maquinas de elevacion y transporte capitulo 2
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LIBRO DEDICADO AL APRENDIZAJE DEL DISEÑO Y CALCULO DE MAQUINAS DE ELEVACION Y TRANSPORTETRANSCRIPT
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
Capítulo II
ACCIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS DE
ELEVACIÓN Y TRANSPORTE
Accionamiento 1
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
ACCIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
DE ELEVACIÓN Y TRANSPORTE
GENERALIDADES
El accionamiento o transmisión es el conjunto de elementos que
entrega al mecanismo, la potencia necesaria para la realización de su trabajo. Las
transmisiones empleadas en los equipos de elevación y transporte pueden ser:
Manual
Térmica
Transmisiones Eléctrica
Mecánica Neumática
Hidráulica
Además, en muchas máquinas se utilizan accionamientos
combinados: Diesel – eléctrico, electrohidráulico y electroneumático. Sobre todo
los 2 primeros han tenido una amplia difusión en los últimos años.
2.1 ACCIONAMIENTO MANUAL
La primera forma de energía a disposición del hombre ha sido sin la
menor duda la que le proporcionan sus propios músculos.
Así pues, La transmisión manual es empleada en mecanismos con
pequeñas capacidades de izaje, cuando las distancias a recorrer son cortas y
cuando se usan ocasionalmente.
Accionamiento 2
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
La principal limitación que presentan estas transmisiones es la pequeña
potencia que ofrecen (menos de un caballo de fuerza), lo que limita la carga a
elevar y las velocidades de trabajo. Además, el esfuerzo del operario no puede
hacerse por largos periodos de tiempo.
El movimiento del mecanismo se logra con ayuda de una manivela,
con una rueda de trinquete, o por medio de una cadena, con su correspondiente
rueda.
Fig. 2.1-1 Palanca con rueda de trinquete
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
1. Rueda de trinquete2. Pasador de uña3. Cuerpo4. Resorte5. Uña6. Tornillos que retienen el resorte
Accionamiento 3
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Fig. 2.1-2 Rueda de Cadena
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
TABLA 2,1-1 Fuerza máxima por operario en Kg
Periodo de operación Manivela Cadena Pedal Palanca
Operación continua 12 20 25 18
Operación que no excede los 5 min.
25 40 35 20
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
En el diseño de los accionamientos manuales deben respetarse las
siguientes reglas:
1. en los mismos, la máxima fuerza realizada por un operador sobre las
palancas y pedales no debe exceder los valores de la tabla 2.1-1
2. la velocidad promedio de los movimientos del operador no debe
exceder:
a) 1 m/s, en la manivela
b) 0.6 m/s, en la rueda con cadena
3. La potencia desarrollada por un operador se asume
Accionamiento 4
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a) 10 Kg-m/s, si la operación es continua
b) 15 Kg-m/s, si la operación es de periodos de 5 min. con
intervalos de receso.
4. Cuando trabajan varios operarios en un mismo accionamiento, debe
considerarse un factor de simultaneidad φ de sus fuerzas, que tiene en
cuenta que no se produzcan a la vez en determinados momentos, el que
se toma:
a) para dos operadores, φ = 0.8
b) para cuatro operadores, φ = 0.7
5. El recorrido de las palancas no debe ser mayor que:
a) 400 mm, en las palancas
b) 250 mm, en los pedales
el ángulo de giro de la palanca no debe ser mayor de 60o . el recorrido
muerto de la palanca o pedal no debe exceder el 10% del recorrido de
trabajo.
6. Los ejes que sirven de articulación en las palancas y pedales y sus
agujeros, deben ser maquinados hasta el grado de exactitud 3 y
dárseles tratamiento térmico en sus partes de trabajo.
7. El árbol de rotación de las manivelas debe colocarse a una altura de 0.9
a 1.1 de la plataforma del operador.
2.2.- ACCIONAMIENTO POR MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
Accionamiento 5
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De los distintos tipos de motores térmicos existentes, el empleado
actualmente en los equipos de elevación es el motor de combustión interna,
el cual puede ser Diesel o gasolina.
Los motores de combustión interna (MCI) son empleados cuando
son necesarios trabajos independientemente de la red eléctrica, como es el
caso de las grúas de montaje sobre camión, capaces de trabajar en las
obras en construcción, donde la corriente eléctrica es limitada. Los motores
Diesel tienen un mayor peso por unidad de potencia, en relación a los
motores de carburación, pero son mas eficientes y consumen menos
combustible, siendo empleados donde se necesitan grandes potencias. Los
motores de carburación son empleados en los montacargas y en las grúas
sobre ruedas o camión de pequeñas y medianas capacidades de izaje. En
la Fig. 2.2-1 muestran las curvas características de un MCI.
Fig. 2.2-1 Curvas características de un motor de combustión interna
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
Accionamiento 6
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La serie de motores utilizados actualmente en los equipos de
elevación y transporte es muy amplia: desde 3 HP, hasta 500 HP.
La potencia nominal de MCI, que debe corresponder con las
condiciones de trabajo de la grúa, debe ser menor que la potencia máxima posible
del motor, para evitar el desgaste excesivamente rápido de este. Por eso es
necesario disminuir el número de revoluciones de estos motores (en relación a la
correspondiente a su potencia máxima: de un 25 a un 40 % en los de gasolina y
de un 10 a un 20 % en los de Diesel).
La capacidad de absorber sobrecargas en los MCI es limitada, ya
que la potencia máxima es tan sólo un 20 % mayor que la nominal,
aproximadamente, lo que constituye una magnitud pequeña para los equipos de
elevación. Si la carga varia mucho puede proveerse al motor de un volante que
estabilice las revoluciones.
La potencia es enviada del motor al mecanismo de trabajo por medio
de una serie de elementos de transmisión (embragues, cajas de velocidad,
acoplamientos, etc.), que aumentan el peso, las dimensiones y el costo de la
instalación, hacen mas complejo el trabajo del operario y el mantenimiento del
equipo.
Una de las principales desventajas de los MCI, relacionada con su
poca capacidad de absorber sobrecargas, se debe a la poca elasticidad que
presentan. Esto significa que la curva característica de M vs. n (momento contra
revoluciones por min.), es muy horizontal, lo que implica que al existir una
variación ∆ M del momento resistente, se producirá una variación ∆ n grande de
las revoluciones, constituyendo un fenómeno indeseable.
Para hacer la característica del motor más elástica se recurre a
distintas soluciones, siendo la principales:
Accionamiento 7
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1) Selección de un motor de mayor potencia que la necesaria. En el gráfico de
M vs. n, las curvas de N = son hipérbolas (Fig. 2.2-2) en donde
la curva de M es tangente a la N en el punto correspondiente a las
revoluciones donde la potencia es máxima. Al tomarse un motor mayor en
potencia (N2 > N1), la curva M2 vs. n es más elástica.
2) Otro procedimiento es trabajar con un motor de bajas revoluciones
máximas. Esto provoca (Fig.2.2-2) que la curva de M1 sea mas elástica que
la de M3 cuyas revoluciones máximas son mayores.
Fig.2.2-2 Curvas características de distintos motores.
M2 mayor potencia que M1. M3 mayores revoluciones
Máximas que M1
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
Accionamiento 8
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3) El empleo del convertidor hidrocinético , en combinación con un reductor
mecánico, conjunto que recibe el nombre de trasmisión hidromecánica, y
cuya principal función es hacer más elástica la curva de M vs. n. En la Fig.
2.2-3 se muestra la característica de una trasmisión con convertidor
hidrocinetico.
En la misma puede observarse como la curva, hasta 1500 rpm es
muy elástica, lo que permitirá grandes variaciones del momento resistente con
pequeñas variaciones de las revoluciones. Además el torque máximo se obtiene
para n = 0 que es cuando se necesita mayor torque: al inicio del movimiento.
Cuando aumente la carga exterior en el mecanismo, se reducen las revoluciones y
se incrementa el torque.
Otras ventajas del convertidor hidrocinetico son que amortigua las
vibraciones torsionales del sistema de trasmisión y disminuye el número de
escalones necesarios del reductor mecánico.
Fig.2.2-3 Curva característica de trasmisión con convertidor hidrocinético
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
Accionamiento 9
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En las grúas móviles es muy empleado el sistema Diesel-Eléctrico, que permite
combinar las ventajas de los motores eléctricos con el trabajo independiente de
la red eléctrica. Además, evita el empleo de árboles de transmisión,
embragues, etc. Necesario en los MCI. La desventaja del accionamiento Diesel
– Eléctrico es la complejidad de la instalación y su elevado costo.
2.3.- ACCIONAMIENTO ELECTRICO
Este es el tipo de transmisión que predomina en los equipos de
elevación y transporte, especialmente para los trabajos portuarios. Las
principales instalaciones portuarias de carga y descarga, así como muchos
de los equipos auxiliares, son accionados por energía eléctricas. Esto es
debido a que presentan múltiples ventajas sobre los otros tipos de
trasmisiones:
1) Requieren poca cantidad de material en su construcción.
2) Son de pequeñas dimensiones y poco peso.
3) Son mas simples
4) Son de gran seguridad, fiabilidad y durabilidad.
5) Es posible obtener el cambio de dirección del movimiento de modo simple y
rápido.
6) Es posible regular la velocidad en un amplio rango.
7) Admiten grandes sobrecargas.
8) Con ellos pueden obtenerse una velocidad de operación constante
9) Fácil envío de la energía hacia los mecanismos.
10)Posibilita el mando a distancia y automático, y facilita el frenaje del
mecanismo, al emplearse para esto el motor.
11)Poseen un alto rendimiento.
12)Tienen un costo relativamente bajo.
Accionamiento 10
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Todas estas ventajas posibilitan la obtención de mecanismos
relativamente sencillos, móviles y con transmisiones individuales.
Los motores pueden ser de corriente directa o alterna.
En los de corriente directa son usados los motores con excitación en
serie o combinados, que tienen la característica de disminuir la velocidad al
aumentar la carga, por lo que en los arranques, cuando el mecanismo gira a baja
velocidad, el motor embraga el mayor torque (Fig. 2.3-1). esta característica de
estos tipos de motores permiten, además la absorción de grandes sobrecargas.
Su mayor ventaja consiste, sin embargo, en la posibilidad que dan de
lograr una amplia regulación de la velocidad, por medios sencillos, lo que es muy
importante en la manipulación de carga general. Comparados con los motores de
corriente alterna, tienen las siguientes desventajas:
1) Grandes dimensiones
2) Mayor peso.
3) Mayor costo.
4) No es posible enviar la energía del frenaje al circuito.
5) Necesidad de complicados colectores de desplazamiento.
6) Necesidad de instalaciones rectificadoras.
7) Rendimiento mas bajo.
Por todo esto, las transmisiones de corriente alterna son las mas
empleadas, usándose las de corriente directa sólo en los casos en que los
parámetros exigidos así lo indiquen, como sucede cuando se necesita una amplia
regulación de las velocidades.
Accionamiento 11
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Cuando se emplea la transmisión de corriente alterna se usan voltajes de 380 volt,
siendo la corriente trifásica. Para grandes capacidades de izaje se emplea un
voltaje de 400 volt. La regulación de la velocidad se logra por medio de un reóstato
o con la introducción de resistencias activas en el circuito del motor. Una
regulación más amplia de la velocidad puede lograrse por medio de los cambios
de fase, de frecuencia, por medio de tiristores.
Fig. 2.3-1 Características de un motor de corriente directa con excitación en serie.
Fuente: texto Equipos de Elevación (MEC – 340)
Los motores de corriente alterna de las grúas se calculan para
distintas duraciones relativas de la conexión (DC %), estando normalizadas 15%,
25%, 40%, 60%, y 100%. Según su construcción, los motores eléctricos pueden
diferenciarse por:
El método de protección del medio ambiente (abiertos, protegidos,
cerrados, antiexplosivos, etc.).
El método de enfriamiento (natural, con autoventilación y forzada).
El método de fijación ( por la base por bridas, etc.).
Por la forma de la bancada.
Por la disposición del árbol de salida.
Por el tipo de cojinetes del rotor.
Todo esto debe tenerse presente al seleccionar un motor eléctrico.
Accionamiento 12
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Antiguamente se empleaba un sólo motor que movía los distintos mecanismos del
equipo mediante embragues, reductores, inversores de movimiento, etc. En la
actualidad la tendencia predominante es el empleo de accionamientos eléctricos
individuales para cada mecanismo, aunque en algunos casos especiales se
mantiene la tendencia contraria, como ocurre en las grúas de a bordo, con lo que
se da respuesta a sus especiales requerimientos.
Los motores eléctricos de los equipos de elevación deben tener un
elevado par de arranque, para vencer las fuerzas de inercia en un tiempo breve,
durante el periodo de arranque. Deben soportar un elevado número de conexiones
y desconexiones; deben permitir un arranque progresivo, sin saltos bruscos, su
sentido de marcha debe ser reversible y deben ser capaces de ejercer un torque
de frenaje. Frecuentemente además, debe ser posible la variación de la velocidad,
independientemente del valor de la carga.
MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
Motores en serie.- En este tipo de motores el enrollado de inducido y de campo
(inductor), están conectados en serie. Durante el arranque, pasa una corriente de
fuerte intensidad por los 2 enrollados y el motor desarrolla un gran par de arranque
(2.5 a 3 veces el par nominal).
Para disminuir la intensidad de la corriente de arranque, se intercala
una resistencia R en el circuito, la que se reduce gradualmente durante el periodo
de arranque. Como para cada valor de R se obtienen distintas curvas
características de velocidad vs. Torque del motor (vease Fig. 2.3-3), con la
variación de R se va haciendo saltar al motor de una curva a la otra. Así, la línea
gruesa de la Fig. 2.2-3 es la curva de trabajo del motor durante el arranque. El par
Accionamiento 13
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de arranque es, por tanto, variable, estando su valor medio entre 1.7 y 2.0 del par
nominal del motor.
Fig. 2.3-2 Esquema de un motor de corriente directa en serie
Fuente: Texto Equipos de Elevación (MEC – 340)
A – B inducido
I Inductor
R Resistencia de arranque
P – N Red de línea
El sentido de rotación se cambia invirtiendo la polaridad del enrollado
de inducido. La principal ventaja de este tipo de motor es que es capaz de adaptar
la velocidad a la magnitud de la carga, es decir, eleva las cargas grandes a
pequeñas velocidades y las cargas pequeñas a velocidades mayores, esto lo hace
ideal para los aparatos de elevación, por lo que es el más usado en las
instalaciones de corriente directa. Tiene por otro lado, el inconveniente de que
puede embalarse cuando el motor queda completamente descargado, aunque por
lo general el rozamiento del mecanismo en vacío es suficiente para impedirlo.
Durante el descenso el motor se convierte en generador, utilizándose la corriente
para el frenado reostático.
Accionamiento 14
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
Torque del motor
En % del nominal
Fig. 2.3-3 Características de arranque de un motor en serie, con resistencia
de arranque
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
Fig. 2.3-4 Curvas características de un motor en serie.
Fuente: Texto Equipos de Elevación (MEC – 340)
Accionamiento 15
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η = Rendimiento
n = Velocidad
I = Intensidad de la corriente
Motor shunt o paralelo.- En este motor el inducido y el inductor se conectan en
paralelo. El enrollado de campo recibe una corriente constante e independiente de
la corriente de inducido, por lo que la velocidad del motor es prácticamente
independiente de la carga evitándose el peligro del embalamiento.
Fig. 2.3-5 Esquema de un motor en paralelo
Fuente: Texto Equipos de Elevación (MEC – 340)
A – B Inducido
I Inductor
R Resistencia de arranque
P – N Red de línea
La regulación de la velocidad se consigue variando la intensidad de
la corriente en el enrollado de campo por medio de resistencias, lo que es
independiente de la carga, dentro de ciertos limites, el arranque, el frenado
reostatico y la inversión del movimiento se hacen igual que en el motor en serie.
Accionamiento 16
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
Sin embargo, el par de arranque y la capacidad de absorber sobrecargas son
inferiores a los de los motores en serie. Por esto. Y por su velocidad independiente
de la carga, los motores en paralelo son poco empleados en los equipos de
elevación, quedando limitados a los casos en que se desea una velocidad
constante e independiente de la carga.
Motor combinado.- Este tipo de motor es una combinación del motor en serie y
del paralelo, participando por tanto en sus características en la medida en que
están relacionados los enrollados en serie y en paralelo. Sólo son empleados en
casos especiales en los equipos de elevación, como, por ejemplo, cuando se
desea un elevado par de arranque y al mismo tiempo que el motor no se embale
con poca carga.
MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA
Los motores de corriente alterna utilizados en los equipos de
elevación son los de tipo asincrónicos, tanto el de jaula de ardilla (cortocircuitado),
como el rotor bobinado. En algunas aplicaciones especiales se emplean otros
tipos de motores asincrónicos.
Torque del motor
En % del nominal
Fig. 2.3-6 Curvas características de un motor en paralelo
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
η Rendimiento
Accionamiento 17
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n Velocidad
Ia Intensidad de la corriente
Motor asincrónico.- En los motores asincrónicos el estator esta acoplado a 3
conductores de la red y el rotor no está conectado a la red, si no puesto en
cortocircuito o conectado a resistencias. El estator crea un campo magnético
giratorio, que arrastra al rotor con una velocidad que siempre queda resagada de
la velocidad del campo giratorio. La diferencia entre estas 2 velocidades recibe el
nombre de deslizamiento, el que aumenta con la carga. A plena carga, el rango de
deslizamiento es de 5 - 6 % de la velocidad del campo giratorio o velocidad
sincrónica.
La velocidad “n” del campo giratorio depende del número de polos
“p” del estator y de la frecuencia “f ” de la corriente,
n = 2.1
Con la frecuencia normal de 60 ciclos por seg. (cps), y en función del
número de polos del motor, se obtienen las velocidades sincrónicas de la tabla
2.3-1
Tabla 2.3-1 velocidades sincrónicas
Polos n (rpm)
2
4
6
8
12
3600
1800
1200
900
600
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
La velocidad normal del motor a plena carga es inferior en un 5 a 6%
debido al deslizamiento del rotor respecto a la velocidad sincrónica. La
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Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
característica mecánica de los motores asincrónicos es lo suficientemente rígida
en su zona de trabajo, como para considerar que la velocidad no varia al cambiar
la carga y , por tanto, el momento que entrega es constante.
El sentido de rotación puede cambiarse intercambiando 2 de las
fases del estator.
Por la forma del rotor los motores asincrónicos pueden ser
cortocircuitados (generalmente de jaula de ardilla) o de rotor bobinado. El primero
toma su nombre de la forma del rotor que recuerda a una jaula de ardilla;
eléctricamente el enrollado del motor no está conectado a la red, sino
cortocircuitado. El segundo tipo de rotor, el de rotor bobinado (o de anillos), tiene
conectados los enrollados del rotor a un reóstato por medio de 3 anillos colectores
(Fig. 2.3-7).
Fig. 2.3-7 Esquema de un motor trifásico de rotor bobinado
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
Antiguamente el motor de jaula estaba restringida a las pequeñas
potencias, como por ejemplo en los polipastos simples. En la actualidad son muy
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Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
empleados en los equipos de elevación. Su construcción simple y robusta, los han
hecho muy populares.
El motor de jaula de ardilla, como el motor en paralelo de corriente
directa, marcha a velocidad prácticamente constante, con muy pequeñas
variaciones al variar la carga. En la Fig. 2.3-8 se muestra la curva característica
de este motor. Sólo pueden ser cambiadas por medio de la introducción de
resistencias en el estator.
El motor de jaula normal tiene las desventajas de entregar un par de
arranque relativamente pequeño (150 % del nominal), mientras que absorbe una
alta corriente en ese periodo (5 a 7 veces la nominal). En equipos que están
conectándose y desconectándose constantemente, los aspectos mencionados
producen una fuerte carga en la red eléctrica. Además en el arranque se libera
una gran cantidad de calor en el interior de la jaula, lo que puede producir fuertes
recalentamientos en el motor.
Fig. 2.3-8 Características del motor de jaula de ardilla normal
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
1. Curva Normal
2. Curva con resistencia en el estator
Por todo esto, en los equipos de elevación se emplean otros tipos de
motores de jaula, que presentan algunas ventajas en relación al de jaula normal.
Por ejemplo, esta el motor de doble jaula de ardilla, que posibilita un mayor par de
Accionamiento 20
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
arranque (225 % del nominal) y una baja corriente de arranque (4.5 a 5 de la
nominal). En la Fig.2.3-9 esta su curva característica.
En todos los tipos de motores de jaula no es fácil la regulación de la
velocidad en un amplio rango de valores, lo que en algunos casos puede constituir
una desventaja.
El momento de arranque máximo se encuentra limitado por el valor
del momento crítico o momento de vuelco Mmax.. el momento promedio de arranque
Ma, se calcula por los coeficientes de multiplicación del momento máximo Km, y
del de arranque Kn, que se das en los catálogos de estos motores. El coeficiente
de multiplicidad media viene dado por,
Kmed = ( Km + Kn) 2.2
Fig. 2.3-9 Característica del motor de doble jaula de ardilla
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
Los motores de las grúas, además deben garantizar el trabajo incluso al
producirse una caída de voltaje de hasta el 85% del nominal. Teniendo en cuenta
todo lo anterior, el momento promedio de arranque se calcula por,
Accionamiento 21
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
Ma = 0.852 . Kmed . Mn 2.3
Donde Mn = momento nominal del motor
El motor de rotor bobinado permite una amplia regulación de la
velocidad por medio de resistencias conectadas a los anillos colectores. A mayor
valor de las resistencias intercaladas. Será menor la velocidad de motor como
puede observarse de sus curvas características.
Fig. 2.3-10 Características de un motor de rotor bobinado
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
n Velocidad sincrónica
4 Característica normal
1,2,3 Características con resistencias intercal
Durante el periodo de arranque, puede adaptarse fácilmente el par de arranque a
las necesidades que se presenten, mediante resistencias conectadas a los anillos,
con lo que se logran grandes pares de arranque. Con el aumento de las
resistencias, aumenta el deslizamiento, por lo que el motor gira a menor velocidad,
Accionamiento 22
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
a expensas del rendimiento, al comenzar el arranque, se intercala el valor total de
la resistencia, con lo que se obtiene un alto torque y una velocidad baja, luego se
van retirando resistencias con o que la velocidad se va incrementando hasta su
valor nominal; durante esa etapa, el par oscila entre 2 valores mas o menos
próximos. Al retirar la última resistencia, el motor trabajara con la velocidad y el
par nominales. El costo suplementario del combinador y de las resistencias
necesarios para analizar estas operaciones, constituyen las principales
desventajas de estos motores.
A pesar de esto, el alto par de arranque, la baja intensidad de
corriente necesaria durante el arranque y la posibilidad de variar la velocidad con
facilidad, constituyen ventajas importantes sobre los motores de jaula, por lo que
también son muy empleados en los equipos de elevación,
En dependencia del valor de las resistencias colocadas en el rotor, la
velocidad del rotor irá aumentando según las curvas características mostradas en
al Fig. 2.3-10 al inicio del arranque se introducen todas las resistencias, lo que da
la curva1; produciéndose el inicio del movimiento de rotación, según a – b ,
creciendo las revoluciones desde 0 hasta n1 . En este último momento se reduce
el valor de las resistencias del rotor, pasándose a la curva 2, la velocidad se
incrementa hasta n2. Mas adelante, se desconecta otra resistencia, el motor pasa
a la curva 3 y las revoluciones aumentan hasta n3. Por último, se desconectan
todas las resistencias, pasándose a la característica normal 4 en la que el motor
funciona con n4 , correspondiente al momento nominal del motor.
Algo semejante ocurre durante el arranque del motor de corriente
directa en serie. En ambos motores el momento de arranque máximo Ma máx. esta
limitado por las características mecánicas impuestas por las resistencias,
tomándose de los catálogos. Comúnmente esta entre los limites de 1.8 – 2.5
momento nominal. El momento de arranque mínimo Ma min. frecuentemente se
toma 1.1 Mn. Finalmente, el momento de arranque medio se toma.
Accionamiento 23
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
Ma = 2.4
Existen otros tipos de motores asincrónicos que tratan de combinar
las características de los 2 tipos estudiados. Así por ejemplo, se construyen
rotores de alta resistencia, que proporcionan un par de arranque muy alto, (Fig.
2.3-11); sin embargo, a plena marcha el deslizamiento es grande y si el trabajo es
continuo, el enrollado se recalienta. Por esto, son los indicados para los equipos
de elevación, ya que estos trabajan de forma intermitente.
Fig. 2.2-11 Características de un motor de alta resistencia.
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
Tabla 2.3-2 Características y aplicaciones de los principales tipos de motores
asincrónicos.
Tipo de motor Características Aplicaciones
Accionamiento 24
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
Jaula de ardilla
De alta reactancia
Doble jaula de
Ardilla
Corriente de arranque
5÷7 la nominal.
Par de arranque 1.5 el
nom. Voltaje de arranque
reducido, para los de 7.5
CV y más de potencia.
Corriente de arranque
4.5 ÷ 5 la nominal
Par de arranque 1.5 el
nom. Arranque a plena
Tensión.
Corriente de arranque
4.5 ÷ 5 la nominal.
Elevado par de arranque
2.25 el nominal.
Arranque a plena tensión
Máquinas herramientas,
bombas centrífugas,
grupos motor-generador
ventiladores, aspiradoras,
equipos que requieren un
bajo par de arr.
La misma que el anterior.
Bombas de movimiento.
Alternativo, trituradoras,
mezcladoras, compresores
de aire, transportadores
que arrancan con carga,
grandes máquinas refri-
gerantes, equipos que
requieren un gran par de
arranque.
Tipo de motor Características Aplicaciones
Accionamiento 25
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
De alta resistencia
Rotor Bobinado
Baja corriente de arranq.
Elevado par de arranque:
2.75 El nominal. Arran-
que a plena tensión .
Resistencias en el circui-
to del rotor para obtener
un gran par de arranque
con poca intensidad de
corriente
Prensas de embutido,
Guillotinas, martinete,
Máquinas con volantes, de
estirar metales, centrífugas
de azúcar.
Ascensores, grúas, ca-
brestantes, laminadores,
palas eléctricas, cargado-
res de carbón y de mineral,
grupos motor-generador
con volante.
Fuente: Texto Equipo de Elevación (MEC - 340)
2.4.- ACCIONAMIENTO NEUMÁTICO
Los accionamientos neumáticos son poco empleados, debido a la
complejidad del sistema de distribución el aire, la necesidad de una
construcción y ensamblajes precisos y las pequeñas distancias horizontales
que pueden obtenerse.
Se utiliza en los equipos de poca potencia, como algunos tipos de
elevadores y aparejos, en transmisiones de cierre, etc., o en equipos que
trabajan en medios explosivos. Como ventajas pueden señalarse el que
permiten un gran número de conexiones por unidad de tiempo, (mayores
incluso que el permitido por las instalaciones eléctricas), y que permiten
trabajar con grandes sobrecargas.
2.5.- ACCIONAMIENTO HIDRÁULICO
Accionamiento 26
Ingeniería Mecánica – Máquinas de Elevación y Transporte
Los accionamientos hidráulicos presentan varias ventajas,
fundamentalmente frente a las trasmisiones térmicas, que hacen que sean
empleadas en determinados equipos. Estas ventajas son:
1) Alta capacidad de absorber sobrecargas.
2) Regulación suave y continua de la velocidad.
3) Dimensiones considerablemente pequeñas.
4) Amplio rango de variación de la velocidad.
5) Poco peso.
6) Bajo costo.
Sin embargo, en calidad de motores primarios son usados
generalmente, los motores de combustión interna y los eléctricos, y más
raramente los motores hidráulicos. Los primeros ponen en acción la bomba
que mueve el cilindro hidráulico u órgano de trabajo del mecanismo. La doble
conversión de la energía que hay que realizar, hace que el rendimiento de
toda la instalación resulte bajo: 60% aproximadamente.
Los sistemas hidráulicos modernos tienen presiones de hasta 100
atmósferas, aunque en algunos casos alcanza las 250 – 300 at, lo que
permite un mecanismo más compacto. La gran limitante del aumento de
presión reside en las empaquetaduras del circuito, que deben hacerse con
mucho más cuidado para evitar las fugas y roturas.
En calidad de bomba y motor hidráulicos se emplean máquinas
hidráulicas del tipo volumétrico, que trabajan por el principio de
desplazamiento del liquido de trabajo. Las más usadas son las bombas
rotatorias de embolo. En las que es fácil regular el suministro del liquido y
pueden trabajar como motores hidráulicos.
Los motores, que son los elementos encargados de transformar la energía del flujo
de liquido, en energía mecánica, se dividen en:
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EmboloRotatorios
AlabesMotores hidráulicos
Cilindros de fuerza
Los cilindros de fuerza son dispositivos sencillos en su construcción
baratos y muy fiables. Son muy empleados en mecanismo de variación del brazo y
en los montacargas. Los motores rotatorios permiten desarrollar un mayor
desplazamiento de la pieza que se desea mover. Pueden ser de bajo par, con
gran número de revoluciones, y de alto par, con bajas revoluciones. Estos últimos
pueden accionar los mecanismos directamente sin necesidad de reductor, lo que
permite reducir el tamaño del accionamiento. Sin embargo, los de pares bajos
permiten una mas amplia gama de regulación de la velocidad.
La regulación suave de las revoluciones del motor hidráulico se logra
variando el gasto de liquido (bombas de rendimiento regulado) y variando el
volumen de trabajo del motor.
Como liquido de trabajo se emplean aceites minerales muy limpios,
con suficiente viscosidad. La baja viscosidad aumenta las fugas, sobre todo a altas
presiones, mientras que la alta viscosidad aumenta las pérdidas hidráulicas.
Los accionamientos hidráulicos pueden ser ejecutados según 2
esquemas:
Esquema 1.- Con bombas que no controlan el consumo de liquido (la
productividad), con uno o varios motores hidráulicos de bajos y altos momentos,
que no pueden ser regulados.
Esquema 2 .- Con bomba que regula su consumo de liquido, con motores
hidráulicos de bajos y altos momentos, regulables.
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Las instalaciones hidráulicas pueden ser ejecutadas también por el
sistema abierto o cerrado. El sistema abierto se caracteriza por la existencia de un
recipiente, desde el cual el liquido pasa a la bomba y al motor hidráulico. El
sistema cerrado tiene una bomba adicional de baja prisión, que impulsa al liquido
en la etapa de baja presión (a la salida del motor), mientras que la bomba principal
alimenta al motor.
El esquema 1 se realiza por el sistema abierto, mientras que el
esquema 2 puede hacerse por ambos sistemas: abierto o cerrado.
Un aspecto importante en la instalación de un accionamiento
hidráulico es el problema de las fugas de liquido, que son inevitables. Estas fugas
hacen que el árbol del motor hidráulico continué moviéndose cuando se frena el
motor principal, si en el citado árbol actúa una carga estática, como ocurre por
ejemplo, al frenar el mecanismo de elevación cargado. Este movimiento, una vez
desconectado y frenado el motor eléctrico, es completamente indeseable.
En los motores rotatorios del tipo de embolo, las fugas son de un 2 a
3 %; en los motores de alabes pueden sobrepasar el 10%. Por esto, si el
descenso de la carga, con velocidades del 2 - 10% de la nominal no es permitido,
para retener la carga se hace necesario instalar el freno directamente en el árbol
del tambor, con el consiguiente aumento de las dimensiones de aquel, al existir un
mayor torque de frenado.
En los mecanismos de desplazamiento y giro, donde no hay carga
estática, la detención total del mecanismo se puede lograr con el freno en el árbol
del motor eléctrico principal. En los mecanismos de elevación, no obstante lo
apuntado, son usados los accionamientos hidráulicos, sobre todo por la amplia
gama de velocidades que puede obtenerse, con variaciones, además, muy
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suaves: al aplicar motores de alabes se logra una variación en que la velocidad
máxima es:
vmax = 15 vmin
y en los motores de embolo:
vmax = 25 vmin
Por esto, son empleados en los mecanismos de elevación de las
grúas de montaje, en las que se necesita un amplio margen de velocidad para la
colocación de las piezas de construcción y para su aceleración suave.
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