestra la sección transversal SPA-XP.

Figura 1. 15. Sección SPA-XP

Dimensionamiento:

La siguiente tabla el rango de dimensiones para un mismo tipo de correa

trapezoidal. (SPA-XP)

Sección Rangos de longitud Ancho Alto Designación

SPA - XP 1207 12,7 10 PHG SPA 1207 XP

SPA - XP 2282 12,7 10 PHG SPA 2282 XP

Tabla 1. 14. Dimensionamiento correa SKF sección SPA-XP


48

iii) Correas trapezoidales lisas SKF Xtra Power.

Consecuentemente en la figura 1.16 se muestran más dimensiones para la

sección transversal SPA-XP de la línea de correas SKF.

Figura 1. 16. Sección SPA-XP

Dimensionamiento:

Distintas dimensiones para un mismo tipo de correa trapezoidal. (SPA-XP)

Sección Rango de Longitudes Ancho Alto Designación

SPA-XP 2300 12,7 10 PHG SPA 2300 XP

SPA-XP 4000 12,7 10 PHG SPA 4000 XP

Tabla 1. 15. Dimensionamiento correa SKF sección SPA-XP

iv) Correas trapezoidales lisas SKF Xtra Power.

La figura 1.17. muestra la sección SPB-XP del tipo de correas

trapezoidales SKF-XP.

Figura 1. 17. Sección SPB-XP


49

Dimensionamiento:

A continuación se muestra el rango de dimensiones para un mismo tipo de

correa de sección SPB-XP.

Sección Rango de Longitudes Ancho Alto Designacion

SPB-XP 1250 16,3 13 PHG SPB 1250 XP

SPB-XP 8000 16,3 13 PHG SPB 8000 XP

Tabla 1. 16. Dimensionamiento correa SKF sección SPB-XP

v) Correas trapezoidales lisas SKF Xtra Power.

La figura 1.18 muestra el perfil de una correa SPC-XP.

Figura 1. 18. Sección SPC-XP

Dimensionamiento:

A continuación se muestra el rango de dimensiones de una correa de perfil

SPC-XP.

Sección Rango de longitud Ancho Alto Designación

SPC-XP 2000 22 18 PHG SPC 2000 XP

SPC-XP 10000 22 18 PHG SPC 10000 XP

Tabla 1. 17. Dimensionamiento correa SKF sección SPC-XP


50

vi) Correas trapezoidales lisas SKF Xtra Power.

Se muestra a continuación en la figura adjunta la sección transversal

de una correa 3V-XP.

Figura 1. 19. Sección 3V-XP

Dimensionamiento:

Consecuentemente el rango de dimensiones para un mismo tipo de perfil y

tipo de correa se muestra en la tabla 1.18.

Sección Rango de longitud

exterior

Ancho

Alto

Designación

3V-XP 47,5 9 8 PHG 3V 475 XP

3V-XP 140 9 8 PHG 3V 1400 XP

Tabla 1. 18. Dimensionamiento correa SKF sección 3V-XP


51

vii) Correas trapezoidales lisas SKF Xtra Power.

Se muestra a continuación un perfil denominado 5V-XP.


Dimensionamiento:

El rango de dimensiones para este perfil se muestra a continuación en la

tabla 1.19.


exterior

Ancho

Alto

Designación

5V-XP 53 15 13 PHG 5V 530 XP

5V-XP 315 15 13 PHG 5V 3150 XP

Tabla 1. 19. Dimensionamiento correa SKF sección 5V-XP


52

viii) Correas trapezoidales lisas SKF Xtra Power.

Se muestra a continuación en la figura adjunta un perfil de correa

denominado 8V-XP.


Dimensionamiento:

El rango de dimensiones de este tipo de perfil de correa se muestra a

continuación en la tabla adjunta.


exterior Ancho Alto Designación

8V-XP 100 a 475 25 23 PHG 1000 XP

8V-XP 475 25 23 PHG 4750 XP

Tabla 1. 20. Dimensionamiento, correa SKF sección 8V-XP

(1.2.7.6) Selección del Perfil Correcto para una Aplicación Dada:

La denominación como se aclara anteriormente relaciona la sección

trapecial de la correa y su longitud, es así que se dividen en dos grupos

según norma ISO, pero con la diferencia que en su designación de la marca

SKF y su línea de transmisión de potencia.

Correas Estrechas lisas SKF Xtra Power:

- 3V-XP

- 5V-XP

- 8V-XP


53

Correas Lisas SKF Xtra Power:

- SPZ-XP

- SPA-XP

- SPB-XP

- SPC-XP

SKF dentro de sus productos de transmisión de potencia presenta; las

correas Xtra Power (XP), en un manual titulado: “Correas SKF Xtra Power”

Correas en V diseñadas para rendimiento máximo.

En el cual podemos basarnos para la selección del perfil de correa

adecuado Xtra Power, según una aplicación determinada, la guía de

formulas y pasos a desarrollar se detallará a continuación:

Máquina Motriz: Motor eléctrico de 45 , 1450 .

Máquina conducida: Ventilador: 550 , Servicio: 8 – 10

.

o La distancia aproximada entre centros es 900 .

i) Factor de Servicio

Los factores de servicio describen la severidad de las condiciones de

transmisión. (Consultar tablas: 1,2 y 3)

La información de la aplicación nos otorga que el tiempo de servicio va de 8

a 10 horas (incluido), y en la tabla 3 podemos concluir que esta aplicación

pertenece a la clase 2 : “ Servicio medio” que corresponde para: Agitadores,

sopladores, extractores y ventiladores (más de 7,5 ), Compresores

rotativos y bombas (que no sean centrifugas), cintas transportadoras,

generadores y excitadores, maquinaria de lavar, ejes de transmisión,

máquinas herramienta, maquinaria de imprenta y de aserradero, carpintería

y cribas (giratorias).

Lo que nos da un factor de servicio de arranque pesado de:


54

A continuación en la tabla 1.21 se muestran los factores de servicio y la

clasificación de las maquinas según tipo de arranque:

Tabla 1. 21. Factores de servicio según clases de máquinas y tipos de arranques


55

Para accionamientos que incrementan su velocidad, utilizar los factores de

corrección dispuestos en la tabla 1.22.a y b. Mostradas a continuación.

(a) (b)

Tabla 1. 22. (a) Factor de servicio según proporción de incremento de

velocidad (b) Tipos de arranques de las máquinas motrices

ii) Potencia de Diseño

Multiplicar la potencia de transmisión y el factor de servicio para

obtener la potencia de diseño como se muestra a continuación:

Donde,

Pd: Potencia de diseño

P: Potencia nominal o potencia absorbida por la carga en

C2: Factor de servicio

Para la aplicación esto sería:


56

iii) Sección Transversal de la Correa

Consultar el gráfico 1.3. la sección transversal adecuada según

velocidad de la polea menor y potencia de diseño.

Gráfico 1. 3. Velocidad de la polea menor v/s Potencia de diseño

Entramos al gráfico con la velocidad de la polea menor y la potencia de

diseño, calculada anteriormente y de valor 54 .

Para la aplicación dada la sección transversal de la correa es SPB – XP.

iv) Ratio de Velocidad Requerida

Dividir la velocidad del eje más rápido por la del más lento, para

obtener la ratio de velocidad.

A continuación fórmula 13:


57

v) Determinación de la Longitud de Correa

Parte 1

Calcular la longitud teórica de la correa permitida por el tamaño de la polea

seleccionada y las distancias mínima y máxima a los centros (CCp) de la

aplicación.

Como lo indica la fórmula 14 mostrada a continuación:

Donde,

Ld: Longitud de correa

CCp: Distancia preliminar entre centros de poleas

D: Diámetro de polea mayor

d: Diámetro polea mayor

Parte 2

Cálculo de la distancia real entre centros basada en la longitud de la correa

seleccionada.

Fórmula 15 Distancia real entre centros:

Donde,

Ld: Longitud de la correa seleccionada

D: Diámetro polea mayor

d: Diámetro polea menor


58

Para efectos de acortar los cálculos, se darán a conocer los resultados y

datos inmediatos los cuales son:

vi) Potencia Nominal Básica de la Correa (Pb):

Consultar en las páginas 8 a 14 de las tablas de potencia nominal para las

correas seleccionadas a fin de obtener el valor de la potencia nominal.

Entramos a la tabla 1.23.” Potencias nominales y adicionales según la

velocidad de rotación del eje más conductor”, con la velocidad de

rotación del eje más rápido; esto es: 1450 como no existe este valor

en la tabla interpolamos entre los valores 1400 y 1500 y buscamos el

valor del diámetro de la polea menor; esto es: 190 esto resulta un

valor de la potencia nominal básica de 13,50 . Y una potencia nominal

adicional por correa para ratio de velocidad de 1,21 dada la

interpolación entre los valores 1,13 y 1,22.


59

Potencias Nominales, Sección SPB-XP

Tabla 1. 23 . Potencias nominales y adicionales según la velocidad de rotación del

eje más conductor


60

vii) Potencia Nominal Básica de la Correa (Pr):

Multiplicando la potencia nominal básica de la correa por los factores y

(Como lo indica la tabla 1.24) . Para así obtener la potencia nominal real

de la correa. Consultarse la tablas 4 y 5 (Esto último del manual de

transmisión de potencia mediante productos XP SKF)

Tabla 1. 24. Factores de corrección C3 “Arco de contacto”, y C2 ”Longitud de correa”.

Al hacer el cálculo del término

obtenemos el valor de: que es

el valor con el que entramos a la tabla número 4, podemos observar que no

es un valor predeterminado dentro de la tabla lo que hace que tendremos

que aproximar el factor de servicio a 0.95.


61

Para hacer ingreso a la tabla número 5 respectivamente debemos considerar

como dato inicial la longitud de la correa

Como este valor no está de forma predeterminada en la tabla número 5

aproximamos el factor a 0.98.-

Y se aplica la fórmula 17.

viii) Cantidad de Correas (N):

Dividir la potencia de transmisión (Potencia de diseño)

Por la potencia nominal de la correa seleccionada para obtener la cantidad

de correas requeridas.

Fórmula 18:

Por tanto, se requieren 4 correas PHG SPB 3000 Xp


62

(1.2.7.7) Características de Operación:

Cuando el mantenimiento no es el adecuado, la eficiencia en la transmisión

de potencia disminuye de forma considerable durante su operación.

Como solución a problemas donde se requieren correas de alto

rendimiento, con un mínimo nivel de mantenimiento, aparecen las correas

que SKF desarrolló “Correas Xtra Power” como una solución a nuevos

proyectos de mejora como en el caso donde se necesite incrementar

considerablemente el factor de servicio en la transmisión actual.

Las principales características de operación de estas son:

i) Alta flexibilidad sin pérdida de capacidad (hasta 120º)

ii) Mayor Capacidad de potencia: Hasta un 40% mayor en comparación

con las correas clásicas en V

iii) Mejora en el factor de servicio de la transmisión (impactando en una

mayor vida útil)

iv) Cumplen Normas ISO 4184 y RMA (disponibles solamente en

perfiles estrechos serie ISO/DIN y RMA/ANSI)

v) Compuestos de caucho sintético y fibras de refuerzo en la sección

del perfil permiten una mayor capacidad de amortiguación de las

fuerzas/ presiones ejercidas entre los laterales de la correa y las

paredes del canal de la polea

vi) Cordón de poliéster de alto módulo de carga (ayuda a mantener los

valores de tensión de montaje minimizando la necesidad de

retención)

vii) Rango de temperatura desde -35° a +65°C

viii)Antiestáticas, conforme a ISO 1813

La correa trapezoidal lisa es la correa convencional más utilizada. Sin

embargo, ante un mantenimiento de la transmisión no adecuado


63

(verificación de la tensión de las correas y nivel de desgaste y alineación de

las poleas), la eficiencia en la transmisión de potencia de estas correas se

ve muy afectada.

Para una mejor eficiencia es necesario realizar un adecuado control

periódico de la transmisión y sus componentes, y, de ser necesario, volver

a tensar las correas así como el control de la condición de las poleas. Esto

es, porque los deslizamientos constantes de las correas durante su

operación (por causa de tensión no adecuada o desgaste de las poleas)

afectan la vida útil de estas. Como parámetro general de campo se

considera que cada 3 a 5 cambios de correas las poleas, precisarían ser

cambiadas.

Cuando el mantenimiento no es el adecuado, la eficiencia en la transmisión

de potencia disminuye de forma considerable durante su operación

(cayendo en valores promedios de 91% sobre los 94% utilizados como

base en el cálculo hasta situaciones donde la eficiencia llega a valores de

86% o menos).

Los sistemas de transmisión de potencia mediante correas, con un

apropiado diseño, pueden llegar a requerir muy poca o nula mantención

llegando a porcentajes de eficiencia de entre un 95% y 96%.

Para encontrar el diseño de la transmisión de potencia adecuado SKF ha

desarrollado un software en donde este mismo buscará la solución más

óptima y eficiente para la aplicación en que se quiera ejecutar.


64

Este software consta de 4 etapas, las que se mostrarán a continuación a

modo de presentación del software y de la herramienta de cálculo que

significa:

Figura 1. 22. Pasos software de optimización de diseño de la transmisión SKF


65

Capitulo 2: “Definición de Variables de Selección y Operación de

Sistemas de Transmisión Mediante Correas Trapezoidales”

Instalación inadecuada.

Fallas en el diseño.

Cero o nula mantención.

Factores ambientales.

Almacenamiento o mal manejo de las correas.

Componentes de la transmisión defectuosos.

(2.0) Introducción al Mantenimiento Preventivo de los Sistemas de

Transmisión Mediante Correas Trapezoidales

La importancia de un programa de mantenimiento preventivo recae en que

al compararse con los problemas de lubricación que ocurren en los

sistemas de transmisión mediante cadenas, los problemas mecánicos y los

altos costos asociados de las transmisiones por engranajes, con los

problemas de los sistemas de transmisión mediante correas trapezoidales,

se deduce que estos son el sistema de transmisión más efectivo en

cuanto a su costo y

fiabilidad.

Ahora bien, solo son efectivas sí reciben un mantenimiento adecuado.

Cada correa SKF está construida y diseñada para durar, pero sin un plan

de mantención rutinario en post del mantenimiento preventivo de estos

sistemas, afectarán a la eficiencia de la transmisión por las causas

siguientes:


66

Para evitar costos asociados por efectos de eficiencia de la transmisión es

que se debe considerar un plan de mantenimiento rutinario en post de un

plan de mantenimiento preventivo para estos sistemas, este plan debe

considerar al menos lo siguiente:

Desconectar y bloquear la toma de corriente antes de efectuar cualquier

manipulación.

No operar el equipo sin los implementos de seguridad necesarios y

obligatorios.

Se deben efectuar inspecciones periódicas, la falta de mantenimiento

adecuado puede provocar que el producto falle de manera prematura y así

causar lesiones a las personas.

Antes de realizar operaciones de mantenimiento se debe de verificar que la

toma de corriente este apagada y en caso de ser posible bloqueada, deben

de respetarse las normas de seguridad.


67

(2.1) Definición de Variables de Selección y Operación como Causa

de los Problemas Provocados en los Sistemas de Transmisión

Mediante Correas Trapezoidales

(2.1.1) Variables de Operación:

Sección Ancho

Superior

Altura P.

mínimo

P. máximo

P. Inst.

Nueva

A 13 8 1,7 2,2 2,8

B 17 10 2,0 4,0 5,0

C 22 14 3,5 6,0 7,8

D 32 18 5,0 10,0 13,0

E 38 25 8,0 20,0 25,0

Tabla 2. 1. Fuerza de ajuste de las correas

Como anteriormente se explicó la importancia de un plan de mantenimiento

que contemple inspecciones diarias en estos sistemas de transmisión de

potencia, sin este plan de mantenimiento es donde aparecen los problemas

relacionados a la optimización de la transmisión.

Las variables de operación son aquellas que deben controlarse

permanentemente dentro y antes, es decir en el montaje de los sistemas de

transmisión mediante correas trapezoidales como en la operación de estos

sistemas. Sin duda al momento del montaje de estos sistemas requiere

de control inmediato de la fuerza de ajuste de las correas, esta debe de

controlarse permanentemente debido al alargamiento que en estas se

produce.

Se controla mediante un tensor de correa y este valor de ajuste se

estima y está tabulado para cada sección-correa y estado de correa,

como se muestra a continuación en la tabla 2.1.


68

Figura 2. 1. Paredes de la polea con presencia de óxido

Se debe verificar el estado de los rodamientos donde cualquier desvío que

estos puedan presentar se traducirá en un desvío en el eje y por

consecuencia de la polea.

El flexionado de los ejes es motivo de oscilaciones en las poleas. Por lo

que debe controlarse; además el hecho de que estas no estén

demasiado lejanas a los rodamientos de cada árbol, que no hallan

excesivos calentamientos, tampoco cargas excesivas, golpes, etc.

Es así que las variables de operación de los sistemas de transmisión de

potencia mediante correas se transforman en las siguientes:

(a) Paredes de Poleas Gastadas o Dañadas:

Estas pueden estar afectadas por golpes, uso excesivo, o por el efecto del

óxido en ellas, a continuación se muestra la presencia de óxido en poleas.


69

(b) Roce de la Correa con Elementos de la Instalación:

Partes de la maquinaria, tornillos, todo lo que pueda estar en contacto con

la correa.

En la figura 2.2 se muestra como la correa hace contacto con otros

elementos de la instalación.

Figura 2. 2. Roce de la correa con los elementos de máquina

Figura 2. 3. Tensión inadecuada o insuficiente

(c) Tensión Insuficiente:

Una fuerza de ajuste mal controlada puede provocar deslizamientos de la

correa al no tener la presión necesaria la cuña correa-polea.

Como se muestra en la figura 2.3:


70

(d) Sección de Polea Inadecuada:

El canal de la polea no se ajusta con el perfil de correa seleccionado lo que

produce que el contacto entre estas no sea el adecuado.

Figura 2.4 muestra a continuación cuando la correa no se ajusta al canal de

la polea seleccionada.

Figura 2. 4. Sección de polea inadecuada

(e) Poleas Desalineadas:

En este caso se produce distorsión en las superficies de apoyo de la correa,

aparecen roces y tensiones laterales no deseadas.

A continuación en la figura 2.5 Poleas desalineadas.

Figura 2. 5. Poleas desalineadas


71

Figura 2. 6. Presencia de aceite o grasa en las poleas/correas

(f) Presencia de Aceite o Grasa:

Debido a goteo, salpicaduras y otros, pueden provocar que la correa

deslice en las poleas, esto a su vez provoca una disminución en el roce con

pérdida de potencia. En la figura 2.6 se muestra un claro ejemplo de

como el aceite o grasa provoca el mal funcionamiento de esta y a su vez

apresura su deterioro.


72

(g) Atmósfera de Trabajo con Partículas Abrasivas:

Provoca en el funcionamiento de la correa patinaje, calor excesivo, daños

en la polea, con pérdida de potencia en el sistema y daños en la estructura

de la polea.

A continuación se muestra el efecto de un funcionamiento en ambientes

que contengan partículas abrasivas sobre las correas.

Figura 2. 7. Atmósfera con partículas abrasivas

(h) Excesiva Tensión:

Acorta la vida útil de la correa produce vibraciones, estiramientos,

calentamiento de los rodamientos y ejes.

En la figura se muestra el efecto de la excesiva tensión sobre las correas y

el pronto deterioro en ella.

Figura 2. 8. Excesiva tensión


73

Figura 2. 9. Correa afectada por el excesivo calor medio ambiental

(i) Calor Excesivo del Medio Ambiente:

Producirá deterioro en el caucho de la correa que soporta hasta 50°C y

se detectará visualmente al presentar grietas y cortes en su tejido exterior.

A continuación se muestra una correa afectada por el excesivo calor del

medio donde opera.


74

(j) Controles Fuera de Configuración:

Cuando se usan más de una correa se debe de cuidar que tengan la misma

tensión. Todas tengan relación en marca, numeración, y todas en el mismo

estado, el hecho de esto es que si se mezclan transmitirían mayor o menor

potencia.

Las figuras a continuación muestran los elementos de control para los

sistemas de transmisión por correas más usados comúnmente.

Figura 2. 10. Elementos de control de sistemas de transmisión por correas en v


75

(k) Almacenamiento Prolongado o Inadecuado:

Deben conservarse en lugares frescos y secos y no expuestos a luz solar.

Debe de cuidarse que no se coloquen en lugares que puedan deformarlas.

Cuando las correas se almacenan por más de 5 años con temperaturas de

30° y humedad relativa del 70% los componentes de la fabricación tienden

a resecarse.

A continuación el efecto que produce en las correas el almacenamiento

inadecuado se muestra en la figura 2.11

Figura 2. 11. Almacenamiento inadecuado

(l) Defectos de Cálculo y Diseño:

Si se sobredimensionan o sub-dimensionan las correas trabajan exigidas.

Si no calculamos y respetamos los diámetros mínimos de las poleas

(tabulados) también tendrán efectos sobre la transmisión de potencia.

Figura 2. 12. Defectos de diseño y cálculo de la transmisión


76

(2.1.2) Variables de Selección

(a) PROBLEMAS POR DESGASTE DE LAS CORREAS: Vida útil

(b) USO DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DEL TIPO DE CORREAS

TRAPEZOIDALES INCORRECTOS: Hay muchos perfiles con similares

medidas de ancho superior y largo, por lo que es fácil cometer este tipo

de errores. La diferencia entre estas es que la selección depende de la

aplicación que cada una de estas tendrá.

(c) LAS CORREAS NO COINCIDEN: Debemos considerar que cada

fabricante tiene un sistema de designación propio, sin embargo correas

de la misma enumeración pero de distintos fabricantes pueden variar

levemente, por lo que no se recomienda mezclar estas en un juego.

Sin embargo cuando las correas no coinciden lo que se recomienda es

revisar: - El desgaste de las poleas.

- Des-alineamiento.

(d) VIBRACIONES POR DESCARGAS DE LA MÁQUINA: Las vibraciones

provocadas por las descargas de la maquina repercuten en que las

cumplida. SKF y su línea de productos de transmisión de potencia se

rige bajo los más altos estándares de calidad empleando todas las

técnicas de fabricación correspondientes como por ejemplo:

SPC: STATISTICAL PROCESS CONTROL, con el objetivo de

satisfacer al cliente.

De todas maneras esta vida útil de las correas en sus distintas

aplicaciones se estima entre 3 y 5 años. Por lo que este desgaste es

efectivo.


77

correas en V se muevan en exceso o incluso que se salgan de la

transmisión, lo que implica precauciones de seguridad, aparte de el

daño que estas puedan recibir.

(2.2) Clasificación de los Problemas en los Sistemas de Transmisión

por Correas Trapezoidales

(a) Fallo Prematuro de la Correa.

I) Correa(s) rota(s)

II) La(s) correa(s) no soporta(n) el trabajo (deslizamiento), sin razón

aparente.

III) Aparición de la cuerda en el lateral.

IV) Delaminación o separación de la parte inferior.

(a) Desgaste Excesivo o Anormal de la Correa.

I) Desgaste del dorso de la correa.

II) Desgaste de las esquinas superiores de la correa.

III) Desgaste de los flancos de la correa.

IV) Desgaste de las esquinas inferiores de la correa.

V) Desgaste de la parte inferior de la correa.

VI) Agrietamiento de la parte inferior.

VII) Quemadura o endurecimiento de la parte inferior o los flancos.

VIII) Endurecimiento generalizado del exterior de la correa.

IX) Superficie escamosa, pegajosa o hinchada.

(b) Las Correas Trapezoidales se Giran o Salen de las Poleas.

I) Una sola correa.

II) Una o más correas en un juego.

III) Correas unidas o de perfiles múltiples


78

(c) Las Correas se Estiran Sobrepasando el Ajuste Disponible.

I) Una sola correa.

II) Varias correas se estiran de manera distinta.

III) Todas las correas se estiran de manera idéntica.

(d) Ruido de las Correas.

I) Silbido o chirrido.

II) Ruido golpeteado.

III) Ruido de roce.

IV) Rechinamiento.

V) Transmisión anormalmente ruidosa.

(e) Vibraciones Anormales.

I) Correas sueltas.

II) Vibración excesiva del sistema de transmisión

(f) Problemas con las Poleas.

I) Poleas rotas o dañadas.

II) Excesivo y rápido desgaste de las gargantas.

(g) Problemas con los Componentes de la Transmisión.

I) Ejes torcidos o rotos.

II) Protección dañada.

(h) Cojinetes sobre Calentados.

I) La correa ha sido tensada demasiado.

II) Poleas demasiado pequeñas.

III) Cojinetes en mal estado.

IV) Poleas demasiado alejadas en el eje.

V) Deslizamiento de la correa.


79

(i) Problemas de rendimiento.

I) Velocidad incorrecta de la polea receptora.

(2.3) Fallas más Recurrentes en los Sistemas de Transmisión de Potencia

Mediante Correas

A pesar de que existen otras causas de fallas, principalmente estos sistemas

tienen problemas de operación y optimización de la transmisión por las siguientes

razones:

I) Mantenimiento.

II) Poleas.

III) Sistemas sub-dimensionados.

Tal y como se muestra en el siguiente gráfico:

Gráfico 2. 1. Factores de causa de fallas en sistemas de transmisión de potencia

mediante correas

I) Tensión de la correa.

II) Alineación de correas/poleas.

> Vemos con claridad que la mayoría de las fallas están o existen por

MANTENIMIENTO, como:


80

ii) Desalineamiento de correas/poleas:

Puede ocurrir porque los ejes de las poleas no están alineados y/o

porque las poleas no están paralelas.

iii) Poleas excéntricas:

Ocurre cuando el centro de rotación no coincide con el centro

geométrico en una polea.

iv) Resonancia de la correa:

Existe cuando la frecuencia natural de la banda coincide o se aproxima

a la RPS del motor o de la máquina conducida.

> Otro porcentaje importante de causas de fallas son las POLEAS, de donde

los siguientes factores registran mas causales de fallas:

III) Desgaste de las poleas.

IV) Calidad. (Material, terminación, Balanceo de las poleas)

El último porcentaje importante de causales de fallas son los SISTEMAS

SUB-DIMENSIONADOS y comprende:

V) Re – Ingeniería.

VI) Re cálculo de transmisiones.

La práctica en la industria y muchos años de experiencia en el estudio de

vibraciones de la industria las fallas más recurrentes son las que se presentan a

continuación:

i) Correas desgastadas, correas flojas, o de series distintas:

Generalmente se da cuando se sobrepasa la vida útil de la/s correa/s,

debido al desgaste de la misma, y mala selección o mal recalculo del

sistema de transmisión.


81

Capítulo 3: “Diagnóstico del Estado de Funcionamiento de Sistemas de

Transmisión de Potencia Mediante Correas Trapezoidales. (Vibraciones y

Análisis de Espectros)”

(3.0) Introducción a las Vibraciones Mecánicas:

En su expresión más simple, una vibración es considerada un movimiento

oscilatorio, de una máquina, de una estructura o de una parte de ellas,

alrededor de su posición original de equilibrio.

A continuación se muestra el movimiento oscilatorio de una estructura en su

forma más simple:

Figura 3. 1. Movimiento oscilatorio en su expresión más simple

De donde se desprenden conceptos y parámetros básicos del análisis de

vibraciones.

I) Desplazamiento Vibratorio (d)

El desplazamiento vibratorio es la distancia que recorre el punto de

medición respecto de su posición de equilibrio a medida que trascurre el

tiempo.

Se escribe como para indicar que la distancia “ ” va variando

conforme vaya pasando el tiempo . (Medido en .


82

Matemáticamente se define de la siguiente forma:

Donde,

: Desplazamiento pico.

: Frecuencia de la vibración.

II) Velocidad Vibratoria

Es la medida de la rapidez con que se está trasladando el punto de

medición mientras vibra en el sistema. (medida en ).

Matemáticamente la velocidad vibratoria queda expresada de la

siguiente manera:

Donde,

, es la velocidad pico

III) Aceleración Vibratoria

Es la rapidez de cambio de la velocidad con respecto al tiempo.

Su unidad de medición por lo general es lo que indica que se mide en

unidad de la aceleración de gravedad. .

Matemáticamente esto es la derivada de la velocidad con respecto del

tiempo.

Donde , es la aceleración pico


83

La relación de estas tres magnitudes está en la herramienta matemática

de la integración esto es:

IV) Forma de Onda del Desplazamiento

La figura que se forma al graficar el desplazamiento vibratorio versus

el tiempo, se llama forma de onda del desplazamiento.

Para el caso mostrado adopta una forma sinusoidal o armónica simple.

Tal y como se muestra a continuación en la figura 3.2

Figura 3. 2. Vibración simple

V) Vibración armónica simple

Es la forma más simple de vibración. Se obtiene por ejemplo del

desbalanceamiento de un rotor.

=> => =>


84

VI) Amplitud

Es la magnitud del movimiento dinámico o la vibración expresada en

términos de: pico a pico, pico o rms.

Siendo esta magnitud una de las más importantes en la determinación

de las condiciones en que se encuentra el equipo.

VII) Fase

Es un retardo en el tiempo de dos señales, expresado en grados de

rotación.

VIII) Pico

Cada una de las líneas que componen el espectro.

IX) Frecuencia

Es el reciproco del período y significa número de oscilaciones completas

por unidad de tiempo.

X) Período

Tiempo necesario para que ocurra una oscilación o se complete 1 ciclo.

Generalmente está dado en minutos o segundos.

XI) Ciclo

Es un rango de valores en los cuales se repite un fenómeno

periódicamente.

(3.1) Parámetros que Definen una Vibración Armónica Simple.

Hay dos parámetros que definen una vibración armónica simple y son:

I) Su valor.

II) Su frecuencia.

Cuando se quiere expresar su valor se usan 3 magnitudes:


85

1) Valor pico

Es el valor máximo alcanzado por la vibración durante el tiempo T de

medición.

2) Valor Pico a Pico

Máxima variación de la vibración (diferencia entre el mayor valor positivo

y mayor valor negativo), durante el tiempo T de medición.

3) Valor RMS

Es la raíz cuadrada del promedio de los valores instantáneos de la

vibración al cuadrado durante el tiempo T de medición.

(*) Se define matemáticamente como:

4) La Frecuencia de Vibración f

Está definida como el número de ciclos y oscilaciones que efectúa el

cuerpo en cada segundo. Está relacionada con el periodo de la vibración

T, definido como el tiempo que demora el cuerpo en efectuar una

oscilación, mediante la siguiente ecuación:

Donde,

f, se mide en ciclos/segundos o en Hz.

T, en segundos/ciclos.


86

Estos parámetros gráficamente serán claros en la siguiente figura:

Figura 3. 3. Parámetros utilizados para medir el valor del desplazamiento,

velocidad y aceleración vibratoria

(3.2) Uso del Análisis de Vibraciones para la Detección de Fallas:

El mantenimiento se ha vuelto cada vez mas preponderante para dar solución a

los distintos problemas que se presenten en una planta en cualquier industria.

Las razones por las cuales es importante saber el estado o condición de una

máquina o equipos que son destinados a la producción de bienes y servicios son

muchas, por lo que no es posible tener una sola estrategia que nos ayude a

cumplir los objetivos de cada una de ellas.

Las principales razones de monitoreo de la condición de maquinas y equipos son

las siguientes:

- Costos directos.

- Costos Indirectos.

- Seguros.

- Seguridad.

- Normas ambientales.

- Calidad de los productos.

El análisis de las vibraciones es la técnica de monitoreo de la condición utilizada

con mayor frecuencia y ofrece esta a su vez un panorama más completo y amplio

de la condición de las maquinas que cualquier otra tecnología particular.


87

Se puede utilizar para detectar muchos tipos de fallas en una amplia gama de

maquinas y componentes rotativas incluyendo motores, cajas de cambio, bombas,

ventiladores, sistemas de engranajes, acoples, impulsores de correas, cadenas,

rulemanes (Rodamientos).

Además de esto esta técnica permite detectar condiciones que ocasionan fallas y

desperfectos, es decir:

I) Tensión.

II) Alineación.

III) Desgaste de poleas.

IV) Calidad (Material, terminación, Balanceo).

V) Re cálculo de transmisiones.

VI) Re - Ingeniería.

Generalmente los datos son recopilados manualmente en la máquina utilizando un

acelerómetro y un colector de datos portátil, para ahorrar tiempo se desarrollan

trayectos, para que los datos de un grupo de maquinas se puedan recoger de una

sola visita, después de lo cual se cargan las señales temporales y espectros (FFT:

FAST FOURIER TRANSFORMATE) en un paquete de software con herramientas

poderosas de análisis e informe.

La vibración también se puede monitorear en línea de manera continua, lo que es

generalmente prohibido por ser costoso.

La experiencia indica que el hecho de obtener datos repetibles de alta calidad es

de importancia crítica para un análisis correcto de la vibración, la selección del

sensor correcto, una cuidadosa selección de los puntos de medición, el uso

monturas de pernos en algunos casos, filtros y configuraciones en el recolector de

datos son todas importantes.

Así un buen conocimiento de la maquinaria que se monitoree ayudará a interpretar

los datos, identificar las fallas y hacer las recomendaciones adecuadas.


88

(3.3) Análisis de Severidad de una Máquina

En las máquinas rotatorias pueden ocurrir fallas que son muy comunes durante la

operación (Capitulo anterior).

Este comportamiento se refleja en el nivel normal de vibración que ellas presentan

durante el trabajo.

La clasificación se hace mediante la potencia de la máquina rotatoria, y se

recomienda por norma utilizar la siguiente clasificación.

CLASE 1 Partes individuales que se

acoplan a una maquina en

operación normal. (Motores

eléctricos que no pasan de

15(kW))

CLASE 3 Grandes motores y otras

máquinas con masas

rotantes montadas sobre

cimientos rígidos y pesados,

los cuales son relativamente

duros en la dirección de

medida de vibración

CLASE 2 Máquinas de tamaño medio

(generalmente motores de

15 a 75(kW) de salida sin

cimientos especiales, o

máquinas rígidas (por sobre

los 300(kW) montadas

sobre cimientos especiales.

CLASE 4 Grandes motores y otras

maquinas con grandes

masas rotantes montadas

sobre cimientos

relativamente flexibles en la

dirección de la medida de la

vibración. (Turbo generador)

Tabla 3. 1. Recomendación ISO, de la clasificación de máquinas rotatorias

Sin embargo, el valor que este nivel de vibración, pueda tomar dependerá de la

clasificación a la que pertenezca la máquina.


89

Debido a que la amplitud de la vibración es el parámetro que acusa la gravedad

del estado de una maquina es así que debemos obtener este valor, en función del

espectro de velocidad; esto es; una vez obtenido el espectro de la señal temporal

tomamos la señal temporal y se crea un nuevo programa en LabView e integral

esta señal en post de obtener la velocidad y así el valor RMS el que estará dado

por la amplitud.

A continuación se presentarán la tabla de severidad para la vibración de máquinas

según norma ISO 2372.

De donde el valor que obtendremos más adelante será el valor RMS medido en

(mm/s).

Tabla 3. 2. Tabla de severidad ISO 2372

Mediante esta última podremos ver los rangos de vibraciones bueno, aceptables,

insatisfactorio, inaceptables. Para la clasificación de las maquinas dadas

anteriormente en tabla 3.1. “Recomendación ISO de la clasificación de

maquinas rotatorias”


90

(3.4) Análisis de los Espectros Típicos de las Fallas más Recurrentes

en los Sistemas de Transmisión de Potencia Mediante Correas

I) Correas Desgastadas, Correas Flojas, Correas con Series

Diferentes.

Figura 3. 4. Espectro de falla/s: correas desgastadas, correas flojas,

series de correas cambiadas

i) Interpretación del espectro esperado: Las frecuencias de las correas

siempre son menores que la frecuencia de giro del eje conductor o

conducido. Normalmente se encuentran 4 picos y generalmente

predomina el de 2x (dos veces la frecuencia de paso de la correa). Sus

amplitudes son inestables.

A continuación veremos qué significado físico tienen los espectros más

característicos de las de fallas en los sistemas de transmisión de potencia

mediante correas más comunes.


91

II) Desalineamiento de Poleas/Correas.

En la figura 3.5. muestra a continuación que el desalineamiento de

poleas puede darse de las mismas formas aquí expuestas o bien en

conjunto.

Figura 3. 5. Espectro de falla/s: desalineamiento de poleas/correas

ii) Interpretación del espectro esperado: Se produce alta vibración a 1x

RPS del eje conductor o conducido, generalmente es el eje conducido.

La buena medida de las amplitudes de las vibraciones depende de

donde sean tomados los datos. (En las direcciones vertical u horizontal).


92

III) Poleas Excéntricas

La Figura 3.6 a continuación muestra que este caso se da cuando el

centro de masas de la polea no coincide con el centro geométrico, por lo

que el espectro toma la forma dada a continuación:

Figura 3. 6. Espectro de falla/s: poleas excéntricas

iii) Interpretación del espectro esperado: Se produce cuando la correa

gira con respecto a un punto que no es su centro geométrico.

La relación de fases entre las direcciones horizontales y verticales en un

descanso es de 0 a 180°.


93

IV) Resonancia de las Correas:

A continuación el espectro asociado al fenómeno de resonancia. En la

figura 3.7

Figura 3. 7. Espectro de falla/s: resonancia de las correas

iv) Interpretación del espectro esperado: El espectro muestra altas

amplitudes de la frecuencia de resonancia y la frecuencia de excitación

de la correa, siendo la frecuencia de resonancia la predominante.

(Frecuencia natural).

Se produce cuando la frecuencia natural de la correa coincide con la

velocidad de alguna de las poleas.


94

(3.5) Estudio Experimental del Sistema Rotatorio SpectraQuest,Inc.

La experiencia en el laboratorio consistió básicamente en analizar el sistema de

correas trapezoidales que posee el simulador de fallas SpectraQuest,Inc.

Para esto nos centramos en dos puntos claves, esto es para poder medir

vibraciones representativas del sistema de correas trapezoidales como lo son la

caja de engranajes y el descanso hidrodinámico del eje conductor, para tal efecto

se toma la señal mediante acelerómetros que a su vez están conectados a

canales del sistema, de aquí a la computadora y mediante el paquete de software

LabView llevamos esta señal temporal a espectro (Puesto que en el diagrama de

bloques se aplica la herramienta del cálculo “Transformada rápida de Fourier”).

La herramienta matemática: la transformada rápida de Fourier justamente lo que

hace es llevar la señal temporal (esto es en función del tiempo) a la misma

información pero ya no en el dominio del tiempo si no que en el dominio de la

frecuencia.

El análisis en sí se realizó haciendo una serie de mediciones a diferentes

frecuencias. Se configuró además un tiempo de muestreo de 4 segundos.

El procedimiento de adquisición de señales concluye con la entrega virtual de

datos.


95

(3.5.1) La Máquina Simuladora de Fallas (MFS) y sus Características

Figura 3. 8. MFS SpectraQuest, Inc

La máquina simuladora de fallas (MFS) utilizada en el laboratorio tiene capacidad

de hacer el estudio de las fallas mediante vibraciones en equipos rotatorios,

convirtiéndose así en una herramienta fundamental para el aprendizaje y

diagnostico de fallas. Para el caso veremos el sistema de correas trapezoidales

que posee. Las especificaciones técnicas del equipo son:

ELÉCTRICO

Motor 3 Fases, motor 1HP, pre-cableado autoalimente sistema de

montaje para facilitar la instalación/Desinstalación.

Conductor 1HP unidad de CA de frecuencia variable con sistema de

automatización del panel frontal con múltiples funciones.

Rango de

Rpm

0-6000 rpm (corta duración) de velocidad variable.

Tacómetro Construido en el tacómetro con pantalla LCD y un pulso por la

salida TTL analógica revolución fines DAQ.

Voltaje 115/230 VAC, monofásico, 60/50 Hz.

Tabla 3. 3. Especificaciones técnicas eléctricas del equipo


96

MECÁNICO

Diámetro del eje 3/4” de diámetro, torneado y pulido (TGP) de acero largo 30”.

Cojinete

2 Rodamientos sellados de aluminio dividen horizontalmente

vivienda soporte para los cambios fáciles, roscados para el

montaje de transductor. Soportes de rodamiento se puede

montar en cinco diferentes posiciones de duración variable

del rotor.

Base Rotor

18” de largo, completamente móvil con pernos de extensión

de la desalineación horizontal fácil y cuñas estándar para la

desalineación vertical. Fijado para facilitar el reajuste.

Rotores Dos de 6” de aluminio con 36 orificios roscados a intervalos

de 10 grados para el estudio del desbalanceo

Mecanismo

Correa

Dos correas con dobles surcos trapezoidales con un tornillo

de montaje y un arbusto/llave de montaje. Palanca de

desplazamiento positivo con tensor plus plataforma reductor

ajustable.

Caja Engranajes 3 vías accesibles corte recto caja de engranajes cónicos con

una relación de 1,5:1 (20 entrada de marcha). Freno

Bomba

centrifuga

½ HP , 27 psi en 0gpm, 25 gpm, en 0psi con agua a 4000rpm

Compresor

alternativo

Cinturón 120 psi ½ HP, 2,6 cfm, impulsado con tanque de

aire de 5 galones.

Conectores

(Instrumentación)

16 placas de conexión BNC debajo de la base del rotor unido

al panel, conector BNC montado en el borde de la placa base

para conexión directa a los recolectores.

Fundación Placa de ½” de aluminio fundido a base, base de refuerzo y

ocho aisladores de caucho.

Tabla 3. 4. Especificaciones técnicas mecánicas del equipo


97

Físico

Peso Aproximadamente 130 libras

Dimensiones L= 39’’ (100 cm), W=25”(63 cm), 21”(53 cm).

Tabla 3. 5. Especificaciones técnicas físicas del equipo


98

(3.5.2) Procedimiento y Aspectos Técnicos:

La toma de mediciones se hizo en los descansos hidrodinámicos y en la caja

de engranajes, los que son utilizados en un amplio rango de máquinas rotatorias

como turbinas, turbocompresores, generadores, etc.

Este tipo de descanso tiene características variables tanto en sus parámetros de

diseño como de operación, lo que hace generarse situaciones de inestabilidad y

posibles fallas del sistema.

La caja de engranajes posee un piñón de 18 dientes y 27 dientes para el

engranaje helicoidal. Estas funcionan como transformadores de la velocidad de

rotación y fuerza para muchas aplicaciones mecánicas.

Es importante de destacar que las mediciones se adquieren mediante una tarjeta

de adquisición de señales modelo NI 9234, la cual se muestra a continuación:

Figura 3. 9. Tarjeta de adquisición de datos modelo NI9234


99

Esta posee las siguientes especificaciones:

I) Acondicionamiento de señales IEPE seleccionable por software (0 o

2 .

II) Máxima velocidad de muestreo de 51,2 por canal; acoplado en AC

(0,5 ).

III) Resolución de 24 bits; rango dinámico de 102 ; filtros anti-aliasing.

IV) 4 Entradas análogicas muestreadas simultáneamente, rango de entrada

5 .

V) Compatibilidad con sensores inteligentes TEDS (únicamente

CompactRIO).

VI) Certificados de calibración trazable por el NIST.

(3.5.3) Etapas de Adquisición de Datos

Las etapas de adquisición de datos son las siguientes:

I) Ubicación de los puntos de prueba:

Elegir un punto adecuado para realizar la medida, así como la

recopilación de datos necesarios, para el análisis de la maquina, como

son el tipo de cojinetes, de correas, alabes, etc.

II) Etapa transductora:

Selección del sensor más adecuado, así como su sensibilidad y ancho

de banda, y su fijación al punto de medida con la finalidad de conseguir

transformar las vibraciones mecánicas en señal eléctrica, ya sea

tensión, intensidad, frecuencia, etc.

III) Etapa de selección de acondicionador:

Seleccionar un acondicionador para el sensor, de ser necesario para

que las señales eléctricas puedan ser utilizables en el sistema.

IV) Cálculo con un convertidor:

Cálcular y medir con un convertidor análogo-digital para transformar

(FFT) la señal y pueda ser utilizada en un sistema informático.


100

V) Etapa final:

Mediante una computadora se procesa la señal, permitiendo la

realización de los análisis correspondientes para presentar los

resultados y análisis de las mediciones.

(3.5.4) Análisis Real de Laboratorio

I) Se comenzó realizando mediciones en la máquina simuladora de fallas

Spectra Quest, Inc.

Primero para una situación normal especificada a continuación:

1) Situación normal: “Poleas alineadas, rodillo tensor ajustado.”

Se medirá primero a una velocidad de rotación de: .

Es decir a una frecuencia de rotación de:

1.i) Luego se realiza una segunda medición a una velocidad de

rotación mayor a la primera y equivale a: .

Es decir a una frecuencia de rotación de:

Primero encontraremos el espectro asociado al funcionamiento de la

correa en el equipo, para esto se determina la frecuencia de paso de

la correa, mediante la siguiente fórmula:


101

Donde diámetro de la polea conductora.

Longitud de la correa.

Frecuencia de giro del eje conductor en

Por lo que la frecuencia de paso de la correa para la primera medida

es de:

Se escogen frecuencias de rotación y el tiempo de muestreo

aumentó a 4(s) puesto que la resolución de las líneas del espectro

será más clara, es así que estas condiciones de configuración las

adquiere el programa y transforma de señal temporal a espectro (en

función de la frecuencia).


102

A continuación el registro gráfico de los espectros del 2do ensayo (a

mayor velocidad de rotación)

Gráfico 3. 1. Medición 2 2960 rpm canal 0


103

Gráfico 3. 2. Medición 2 2960 rpm canal 1

Se observa con claridad que en 20,23 la amplitud está en un

rango de 0,00062 y 0,00038 para el sensor ubicado en la caja de

engranajes (reductor).

Ahora se obtendrá el estado de funcionamiento del equipo mediante

el valor RMS que arrojará el siguiente programa realizado en

LabView. Este dato se comparará con la tabla ISO 2372 y se verán

las vibraciones permitidas para clasificar dentro de la misma el

estado de la máquina o equipo.

La máquina admite una frecuencia de rotación máxima de

Por lo que cabe destacar que en este ensayo para la experiencia nos

acercamos bastante a este límite.


104

Para esta medición también aplicaremos el programa para ver el

valor RMS y así poder diagnosticar el estado de la máquina para esta

velocidad de rotación:

Medición 2 canal 0:

Figura 3. 10. Valor RMS medición 2 canal 0 a 2960 rpm


105


Figura 3. 11. Valor RMS medición 2 canal 1 a 2960 rpm

….. Datos admisibles para un

funcionamiento “bueno” de la máquina.

1,12; 1,80….. Datos admisibles para un

funcionamiento “aceptable” de la máquina.

Luego realizamos la comparación de los valores RMS de la tabla

28.3 “Tabla de Severidad ISO 2372”.

Mediante la clasificación que recomienda la ISO en su

tabla:”Recomendación ISO clasificación de maquinas rotatorias”

Nuestra máquina está dentro de la clase 1.


106

2) Situación Anormal Forzada: “ Poleas Desalineadas”

Para esta disposición de las poleas se tomaron alrededor de 6

mediciones a distintas velocidades de rotación, las que se detallan a

continuación:

De las cuales se tomará la última medición, esto previo a hacer un

análisis de la resolución del espectro, puesto que a mayor velocidad

de rotación mayor es la resolución de las líneas del espectro lo que

se llama paso frecuencial.

Vemos que los valores RMS en el descanso hidrodinámico y en la

caja de engranajes, son diferentes, y al realizar la comparación

vemos que el estado de la maquina es “aceptable”, aun para este

valor de velocidad de frecuencia que está muy cerca de la frecuencia

de rotación máxima de la máquina simuladora de fallas. Lo que re

afirma el buen estado de esta, al llevar poco tiempo de adquirida

(nueva).

Bien se concluye que el estado de funcionamiento de la máquina en

una primera condición “normal” es de BUENO a ACEPTABLE.

Aun para las velocidades cercanas al máximo permitido por la

máquina que son 50 . Lo que en esta primera parte de la

experiencia nos lleva a declarar que la máquina se encuentra en

condiciones mas que favorables para las simulaciones que vienen a

continuación.


107

Es así que se escoge la velocidad de rotación de .

Para poder tener un espectro más nítido y claro para efectos del

análisis posterior.

La frecuencia de paso de la correa varía puesto que la formula

depende de un factor velocidad que para esta disposición será

Su fórmula es:




De la misma forma anterior, se procederá a visualizar el espectro en

LabView y luego se analizará el valor RMS para diagnosticar el

estado de funcionamiento para esta disposición “poleas

desalineadas” para una velocidad de rotación de .


108

A continuación se muestra el registro gráfico de los espectros del

2do ensayo (a mayor velocidad de rotación).

Medicion 6 a 2525 rpm canal 0:

Gráfico 3. 3. Medición 6 a 2525 rpm canal 0


109

Medicion 6 a 2525 rpm canal 1

Gráfico 3. 4. Medición 6 a 2525 rpm canal 1

En las gráficas se observó que las amplitudes a 17,2584 son del

orden de 0,00024 y de 0,00021.


110

Luego al igual que anteriormente ejecutaremos el programa

nuevamente para obtener el valor RMS, y así poder diagnosticar el

estado de funcionamiento de la máquina para esta disposición de las

poleas.

Medición 6 canal 0: Valor RMS 0

Gráfico 3. 5. Valor RMS medición 6 a 2525 rpm canal 0


111

Medición 6 canal 1: Valor RMS 1

Gráfico 3. 6. Valor RMS medición 6 canal 1 a 2525 rpm

Luego al comparar estos valores con los valores admisibles para

diagnosticar el estado de la máquina de la tabla 28.3 “Tabla de

Severidad ISO 2372”

Obtenemos que:

….Datos admisibles para un

funcionamiento “Bueno” de la máquina.

Por otra parte los valores obtenidos en la medición 6 nos arroja los

siguientes valores RMS.


112

Esto indica que la máquina al forzarla a una situación anormal de

poleas desalineadas tal y como se muestra en la figura 3.12.:

Figura 3. 12. Situación anormal forzada “poleas desalineadas

La transmisión en las poleas (esto es que el arco de contacto entre la

correa y la polea es completo y de 180°) alcanza a ser completa, por

lo que no hay problemas en el funcionamiento de ella, arrojando un

valor RMS bajísimo comparado a los establecidos por norma en la

tabla de severidad ISO 2372.

Lo que hace recalcar el que esta máquina está nueva. Por lo que

este sistema no presentará fallas notorias con la anormalidad

forzada.


113

3) Situación anormal forzada “correas sueltas”

Para esta situación se midió en 3 oportunidades a distintas

velocidades de rotación, estas son:

Se considerará la medición realizada a ; es decir a una

frecuencia de 45,833 .

Para esta condición anormal forzada tenemos que la frecuencia de

paso de la correa es:




Esto último debido a que como se amplió el tiempo de muestreo y la

velocidad de rotación, permitirá un paso frecuencial menor.

Un tiempo corto de muestreo produce un mayor paso en frecuencias

esto traerá problemas para el diagnóstico.

Por tanto se aumenta la velocidad de rotación y el tiempo de

muestreo con el fin de que esto no ocurra, y poder Interpretar y

diagnosticar sin mayor dificultad.


114

De la misma forma que en los ensayos anteriores se leerá el

espectro asociado en el gráfico 3.7 a este tipo de simulación

realizada en el laboratorio, y se diagnosticará aplicando criterios

RMS ISO.

Espectro medición 3 descanso hidrodinámico:

Gráfico 3. 7. Espectro medición 3 canal 0 a 2750rpm correas suelta


115

Espectro medición 3 caja de engranajes:

Gráfico 3. 8. Espectro medición 3 canal 1 a 2750 rpm correas suelta

Se observan amplitudes mayores a la frecuencia de paso de la

correa para esta situación de correas sueltas. Estas son: 0,00161 y

0,00143 en la caja de engranajes.


116

Luego se realizará el diagnostico de la maquina en esta disposición

anormal forzada “correas sueltas” obteniendo el valor RMS mediante

el programa construido en LabView.

Lo anterior se detalla a continuación en el gráfico 3.9 y 3.10:


Gráfico 3. 9. Valor RMS medición 3 canal 0


117


Gráfico 3. 10. Valor RMS medición 3 canal 1

Vemos que los valores RMS obtenidos en el descanso hidrodinámico

como en la caja de engranajes (reductor) son diferentes:

Si bien estos valores no son de mayor importancia a la hora de

realizar el diagnóstico de la máquina. La diferencia se puede

entender que existe mayor cantidad de vibración en la polea mayor,

o bien existe mayor vibración cerca o alrededor de la polea mayor

donde por cierto se encuentra la caja de engranajes y la base

soporte de la maquina, cabe destacar que pasada ciertas

revoluciones el sistema completo (esto es; máquina mas soporte

máquina) entra en una etapa de resonancia. Por lo que se ve

afectado el sistema más en el sensor ubicado en la polea mayor.

Luego al hacer la comparación de los valores RMS dados por la

tabla 28.3 “Tabla de Severidad ISO 2372” para un diagnostico de

funcionamiento “bueno” de una máquina clase 1 con los valores


118

RMS obtenidos en el laboratorio para la condición o disposición del

sistema de transmisión de potencia mediante correas de “correas

sueltas”.

Vemos que:

Se concluye que la máquina en esta disposición o condición anormal

forzada de “correas sueltas” tiene un funcionamiento “bueno”, lo que

se debe a que el estado de la máquina es casi nueva, por lo que las

correas también lo están, así estas no han sufrido ningún tipo de

deformación o alargamiento inadecuado por tiempos de uso

prolongados. Cabe destacar que si se observan deformaciones en la

puesta en marcha del eje conductor y finalmente de la correa

temporales que desaparecen una vez que la correa entra en

régimen. También existe visualmente desprendimiento de pequeña

viruta de las correas por efecto del roce entre ellas, y un

calentamiento por efecto del roce entre poleas y correas.


119

4) Situación anormal forzada “Resonancia”

Para esta condición se tomaron mediciones a diferentes frecuencias

de rotación que están detalladas a continuación:

El procedimiento aquí es realizar un ensayo de “golpe” con el fin de

obtener las frecuencias naturales de cada elemento de máquina que

se compromete con la transmisión del movimiento rotatorio de la

correa.

Estos son:

1) Eje Conductor.

2) Descanso Hidrodinámico.

3) Polea Menor.

4) Correa Derecha.

5) Correa Izquierda.

6) Polea Mayor.

7) Base.

8) Caja de engranajes.


120

Procedimiento:

a) Una vez ubicados los sensores en canal 0 (descanso

hidrodinámico) como en canal 1 (reductor o caja de engranajes).

b) Se hace entrar en resonancia a cada uno de estos elementos

mediante el análisis modal.

c) Una vez capturada la frecuencia natural se graba.

d) Y finalmente se ingresa la medición al programa realizado en

LabView y este mismo arroja la señal espectral de la frecuencia

natural de cada elemento.

Notación:

PALABRA--- Indica la posición del acelerómetro.

NUMERO- Indica la posición del golpe. (para encontrar la

frecuencia natural del elemento de maquina)

Es así que:

Descanso 1 será: acelerómetro en el descanso hidrodinámico.

Golpe en el eje conductor.

Reductor 8 será: acelerómetro en la caja de engranajes, golpe en

la caja de engranajes.

Una vez obtenidos los valores de las frecuencias naturales de los

elementos de máquina que inciden en la transmisión del

movimiento producido en las poleas por efecto de las correas

trapezoidales.

Se entenderá que estas son de la misma forma de onda puesto

que es consecuencia de su frecuencia natural.


121

Lo primero será determinar cuál es la frecuencia natural de la

correa:

Primero al golpear la correa vemos un pico característico que

acusa la frecuencia natural de la correa:

Gráficamente lo anterior se detalla a continuación:

Frecuencia natural, golpe correa derecha:

Gráfico 3. 11. Frecuencia natural correa derecha


122

Frecuencia natural, golpe en la correa izquierda:

Gráfico 3. 12. Frecuencia natural correa izquierda

Se observa que la frecuencia natural de la correa tanto derecha

como izquierda es de 22 .

Por lo que ahora debemos hacer rotar el eje a diferentes

frecuencias para lograr visualizar cuál de estas frecuencias

naturales se excita a la frecuencia dada aumentando su amplitud.

Sabiendo que el fenómeno de resonancia se produce cuando una

de estas frecuencias de excitación coincide con alguna de las

frecuencias naturales del equipo.

Se debe considerar que una resonancia no hace otra cosa que

amplificar las vibraciones que se producen en el equipo y no es

responsable de la generación de las mismas, llegando en algunos

casos a ser tremendamente severas.


123

Implica que al poner en régimen el sistema arrojará el siguiente

espectro en el descanso hidrodinámico como en la caja de

engranajaes (Reductor)

Gráfico 3. 13. Espectro frecuencia natural correa derecha canal 0

Gráfico 3. 14. Espectro frecuencia natural correa derecha canal 1


124

A si mismo para la correa izquierda la frecuencia natural de la correa en régimen será:

Gráfico 3. 15. Espectro frecuencia natural correa izquierda canal 0

Gráfico 3. 16. Espectro frecuencia natural correa izquierda canal 1


125

Se puede concluir que la frecuencia natural de las correas es

22 , pero esta no se vé excitada cuando el sistema entra en

régimen a las frecuencias de rotación para el sistema dadas

anteriormente en que se hizo la experiencia.

Otras frecuencias naturales de los elementos de máquina

comprometidos con el movimiento rotatorio de las correas si

fueron excitadas. Arrojando los siguientes valores del estado de

funcionamiento del equipo altos. (Estos serán detallados en

anexo 1)

Las razones por las que la frecuencia natural de la correa no se

ve excitada a las frecuencias de rotación detalladas

anteriormente es que es de peril estrecho y está en muy buenas

condiciones (muy nueva), por lo que no arroja excitación alguna.


126

Capítulo 4: “Estudio Experimental de la Relación de Tensión vs Potencia

Eléctrica Consumida”

4.1) Introducción

Como se menciona anteriormente a pesar de la falta de datos fidedignos, se

conoce que una tensión adecuada de la correa adecuada infiere directamente con

la vida de la correa, pero además infiere en la transmisión de la potencia o del

movimiento de rotación que esta genera.

Se sabe además que el 90% de las fallas en los sistemas de transmisión mediante

correas que se producen por mantenimiento inadecuado que corresponde a un

40% de las fallas en los sistemas de transmisión de potencia mediante correas

trapezoidales, se producen por una inadecuada tensión en las correas.

4.2) Estudio y Análisis

Con el fin de agregar datos empíricos SKF construyó una célula de prueba de

dinamómetro. Para medir el verdadero impacto de la tensión de la correa en los

sistemas de ventilación (HVAC).

La célula de prueba incorporó 2 sistemas de ventilación HVAC y medición

idénticos pero completamente independientes.

Sopladores centrífugos fueron utilizados para establecer la carga variable y

sensores de alta precisión capturaron lecturas de potencia en cada punto de

conversión de energía.

Con la reciente importancia que se debe dar a las iniciativas verdes de la

industria de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), la

optimización de la transmisión en sistemas mediante correas trapezoidales han

adquirido bastante interés de las empresas.


127

El siguiente gráfico muestra la degradación típica en el desempeño, observado en

varias marcas de correas trapezoidales de caucho a medida que se redujo la

tensión.

Los siguientes datos fueron obtenidos al hacer muchas pruebas con cada marca

de correa en V de caucho.

Gráfico 3. 17. Eficiencia de la transmisión (%); Potencia del flujo de aire (AHP) vs

Tensión (Lbs).

Análisis

Se hace evidente que las pérdidas en la tensión de las correas se correlacionan

con las reducciones de eficiencia de la unidad de transmisión.

Además muestra que en un ventilador controlado a una velocidad de motor fija, la

reducción de la eficiencia de la unidad de transmisión ocasiona una reducción en

la velocidad de rotación del eje del ventilador, y en consecuencia, la reducción

correspondiente en el flujo de aire.


128

Sin embargo en sistemas controlados a una velocidad de flujo constante, la

reducción de la eficiencia de la unidad de transmisión resulta en un incremento en

el consumo de energía puesto que el sistema tiene mayor exigencia para

mantener el mismo flujo de aire.

Para determinar la pérdida de energía en un sistema determinado, se debe

conocer el índice de velocidad de disminución de tensión, lo que hace el siguiente

gráfico es mostrar un plan de mantenimiento de un sistema HAVC donde la correa

trapezoidal se tensa cada 6 meses.

En el siguiente gráfico la forma y curvatura de la curva linear de tensión/tiempo del

cuadro resulta de varias pruebas a largo plazo conducidas en la célula de pruebas

SKF.

A medida que la tensión de la correa disminuye durante el transcurso de los 6

meses la eficiencia de la correa disminuye de aproximadamente un 95% a 91%.

Gráfico 3. 18. Eficiencia (%); Tensión Correa vs Tiempo (meses)


129

Aplicando un tensor de correas, evitaríamos que la tensión disminuya en la unidad

de transmisión manteniendo de esa manera la optimización de la transmisión

durante todo el año.

En el siguiente gráfico se muestra la energía desaprovechada ( La energía que

puede ser ahorrada instalando un tensor de correas)

Gráfico 3. 19. Consumo de energía de un sistema de ventilación de 1[Hp] en un

año

Análisis

El área Sombreada representa los ahorros anuales de energía que llegan al 1,9%.

En la industria, los ahorros anticipados de energía para unidades de transmisiones

bien mantenidas y bien diseñadas se encuentran entre el 1% y el 3%.

En estos sistemas la instalación de un tensor de correas puede resultar en ahorros

de energía significativamente más notorios.


130

4.3) Consideraciones a Partir de la Energía Desaprovechada

La cantidad de dinero que se paga por esta cantidad de energía desaprovechada

es:

Un valor promedio del kWh es $115 (moneda nacional) por lo que:

Se estarían perdiendo por energía desaprovechada en seis meses.

Ahora bien, si extrapolamos este valor y nos vamos a la industria en donde los

ventiladores son de 132 este valor de energía desaprovechada sin duda es

más significativo.

Por lo que, 146

A sabiendas que en la industria papelera de una planta en la región son alrededor

de 1800 equipos que usan transmisión del movimiento de rotación por correas

trapezoidales. Esta cantidad se dispara alcanzando cifras realmente significativas.

Si consideramos los datos del estudio experimental el consumo extra (energía

desaprovechada), tenemos que para un equipo de ventilacion de 0,75 kW se

desaprovechan en 6 meses: = ; kw/h

A $115 el kWh nos resulta que se están gastando por concepto de energía

desaprovechada alrededor de $2.955.040 en 6 meses.


131

Conclusiones Generales y Comentarios

Al haber realizado este estudio enfocado en las fallas de los

sistemas de transmisión mediante correas trapezoidales, se tiene

que jamás se debe descuidar una transmisión por correas

trapezoidales.esto es; se debe idear, planificar un plan de

mantenimiento diario con el objetivo de tenerlos siempre

funcionando de manera óptima. Esto hoy en día no ocurre en

las empresas por lo qué este estudio busca dentro de otras

cosas promocionar el adecuado mantenimiento sobre los

equipos de transmisión de potencia mediante correas

trapezoidales (en V), pués tal y como muestra este informe no

es poco dinero el que se gasta por conceptos de una mantención

inadecuada o mantención nula.

La técnica aquí ocupada “Vibraciones Mecánicas” es sin duda la

mejor forma para poder diagnosticar el estado de funcionamiento

de un equipo con transmisión mediante correas trapezoidales

(Spectra Quest, Inc).

Evitamos los tiempos muertos pues se aplica mientras el equipo

esté en marcha prediciendo la posible falla de este.

Dentro de este trabajo se aplicó la técnica de mantenimiento

predictivo antes descrita, lo que ha servido de sobremanera para

la formación profesional, puesto que hoy en día poseer este

tipo de conocimientos nos hace marcar la diferencia una vez

expuestos al mundo laboral.


132

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potencia en sistemas de...

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