SISTEMAS DE PROPULSIÓN DE LOS BUQUES
Fundamentos. Componentes de una línea de transmisión. Tipos. Cajas reductoras. Embragues. Línea de eje. Manchones. Cojinetes. Hélices. Paso fijo, paso variable, propósito y controles.
👉El Sistema de Propulsión: es el conjunto de Elementos que permiten que el Buque se desplace de un punto a otro.
👉Fundamentos de la Transmisión
La transmisión es el proceso de transferir energía de un punto a otro. En el contexto marino, esto generalmente se refiere a la transferencia de potencia desde el motor hasta las hélices
Al penetrar y girar la hélice, el agua es empujada hacia atrás, pues no es un sólido rígido, actuando una ley de la física, conocido como el principio de acción-reacción. Puesto que el agua es el Medio de trabajo para que se produzca un empuje, tiene que haber una masa de agua desplazándose hacia atrás.
Podemos entenderlo como: tanta agua empujemos hacia atrás, tanto barco es empujado hacia adelante. Si por ejemplo, la hélice empuja100 kilos (masa) de agua a 30 nudos, y si nuestro barco pesara solo 100 kilos, este se movería a también 30 nudos (descontando las pérdidas de potencia y rozamientos). Pero si nuestro barco pesase 200 kilos, entonces se movería a la mitad de velocidad, 15 nudos. Se conserva la cantidad de movimiento (masa de agua x velocidad de agua = masa de barco x velocidad de barco).
La transmisión marina de la embarcación dispone de varias funciones. Una de ellas se encarga de acoplar y desacoplar el motor de la hélice. Otra es la de proporcionar una rotación inversa de modo que el barco realice un movimiento avante o hacia detrás. Estas dos funciones se llevan a cabo por una serie de embragues internos, que dependiendo de la posición del cambio involucran a los distintos conjuntos de engranajes de diferente modo.
Cuando la demanda de potencia está en posición "para" no hay compromiso entre los conjuntos de engranajes, por el contrario cuando está en cualquiera de las otras dos posiciones, avante o atrás, existirá compromiso entre uno u otro de los conjuntos de engranajes dependiendo de la posición. Hay que tener en cuenta que, estrictamente hablando, no existe tal cosa como el avance y retroceso, sino que hablamos decambio de sentido de giro de la hélice (sentido horario o antihorario). En algunas instalaciones de contra-rotación de las hélices en realidad se logra simplemente cambiando la relación de modo que el conjunto de engranajes contrario se activa cuando se mueve la palanca de control.
La otra función de la transmisión marina sirve para ajustar la relación entre las rpm del motor y las rpm de la hélice. Un diésel típico gira en torno a 2.000 rpm a velocidad de crucero. Una hélice girando a esta velocidad sería altamente ineficiente. El trabajo de los engranajes dentro de la transmisión es crucial para reducir la velocidad de la rotación de la hélice aproximadamente a la mitad de la del motor (dependiendo de la relación de reducción de la transmisión), por lo que este siempre se refiere como la relación de reducción.
La transmisión marina realiza otra función vital. Es el lugar más conveniente para incorporar un dispositivo auxiliar, como una bomba hidráulica. La mayoría de las transmisiones marinas tienen un punto de toma de fuerza, que si no se utiliza, generalmente está cubierta por una placa.
👉Componentes de una Línea de Transmisión
1. Ejes de Transmisión: Son los componentes que transmiten la potencia desde el motor a las hélices.
2. Cajas Reductoras: Dispositivos que reducen la velocidad de rotación y aumentan el torque.
3. Embragues: Permiten la conexión y desconexión de la transmisión de potencia.
4. Manchones: Componentes que permiten la transmisión de potencia a través de ejes flexibles.
👉Tipos de Transmisión
1. Transmisión Directa: El motor está directamente conectado a las hélices.
Fundamentos. Componentes de una línea de transmisión. Tipos. Cajas reductoras. Embragues. Línea de eje. Manchones. Cojinetes. Hélices. Paso fijo, paso variable, propósito y controles.
👉El Sistema de Propulsión: es el conjunto de Elementos que permiten que el Buque se desplace de un punto a otro.
👉Fundamentos de la Transmisión
La transmisión es el proceso de transferir energía de un punto a otro. En el contexto marino, esto generalmente se refiere a la transferencia de potencia desde el motor hasta las hélices
Al penetrar y girar la hélice, el agua es empujada hacia atrás, pues no es un sólido rígido, actuando una ley de la física, conocido como el principio de acción-reacción. Puesto que el agua es el Medio de trabajo para que se produzca un empuje, tiene que haber una masa de agua desplazándose hacia atrás.
Podemos entenderlo como: tanta agua empujemos hacia atrás, tanto barco es empujado hacia adelante. Si por ejemplo, la hélice empuja100 kilos (masa) de agua a 30 nudos, y si nuestro barco pesara solo 100 kilos, este se movería a también 30 nudos (descontando las pérdidas de potencia y rozamientos). Pero si nuestro barco pesase 200 kilos, entonces se movería a la mitad de velocidad, 15 nudos. Se conserva la cantidad de movimiento (masa de agua x velocidad de agua = masa de barco x velocidad de barco).
La transmisión marina de la embarcación dispone de varias funciones. Una de ellas se encarga de acoplar y desacoplar el motor de la hélice. Otra es la de proporcionar una rotación inversa de modo que el barco realice un movimiento avante o hacia detrás. Estas dos funciones se llevan a cabo por una serie de embragues internos, que dependiendo de la posición del cambio involucran a los distintos conjuntos de engranajes de diferente modo.
Cuando la demanda de potencia está en posición "para" no hay compromiso entre los conjuntos de engranajes, por el contrario cuando está en cualquiera de las otras dos posiciones, avante o atrás, existirá compromiso entre uno u otro de los conjuntos de engranajes dependiendo de la posición. Hay que tener en cuenta que, estrictamente hablando, no existe tal cosa como el avance y retroceso, sino que hablamos decambio de sentido de giro de la hélice (sentido horario o antihorario). En algunas instalaciones de contra-rotación de las hélices en realidad se logra simplemente cambiando la relación de modo que el conjunto de engranajes contrario se activa cuando se mueve la palanca de control.
La otra función de la transmisión marina sirve para ajustar la relación entre las rpm del motor y las rpm de la hélice. Un diésel típico gira en torno a 2.000 rpm a velocidad de crucero. Una hélice girando a esta velocidad sería altamente ineficiente. El trabajo de los engranajes dentro de la transmisión es crucial para reducir la velocidad de la rotación de la hélice aproximadamente a la mitad de la del motor (dependiendo de la relación de reducción de la transmisión), por lo que este siempre se refiere como la relación de reducción.
La transmisión marina realiza otra función vital. Es el lugar más conveniente para incorporar un dispositivo auxiliar, como una bomba hidráulica. La mayoría de las transmisiones marinas tienen un punto de toma de fuerza, que si no se utiliza, generalmente está cubierta por una placa.
👉Componentes de una Línea de Transmisión
1. Ejes de Transmisión: Son los componentes que transmiten la potencia desde el motor a las hélices.
2. Cajas Reductoras: Dispositivos que reducen la velocidad de rotación y aumentan el torque.
3. Embragues: Permiten la conexión y desconexión de la transmisión de potencia.
4. Manchones: Componentes que permiten la transmisión de potencia a través de ejes flexibles.
👉Tipos de Transmisión
1. Transmisión Directa: El motor está directamente conectado a las hélices.
3. Transmisión Hidráulica: Utiliza fluidos hidráulicos para transferir la potencia.
La Figura 16-6 muestra una sección transversal de un embrague hidráulico estándar. La unidad representada recibe aceite lubricante a través de una bomba externa, y cuenta con mecanismos para la rápida eliminación del aceite cuando se requiere desacoplar.
Tanto en el impulsor como en el rotor se instalan núcleos anulares y anillos guía de sección semicircular para dirigir el fluido operativo.
El impulsor, o elemento motriz, está fijado al eje motriz, mientras que el rotor, o elemento conducido, se fija al eje conducido. Al rotor se le añade una carcasa para encerrar la parte trasera del impulsor y contener el fluido operativo.
Ambos, impulsor y rotor, están equipados con una serie de álabes radiales, como se ilustra en la parte superior de la Figura 16-6.
El fluido operativo, un aceite mineral con una viscosidad de 180 a 200 S.S.U., se introduce en el impulsor o rueda primaria desde una bomba externa. La rotación del impulsor provoca que el fluido sea expulsado radialmente hacia afuera por la fuerza centrífuga hasta alcanzar el borde exterior, desde donde fluye radialmente hacia adentro. El flujo del fluido sigue un patrón similar al de un resorte en espiral doblado en forma circular.
La transmisión de fuerza se realiza mediante la transferencia de energía cinética al impulsor, obtenida cuando el aceite choca contra el borde.
Cuando el fluido fluye radialmente hacia adentro a través de los álabes del rotor o rueda secundaria, la energía cinética se transforma en trabajo mecánico, lo que hace girar el rotor y su eje.
El desacoplamiento rápido se logra abriendo la válvula de anillo (1), que expone una serie de orificios en la cubierta del rotor.
Esto permite que el fluido contenido en el embrague sea expulsado hacia afuera por la fuerza centrífuga.
Las principales ventajas de los embragues o acoplamientos hidráulicos son:
1) Son aptos para motores de cualquier potencia.
2) Impiden la transmisión de vibraciones torsionales entre el motor y el eje de la hélice.
3) Resguardan el motor y el reductor frente a impactos repentinos causados por cargas imprevistas, ya sea por el acoplamiento del pistón o por inconvenientes en la hélice.
4) La alineación se facilita ya que las holguras entre los elementos rotativos son comparativamente amplias.
👉Cajas Reductoras
Las cajas reductoras son dispositivos mecánicos que reducen la velocidad de rotación de un eje y aumentan el torque. Son esenciales en muchas aplicaciones marinas para ajustar la velocidad y el torque según las necesidades del sistema.
Las cajas reductoras son dispositivos mecánicos que reducen la velocidad de rotación de un eje y aumentan el torque. Son esenciales en muchas aplicaciones marinas para ajustar la velocidad y el torque según las necesidades del sistema.
👉Clasificación de engranajes
Los engranajes se clasifican en tres grupos, atendiendo a la disposición de sus ejes:
https://elmaquinante.blogspot.com/2017/07/transmisiones-lineas-de-eje-y-helices.html
Los embragues son mecanismos que conectan y desconectan la transmisión de potencia entre el motor y las hélices. Pueden ser manuales o automáticos.
También se los puede clasificar como:
2) Embragues neumáticos.
3) Hidráulicos.
4) Electromagnéticos.
Los embragues de fricción son comúnmente utilizados en motores pequeños de alta velocidad de hasta 500 HP. Sin embargo, algunos embragues de fricción, junto con acoplamientos dentados o de uñas centrífugas, se emplean en motores de hasta 1,400 HP; y los embragues neumáticos con superficies de fricción cilíndricas se usan en motores de hasta 2,000 HP.
En cuanto a su acción, en los embragues de fricción empleados en motores diésel marinos, el torque se transfiere del eje motor al eje impulsado mediante la fricción generada por la fuerza axial que produce el contacto entre dos o más superficies.
Estas superficies de fricción pueden ser planas, como se muestra en la figura 16-1 (a), o cónicas, como en la figura 16-1 (b).
La ventaja de una superficie cónica es que un esfuerzo axial aplicado produce una mayor presión en el embrague debido a la acción de cuña del ángulo del cono. En este caso, todos los discos están diseñados para deslizarse axialmente; un disco de cada par gira con un eje, mientras que el otro gira con la carcasa que está fijada al otro eje.
Con el mismo esfuerzo axial, el torque transmitido por un embrague de discos múltiples es directamente proporcional al número de pares de superficies de fricción.
De igual forma, los embragues cónicos frecuentemente se fabrican con dos conos, tal como se muestra en la figura 16-3, duplicando de esta manera su capacidad.
Finalmente, existen embragues que combinan superficies de fricción cónicas y discos en un mismo dispositivo.
Los embragues por fricción se dividen en dos categorías: secos y húmedos, según si operan sin lubricación o con ella.
Ambos tipos tienen un diseño parecido, pero los embragues húmedos necesitan una mayor área de fricción debido a que el coeficiente de fricción disminuye cuando las superficies están lubricadas.
Las ventajas de los embragues húmedos incluyen:
1) Operación más suave.
2) Menor desgaste de las superficies de fricción.
EMBRAGUES NEUMÁTICOS
Pueden ser:
Operados por presión de aire
Operados por vacío
Acoplamiento Auto sincrónico o "SS Clutch"
Operan por por diferencia de velocidad entre el eje conductor y el eje conducido. se usan por lo general en transmisiones de alta potencia y altas velocidades.
👉Línea de Eje
La línea de eje es la serie de componentes que conectan el motor con las hélices, incluyendo ejes, cajas reductoras y embragues.
El eje se acopla con la inversora, mediante acoplamientos (Figura 15. punto 1). Además de unir el eje de la hélice con la reductora, algunos como el de la imagen se encargan de amortiguar las vibraciones de torsión que se originan con los cambios de carga y/o vibraciones que son resultado del giro irregular del motor (sobre todo a pocas revoluciones).
La parte del eje que atraviesa el casco por la bocina precisa ser refrigerada y para esto existen sistemas de refrigeración por agua como el de la imagen (Figura 15. punto 3), con un tubo exterior de pared gruesa, y en su interior el eje que en este caso es lubricado por el agua que penetra por el casquillo y además por el agua suministrada a través del cojinete (Figura 15. punto 2), ya que si no fuese de este modo con la embarcación avante la línea se vaciaría y el eje en su interior se sobrecalentaría.
👉Manchones
Los manchones son componentes que permiten la transmisión de potencia a través de ejes flexibles, permitiendo ajustes en la alineación y reduciendo las vibraciones.
El eje se acopla con la inversora, mediante acoplamientos (Figura 15. punto 1). Además de unir el eje de la hélice con la reductora, algunos como el de la imagen se encargan de amortiguar las vibraciones de torsión que se originan con los cambios de carga y/o vibraciones que son resultado del giro irregular del motor (sobre todo a pocas revoluciones).
La parte del eje que atraviesa el casco por la bocina precisa ser refrigerada y para esto existen sistemas de refrigeración por agua como el de la imagen (Figura 15. punto 3), con un tubo exterior de pared gruesa, y en su interior el eje que en este caso es lubricado por el agua que penetra por el casquillo y además por el agua suministrada a través del cojinete (Figura 15. punto 2), ya que si no fuese de este modo con la embarcación avante la línea se vaciaría y el eje en su interior se sobrecalentaría.
👉Manchones
Los manchones son componentes que permiten la transmisión de potencia a través de ejes flexibles, permitiendo ajustes en la alineación y reduciendo las vibraciones.
El manchón es un elemento mecánico que se utiliza para unir dos ejes y transmitir la potencia entre ellos. Su función principal es permitir la conexión entre el componente accionador, como un motor eléctrico, y la bomba o cualquier otro equipo que requiera ser impulsado.
Además de transmitir la potencia, los manchónes también tienen la capacidad de absorber la desalineación que se produce entre los ejes del motor y el equipo impulsor. Esta desalineación puede ser causada por diferentes factores, como el desgaste de los componentes o la dilatación térmica, y puede resultar en vibraciones, ruidos y desgaste prematuro de los ejes.
Tipos de manchones de ejes motores
Existen diferentes tipos de acoplamientos de ejes motores, cada uno con sus propias características y aplicaciones. A continuación, te presentamos algunos de los más comunes:
👀Manchón rígido
El acoplamiento rígido es el tipo más básico y simple de acoplamiento de ejes motores. Consiste en una pieza sólida que une directamente los ejes del motor y el equipo impulsor. Este tipo de acoplamiento es ideal cuando no se espera ninguna desalineación entre los ejes y se requiere una transmisión de potencia precisa y sin vibraciones.
👀Manchón elástico
El acoplamiento elástico, como su nombre lo indica, utiliza elementos elásticos, como resortes o discos de goma, para unir los ejes del motor y el equipo impulsor. Estos elementos elásticos permiten absorber la desalineación y reducir las vibraciones, lo que resulta en una transmisión de potencia más suave y una mayor vida útil de los componentes.
Manchón elástico tipo estrella
Manchón elástico tipo Gummi
Usado en todos los motogeneradores MTU, además de otras aplicaciones.
Manchón de engranajes o estriado
El acoplamiento de engranajes utiliza un par de engranajes para unir los ejes del motor y el equipo impulsor. Este tipo de acoplamiento es muy eficiente en la transmisión de potencia y puede soportar altas cargas. Sin embargo, debido a la naturaleza de los engranajes, puede generar ruido y vibraciones en comparación con otros tipos de acoplamientos.
La rejilla actúa como fusible en el caso de sobrecarga
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ENTRADAS RELACIONADAS
FUENTES:
- El Maquinante: TRANSMISIONES, LÍNEAS DE EJE Y HÉLICES Parte 1
- MTD UNIDAD 18: CONDUCCIÓN DEL MOTOR MARINO
- MTD Flexión de cigüeñal.
- Mecanismos (Operadores de Movimiento)
- TRANSMISIONES, LÍNEAS DE EJE Y HÉLICES Parte 1
- TRANSMISIONES, LÍNEAS DE EJE Y HÉLICES Parte 2
FUENTES:
- M.J.D.
- MAQ 305 MOTORES DIESEL CAPITULO 16 Embragues y cambios de marcha.
- http://www.fondear.org/infonautic/Barco/Motores_Helices/Inversora/Reductora_Motor.asp
- https://elmaquinante.blogspot.com/2017/08/transmisiones-lineas-de-eje-y-helices.html
- https://elmaquinante.blogspot.com/2017/07/transmisiones-lineas-de-eje-y-helices.html
- Transmisiones marinas - Tallers Cornet
- El Maquinante: TRANSMISIONES, LÍNEAS DE EJE Y HÉLICES Parte 1
- Mechanical Engineering: Fluid Coupling - Sectional view with flow directions
- Acoplamiento hidrodinámico - K series - Transfluid - para motor eléctrico / para transmisión marina / para bomba
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- El Maquinante: MTD UNIDAD 14 EMBRAGUES Y CAMBIO DE MARCHA
- Acoplamiento de ejes motores: tipos, aplicaciones y consejos | CBJ Motor
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