Aplicación de Lubricantes para Engranajes Abiertos

Aplicación de Lubricantes para Engranajes Abiertos

Durante la selección de lubricante para engranajes abiertos el método de aplicación debe considerar las condiciones de operación. Los métodos típicos de aplicación usados en engranajes abiertos son:

• Sistemas de Spray/Atomización
• Alimentación por Gravedad o Goteo
• Baño de Aceite (sistemas por salpicadura e inmersión)
• Aplicación por cepillo

Generalmente, si el lubricante para engranajes abiertos va a ser aplicado por un sistema de goteo, lubricadora a presión o sistema de spray, se requiere que el lubricante para engranaje abierto sea lo suficientemente fluido para fluir a través del equipo de lubricación. Para aplicación con brocha, el lubricante debe ser lo suficientemente fluido para ser aplicado de manera uniforme en el diente del engranaje. En cualquier caso, durante la operación, el lubricante de engranaje abierto debe ser lo suficientemente viscoso y adherente para resistir la presión entre los dientes del engranaje. Cuando engranajes abiertos son lubricados por sistemas de goteo o sistemas de salpicado y sistemas de inmersión, el lubricante para engranaje abierto no debe ser tan pesado de manera de que no se canalice cuando el diente de engranaje es sumergido. Finalmente, cuando engranajes abiertos son lubricados, la consistencia o grado y la facilidad de bombeo deben permitir una fácil aplicación bajo las condiciones ambientales existentes.

Sistemas de Atomizadores/Spray
Uno de los sistemas mas comunes de atomización/spray usado en la lubricación de engranajes abiertos es el sistema mecánico de spray intermitente. Su uso depende de cuanto lubricante está presente en el diente del engranaje al cabo de varias revoluciones. Los sistemas de spray intermitentes usan válvulas dosificadoras que dirigen el lubricante hacia una boquilla de aire/grasa que rocía el lubricante en el engranaje por medio de aire a presión. Los componentes básicos de este tipo de sistema son una bomba, controlador, válvula dosificadora, distribuidores de spray, boquillas de spray.

La operación de este tipo de sistema es muy sencilla. La señal del controlador enciende la bomba para proveer el lubricante a una válvula dosificadora de desplazamiento positivo. La válvula dosificadora puede ser progresiva, doble-linea o de inyección. El lubricante dosificado es enviado a un cabezal de sprays, donde el lubricante es dirigido hacia un boquilla. Una segunda vía de aire presurizado (80-120psi) es dirigida hacia la misma boquilla. Este aire a presión permite desplazar el lubricante a través de la boquilla hacia el engranaje abierto. Después de que una cantidad determinada de lubricante es aplicada, el sistema de aire y la bomba se desactivan hasta el próximo ciclo de lubricación. Usualmente se mantiene encendido el aire para asegurar que no quede lubricante de engranaje en la boquilla, con el propósito de prevenir que lubricante obstruya la boquilla al secarse.

El tiempo de aplicación de spray debe corresponder al tiempo que toma una o dos revoluciones para asegurar una cobertura completa. Inspecciones periódicas deben ser llevadas a cabo para asegurar que una cantidad suficiente de lubricante de engranaje esta siendo aplicada y así proporcionar protección adecuada. Dos horas es el periodo máximo permitido entre cada aplicación de acuerdo a la guía de AGMA 9005-D94.

La cantidad de lubricante usado depende del uso y aplicación que se le da al engranaje (molinos, hornos, dragalina, etc.) y la velocidad de la linea de acción del engranaje, la potencia del motor que impulsa el engranaje (para molinos y hornos), el tipo de engranaje, y el tipo de aceite para engranaje a ser aplicado. En varias aplicaciones, el proveedor del lubricante puede recomendar la cantidad inicial para ser usada. La proporción de aplicación es expresada en gramos por centímetro de cara por hora. En lugar de la recomendación inicial entregada por el proveedor de lubricante, AGMA tiene una guía para la cantidad de lubricante en el estándar AGMA 9005-D94, el cual puede ser usado para periodos de aplicación intermitentes.

Tabla 1. Pauta de Aplicación de Lubricante para Métodos de Aplicación Intermitente (ref.1.)

1. El tiempo de aplicación de spray ser igual al tiempo que toma una revolución y de preferencia dos revoluciones del engranaje para asegurar completa cobertura. Inspecciones periódicas deben ser llevadas a cabo para asegurar que una cantidad suficiente de lubricante de engranaje esta siendo aplicada y así proporcionar protección adecuada.
2. Dos horas es el periodo máximo permitido entre cada aplicación de lubricante. La aplicación frecuente de cantidades mas pequeñas es recomendado. Sin embargo, cuando aditivos son usados para diluir el lubricante antes de ser rociado, los intervalos deben ser cortos para prevenir que los diluyentes se evaporen.

Para asegurar que una cantidad de lubricante para engranajes abiertos esta siendo aplicada y que se lleva a cabo una operación segura, es importante mantener un patrón de spray perfecto. De esta manera el lubricante de engranajes es distribuido de manera uniforme a lo largo y ancho del diente en la cara que recibe la carga. El numero de boquillas de spray usado para cada aplicación es determinada por el ancho del engranaje. Típicamente, cuatro a seis boquillas de spray son requeridas; estas deben estar separadas apropiadamente para proveer una cobertura adecuada en toda la cara del diente del engranaje.

Como pauta, para engranajes abiertos de baja velocidad que operan hasta una velocidad de 2000 pies por segundo (10 metros por segundo), las boquillas de en los extremos deben ser ubicadas a 2-2.5 pulgadas de la cara del engranaje mientras que el resto deben estar ubicadas a 5 o 7 pulgadas del centro. Las boquillas deben ser ubicadas en función del patrón de spray. Las boquillas de spray son generalmente ubicadas para dirigir el lubricante para engranajes en el perfil de carga del diente de engranaje (no el piñón) a una distancia de 6 a 8 pulgadas (150 a 200 milímetros) del diente del engranaje. 2 El patrón correcto de aplicación en el lado del diente y una ilustración de la ubicación correcto de las boquillas de spray se muestra en Figuras 1 y 2.

Figura 1. Patrones de lubricación correcta de los dientes de engranaje. 

Figura 2. Ubicación de boquillas de spray. Ejemplo de una barra rociadora con boquillas con 150mm de separación. 

Figura 3. Spray Inadecuado en el Diente. Patrones de spray inadecuado llevan normalmente a raspaduras en las áreas destacadas. Boquillas de spray adicionales con separación correcta y mayor presión de aire son requeridas para mejorar la cubierta lubricante.

La presión de aire en la barra de spray debe ser ajustada adecuadamente, de otra manera, el lubricante de engranaje no sera atomizado de manera correcta. Una presión de aire muy baja resulta en una aplicación poco eficiente ya que el lubricante es aplicado como un chorro (como se muestra en la Figura 3), mientras que una presión de aire muy alta removerá el lubricante del engranaje. Para la mayoría de los lubricantes de engranaje abierto, la presión de aire no debe ser menor a 75 psi (35kpa o 5bar) y no mayor que 90 psi (42kpa o 6bar).

Incluso si las boquillas de spray son monitoreadas usando mecanismos de control de flujo, revisión periódica de la forma del spray es recomendada para mantener una cobertura uniforme y adecuada de al superficie del engranaje. Existen distintos diseños de barras de spray, y muchos de los sistemas antiguos no permiten un fácil acceso para la revisión de la forma del spray durante la operación. Si la barra de spray no se puede mover hacia el exterior junto con la puerta, la manera mas segura de revisar la forma del spray es cuando la maquina esta apagada. Un procedimiento recomendado para la revisión del spray es la siguiente:

• Asegurar que los procedimientos de aislación de equipos se han llevado a cabo, abrir la puerta de la inspección y cubra el engranaje con una lamina de cartón o papel, en el área donde la boquilla de spray aplica el lubricante.
• Encienda el sistema de lubricación y revise la cobertura de lubricante en la superficie del cartón o papel. La cobertura del lubricante debe superponerse de una boquilla a otra, y no debe existir ningún espacio sin cobertura dentro del área que cubrirá el diente del engranaje.
• Si es que espacios sin cobertura son descubiertos, la presión de aire, el ángulo de spray y la tapa del spray deben ser ajustados para obtener la cobertura apropiada.
• Una vez que se han hecho los ajustes, repita el proceso hasta que una forma de spray perfecta(como se muestra en la Figura 1) ha sido alcanzada.
• Si se requiere el cambio de la barra de spray, el diseño de la barra de spray debe ser alterado de manera que el spray pueda ser revisado durante la operación del equipo(como se muestra en Figura 4).

Figura 4. Diseño Recomendado de Barra de Spray que Permite una Revisión Fácil del Spray. 

Figura 5. Barras de Sprays Pueden Ubicarse en Cuatro Direcciones de Rotación Distintas

La barra de spray debe ser ajustada en un ángulo de 30 grados para la aplicación del lubricante de engranaje en lado del piñón o engranaje que recibe la carga. Al ajustar el ángulo del spray a 30? ( como se muestra en la Figura 5.) se alcanzara una muy buena distribución del lubricante hacia arriba o hacia abajo, siempre en el lado del diente que soporta la carga. La distancia entre la boquilla de spray y el engranaje es aproximadamente 8 pulgadas mas o menos 2 pulgadas (200 mm mas o menos 50mm), dependiendo de la presión del aire y el tamaño del diente. El ancho del diente del engranaje determina el numero de boquillas requeridas para lubricar el engranaje de manera adecuada.

Ademas para asegurar que la cantidad correcta de lubricante esta siendo aplicada una vez que las boquillas de spray han sido ajustados, se recomienda pesar la cantidad de lubricante aplicado por los inyectores. Al cabo de un tiempo, boquillas de inyección de spray no entregan la cantidad apropiada de lubricante por ciclo como fueron diseñadas originalmente. La aplicación excesiva de lubricante puede causar desperdicio, mientras que una baja aplicación puede causar mayor desgaste y la eventual falla de componentes. La cantidad de lubricante que debe ser expulsado por cada inyector puede ser proporcionada por el fabricante del sistema de lubricación automático. Por ejemplo, un inyector Lincoln SL-1 típicamente eyecta 0.046 onzas (1.31 gramos) por ciclo de lubricante.

El temporizador del sistema de lubricación automático debe ser ajustado eventualmente a la frecuencia mas corta dependiendo del tipo de lubricante usado. Para fluidos asfálticos y sintéticos de alta viscosidad, el intervalo promedio es de 10 a 20 minutos, mientras que grasas semi-fluidas y lubricantes del tipo polímero/gel deben ser aplicadas cada 15 a 30 minutos.

Una luz estroboscópica puede ser usada para revisar la apariencia de los engranajes durante la operación. La luz estroboscópica debe ser ajustada de acuerdo a la velocidad giro del engranaje. Un engranaje bien lubricado tendrá desde color oscuro a una apariencia semi-transparente dependiendo del tipo lubricante usado, y mientras el piñón y engranaje se separa se debe observar cierta cantidad de lubricante en el medio. Un engranaje con lubricación excesiva se mostrará de color negro con lubricante chorreando, o acumulado en las zonas bajas del engranaje.

Adicionalmente se puede usar un termómetro sin contacto para medir la temperatura de la superficie del engranaje para revisar si esta siendo lubricado de manera adecuada. Una temperatura uniforme a través del diente del engranaje indica que el engranaje esta siendo lubricado de manera apropiada.

Además de ser usadas para revisar lubricación aplicada, iluminación estroboscópica y medición de temperatura puede ser usada para revisar desalineación. Cualquier desalineación resulta en menor contacto entre el par de engranajes, lo que resulta en un mayor desgaste. Aproximadamente 30 grados Fahrenheit de diferencia a lo largo del diente de engranaje y áreas oscuras y claras a lo largo de la capa de lubricante pueden indicar desalineación.

Sistemas Alimentados por Gravedad o Goteo
Sistemas alimentados por gravedad o goteo se encuentran en molinos, hornos, palas, dragaminas y excavadoras. Estos sistemas consisten en uno o mas engrasadores, baños de aceite, lineas de alimentación presurizadas o ruedas aplicadoras. Estos permiten que el lubricante escurra en el engranaje en un ciclo determinado. Este método de aplicación esta limitado solo a engranajes abiertos con una velocidad de la linea de acción de 1500 pies por minuto (7.5 metros por segundo) o menos.

Para este tipo de sistemas, se usa generalmente un lubricante de engranaje abierto de tipo sintético, asfáltico, de alta viscosidad. Si es que líneas de alimentación presurizadas o ruedas aplicadoras son usadas en estos sistemas, una grasa semi fluida y lubricantes del tipo polímero/gel para engranaje abierto pueden ser usados.

Sistema de Baño de Aceite(Salpique e Inmersión)
Sistemas de baño de aceite son el método mas simple de lubricación de engranajes abiertos. Al engrane o engranaje loco se le permite sumergirse en el lubricante de engranaje abierto, de esta manera se aplica el lubricante alrededor del engrane. Los sistemas de inmersión de engranaje generalmente están limitados a sistemas de engranaje abierto con velocidades de linea de acción menores a 300 pies por minuto (1.5 metros por segundo). Algunos sistemas además poseen bombas recirculadoras y sistemas de filtración. Sistemas de inmersión y salpique pueden ser encontrados en aplicaciones como molinos y hornos.

Como recomendación general, lubricante de engranaje abierto de tipo sintético, asfáltico, de alta viscosidad como también grasa semi-fluida de polímero/gel, pueden ser usados en estos sistemas. Si una grasa semi-fluida de polímero/gel es usada, el lubricante de engranaje abierto debe tener un consistencia semi-fluida a fluida. Si el lubricante de engranaje abierto es asfáltico o de alta viscosidad con base sintética, la viscosidad del fluido debe ser de un mínimo de 1,000 centistokes (cSt) a 40 grados Celsius.

Aplicación Manual, Cepillo o Derrame
Estos métodos son unos de los mas antiguos y mas peligrosos para la aplicación de lubricante de engranaje abierto. Han sido usado para lubricar engranajes abiertos en molinos, hornos, palas, dragaminas y excavadoras. Generalmente, lubricante sintético de alta viscosidad de tipo asfáltico es usado en este método de aplicación.

Estos métodos puede resultar no solo en la aplicación de una cantidad incorrecta de lubricante, pero también en la introducción de contaminantes en el engranaje. Llevar a cabo este método de aplicación mientras los engranajes están operando puede causar condiciones de riesgo que pueden resultar en lesiones o incluso muerte de la persona que aplica el lubricante.

Espesor de Película Lubricante y Criterio de Selección
El régimen primario de lubricación requerido para engranajes abiertos es lubricación elastohidrodinámica (EHD). De acuerdo a la teoría de EHD, el factor critico en la lubricación de engranajes abiertos es el espesor de la película lubricante. El espesor de la película lubricante depende de la viscosidad dinámica del lubricante de engranaje abierto en cierta temperatura de operación, la velocidad promedio de la superficie del engranaje, temperatura, cargas y geometría del engranaje, etc. Se ha establecido que la condición de lubricación existente en la mayoría de los engranajes es predominantemente elastohidrodinámica. Los dientes de engranajes están sujetos a una presión de contacto enorme (posiblemente hasta 435,000psi) en áreas relativamente pequeñas, aun así son lubricadas de manera exitosa por una delgada película de lubricante. Hay dos razones para esto:

• La alta presión causa que la superficie se deforme de manera elástica y que la carga se distribuya sobre un mayor área.
• La viscosidad del lubricante se incrementa considerablemente con la presión, de esta manera se incrementa la capacidad de carga del lubricante.

Una vez que el espesor de la película ha sido determinado, otro importante parámetro que debe ser calculado es la proporción Lamba. El valor de esta proporción es definido por la relación entre el espesor de la película lubricante EHD y la aspereza compuesta de la superficies de metal en contacto. La proporción Lambda al acercarse a 1 (el espesor de la película tiene la misma magnitud que aspereza de la superficie), se puede esperar que habrá un incremento en el contacto entre ambos engranajes.

Cabe señalar que este calculo esta basado solo en la viscosidad base del aceite de engranaje. No toma en cuenta cualquier contribución al espesor de la película que pueda ser hecho por un sistema espesador para lubricante de engranaje o sus lubricantes sólidos. Adicionalmente, algunos tipos de lubricante para engranaje abierto – como grasa semi-fluida de polímero/gel – pueden contener fluidos con base de liviana viscosidad. Estos fluidos de liviana viscosidad son usados para reducir la viscosidad mas pesada presente en otros fluidos de la formula lubricante, de esta manera se puede mejorar el bombeo del producto durante condiciones de baja temperatura ambiental. Estos fluidos con base de liviana viscosidad son volátiles y se disipan durante condiciones de operación. Por ende, la viscosidad base en estos lubricantes de engranaje abiertos se incrementa, lo que genera una película lubricante que se adhiere al engrane.

Figura 6. Engranaje Abierto Lubricado Adecuadamente 

 Figura 7. Engranaje Abierto con Lubricación Excesiva

Además de tomar en consideración el espesor del lubricante proporcionado por el lubricante de engranaje seleccionado, otros factores que se deben considerar al recomendar el tipo, grado y cantidad a ser aplicada son:

1. Los requerimientos OEM.
2. El tipo de aplicación de engranaje abierto – molino, horno, palas, dragaminas, etc.
3. La temperatura ambiente encontrada en el área donde opera la maquina.
4. Las condiciones climáticas en las cuales la maquina opera – hielo, nieve, humedad, polvo.
5. Como es aplicado el lubricante.
6. Si es aplicado por un spray o un sistema de lubricación automático, el tipo de sistema de lubricación instalado – Farval, Lincoln, Worner, Droppsa, etc.
7. El tipo y proporción de la bomba utilizada en el sistema de lubricación automático.
8. El ancho del piñón de engranaje.
9. Si es que el engrane es de piñón doble o individual.
10. La potencia del motor eléctrico.
11. La posición y numero de boquillas de spray.

Una vez que todas estas condiciones se conocen, el lubricante de engranaje abierto apropiado para la aplicación puede ser seleccionado basado en los distintos factores, métodos de aplicación y características discutidas en este articulo.

Finalmente al cambiar lubricantes de engranaje abierto o aplicar lubricante de engranaje abierto en equipos nuevos donde nunca se usado lubricante, se deben seguir los siguientes procedimientos:

Procedimientos a seguir en equipos nuevos:

• Remover todos los revestimientos y desechos del engranaje.
• Cubra el engranaje y piñón con una delgada película de lubricante de engranaje abierto usando algún método de pulverizado.

Procedimiento de Puesta en Marcha

• Haga funcionar el equipo lentamente sin carga para verificar que hay lubricante en toda la zona que recibe la carga.
• Incremente gradualmente la velocidad y carga mientras enciende el sistema de lubricación automática.
• Monitoree de manera continua hasta que un recubrimiento apropiado es mantenido en la superficie del engranaje.

Para sistemas de spray:

• Antes de la puesta en marcha, purgue las líneas de lubricación y revise que la forma de los sprays para cobertura completa.
• Ajustar la presión y volumen de aire según sea necesario.

Para sistemas por goteo:

• La mayoría de los lubricantes de engranaje abierto están diseñados para adherirse donde son aplicados. Tubos de goteo no deben tener una separación mayor a 2 pulgadas.

Procedimiento a seguir al cambiar tipos de lubricante de engranaje abierto:

• Aunque es mejor limpiar el engranaje, piñón y coberturas completamente, la conversión de un tipo de lubricante de engranaje abierto a otro, en la mayor parte de las aplicaciones, se puede llevar a cabo mediante la aplicación de lubricante de engranaje directamente.

Procedimiento:

• Purgue las líneas de lubricación completamente.
• Inicie la aplicación a una velocidad un 50% mas alta que la velocidad de operación para asegurar que las líneas sean purgadas y enjuagadas y hayan sido recubiertas de manera suficiente por la película de lubricante antes de reducir el consumo a las condiciones de operación normal.
• Reajuste el temporizador para mantener una película de lubricante adecuada. La cantidad de lubricante no debe ser reducida de manera abrupta, pero en intervalos de 5 minutos y 150 a 200 horas para molinos y 100 a 150 horas para palas, dragaminas y excavadoras.
• El rendimiento del producto debe ser monitoreado.

• Al reducir la cantidad consumida en la unidad de control del sistema de spray, se debe ajustar para asegurar que los intervalos entre ciclos de spray sean lo mas corto posibles. Ciclos cortos y frecuentes aseguran que el lubricante es suministrado al componente de manera uniforme; esto incrementa la seguridad del funcionamiento.
• Ajuste la presión y volumen de aire según sea necesario.
• Inspección de los sistemas de lubricación, condiciones del flanco del diente y la forma del spray son requeridos para una operación segura. El sistema de spray debe ser mantenido completamente de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Referencias

ANSI/AGMA 9005-D-94 - "Industrial Gear Lubrication, Tabla 10", pagina 10 Ibid, pagina 11

Autor
Lawrence G. Ludwig Jr., Schaeffer Manufacturing, "Applying Open Gear Lubricants". Machinery Lubrication Magazine. January 2009

FUENTE:

http://www.hmcgears.com/es/tech-memo-lubricants.php

 

MTD UNIDAD 14 EMBRAGUES Y CAMBIO DE MARCHA

DEFINICIONES

Embrague-acoplamiento, o simplemente embrague o clutch, se utiliza en motores diésel marinos. Se denomina acoplamiento al dispositivo que conecta dos ejes para que actúen como uno solo.

El embrague es un dispositivo que permite conectar y desconectar a voluntad un elemento transmisor de potencia (como una polea o un engranaje) a un eje, o desde un eje. También se le conoce como Clutch.

Cuando es necesario conectar o desconectar dos ejes en funcionamiento, el dispositivo empleado tiene características tanto de acoplamiento como de embrague, y se le llama embrague-acoplamiento.

En la práctica, este dispositivo se conoce simplemente como embrague, como en el caso del motor y el eje impulsado de un automóvil.

Mecanismo. Este término tiene varios significados relacionados con el motor. Uno de ellos, frecuentemente utilizado, se refiere a una rueda dentada que engrana con otra similar para transmitir fuerza motriz.

Otro significado alude a un mecanismo auxiliar que cumple una función específica en el motor completo, como el mecanismo de válvulas de un motor de combustión interna.

Un tercer significado describe una combinación de ruedas dentadas o engranajes que funcionan como una unidad y transmiten torque, generalmente con un cambio de velocidad o de dirección de rotación, como en un reductor o una caja de cambios.

El embrague-acoplamiento se emplea en la Marina para la propulsión directa, permitiendo desconectar el motor del eje de la hélice cuando es necesario.

En motores pequeños, los embragues suelen combinarse con mecanismos de inversión de marcha para maniobrar embarcaciones.

En motores grandes, se utilizan embragues especiales para lograr acoplamientos específicos o características particulares.

Los tipos de embrague usados en los motores die­sel navales son:

1) Por fricción.
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.

Superficies de fricción:

Estas superficies se fabrican generalmente con distintos materiales, siendo una de hierro fundido o acero, y la otra recubierta con una mezcla de asbesto, hierro calcinado o bronce para los embragues secos; mientras que para los húmedos se emplea bronce, hierro fundido o acero.

Las superficies de fricción de hierro fundido son preferidas por sus mejores propiedades como cojinete y su mayor resistencia al rayado y desgaste.

EMBRAGUES NEUMÁTICOS

Pueden ser:

Operados por presión de aire

Operados por vacío

1. Operados por presión de aire.

En la figura 16-4 se muestra un tipo de embrague neumático, también conocido como embrague operado por aire.

 

El embrague es de tipo multidisco con cuatro pares de superficies de fricción. Los dos discos, acoplados mediante estrías a la cubierta que, a su vez, está acuñada al motor o eje de impulsión, están fabricados de asbesto moldeado para obtener un mayor coeficiente de fricción. El disco flotante central y el disco final son de hierro fundido y se acoplan mediante estrías al núcleo, que está acuñado al eje de la hélice. El cilindro de aire forma parte del plato final y el pistón se fija al núcleo del embrague. Cuando se libera la presión de aire, cuatro resortes cilíndricos separan el disco final del disco de fricción. La presión de aire, de 80 a 90 lbs./plg.², se logra mediante un compresor operado por el motor o uno de accionamiento independiente. Este aire se introduce a través del eje hueco por un orificio perforado en él. En este tipo de embrague, es crucial mantener una presión de aire constante y segura. Un fallo parcial en el suministro de aire puede hacer que el embrague patine y se sobrecaliente, causando una falla.

Un tipo de embrague neumático incluye un neumático similar a un anillo de goma, cuyo exterior está acoplado a una llanta motriz y el interior tiene adherida una guarnición de fricción. En la figura 16-5, el motor está conectado a un tambor cilíndrico, que no se ilustra en el dibujo. Al introducir aire comprimido en la cámara de goma, la superficie de fricción se presiona contra el tambor, activando así el embrague.

 

En los embragues de acoplamiento directo operados por aceite o aire comprimido que se acaban de mencionar, no es necesario realizar ajustes por desgaste y la fuerza de acoplamiento no cambia con el desgaste.

2-Embragues operados por vacío. Los embragues operados por vacío son dispositivos mecánicos que cuentan con una conexión externa operada por un pistón y cilindro al vacío. El vacío puede ser proporcionado por una bomba de vacío independiente.

Las principales ventajas de los controles hidráulicos, neumáticos o al vacío en los embragues de fricción son que pueden operarse con un esfuerzo manual mínimo y facilitan enormemente el control remoto. Los embragues también pueden ser operados remotamente mediante un mecanismo de palancas adecuado, pero tal control resulta difícil debido al aumento del esfuerzo requerido para el desplazamiento por la fricción en el sistema de palancas o por la complejidad de las articulaciones en las palancas externas.

EMBRAGUES HIDRÁULICOS

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.

 
EMBRAGUES ELECTROMAGNÉTICOS

La función de un embrague electromagnético, a veces denominado simplemente como embrague eléctrico o magnético, es parecida a la de un motor eléctrico de inducción. Se le conoce como clutch de resbalamiento porque siempre hay cierto deslizamiento entre los componentes accionador y accionado. Un entrehierro considerable separa las dos partes del acoplamiento, que encajan de manera concéntrica. La corriente continua de excitación se introduce en el campo a través de anillos colectores y escobillas, generando un flujo magnético que arrastra el miembro interior y, con él, al eje accionado, manteniendo una posición casi constante respecto al motor primario. Las ventajas de un embrague magnético son similares a las de los embragues hidráulicos. Además, ajustando la corriente de excitación, se puede lograr un control preciso de la velocidad del eje accionado, permitiendo que el eje portahélice opere a velocidades muy reducidas, como se requiere durante las maniobras. La eficiencia de los acoplamientos magnéticos, incluida la potencia necesaria para la excitación, varía entre el 95 y el 98%. La potencia necesaria para la excitación es aproximadamente el 1% de la fuerza transmitida. El control remoto de los embragues magnéticos es especialmente sencillo, sin importar la distancia, ya que solo se requieren cables de calibre fino para las conexiones.

Los motores diésel requieren operar a una velocidad relativamente alta para minimizar el peso y tamaño y así lograr una potencia específica. En contraste, las hélices funcionan mejor a velocidades más bajas para maximizar la eficiencia, especialmente cuando se necesita un alto empuje, como en los remolcadores.

Los reductores se utilizan para conciliar estos dos requisitos opuestos, permitiendo así una velocidad baja en el eje de la hélice mientras el motor opera a alta velocidad.

Generalmente, la relación de reducción no supera 3:1, aunque en ocasiones se utilizan relaciones de hasta 6:1.

Los reductores se clasifican según el tipo y la disposición de los engranajes que utilizan, que pueden ser:

1) de engranajes externos

2) de engranajes internos

3) de engranajes planetarios

El término "piñón" se refiere al engranaje más pequeño de un par, siendo el más grande la rueda dentada o engranaje, sin importar cuál es el motor y cuál el movido. La unidad de engranajes exteriores, figura 16-8(a), consta de una rueda dentada principal o engranaje movido, que engrana con un piñón montado en un eje paralelo. Se utilizan dientes rectos, engranajes helicoidales o de tipo Herringbone. Los dientes helicoidales engranan de manera más suave, ya que en un momento dado hay más dientes en contacto y el funcionamiento es más silencioso en comparación con los dientes rectos. El retroceso es una fuerza axial generada por la inclinación de los dientes. En los engranajes Herringbone, que son como dos engranajes helicoidales con hélices en ángulos opuestos colocados uno junto al otro, se mantienen todas las ventajas de los engranajes helicoidales y la forma en V de los dientes elimina el movimiento y la fuerza axial.

En general, la relación de velocidad se calcula dividiendo el número de dientes del engranaje movido por el número de dientes del engranaje motor.

Si el número de dientes del engranaje conductor es menor que en el engranaje conducido, el cociente será mayor que uno, resultando en una reducción de la velocidad. Si el número de dientes en el conductor es mayor que en el engranaje conducido, el cociente será menor que uno, y el resultado será un incremento de la velocidad, como ocurre frecuentemente en los conductores de bombas centrífugas.

La unidad de engranajes internos se compone de un piñón que engrana con un engranaje con dientes en su superficie cilíndrica interna. Este engranaje interno se monta en un eje paralelo al del piñón, como se muestra en la figura 16-8 (b). Se pueden utilizar dientes rectos o helicoidales indistintamente. Este tipo de reductor necesita una menor excentricidad en la línea de centros entre el eje de la hélice y el eje conductor, en comparación con las unidades reductoras que utilizan engranajes externos de igual grado. Además, ambos ejes giran en la misma dirección, a diferencia de los reductores con engranajes externos, donde los ejes rotan en direcciones opuestas, como se observa en la figura 16-8 (a). No obstante, su diseño generalmente requiere un piñón conductor frontal, es decir, uno que está soportado por un solo lado mediante un cojinete, lo que permite una mayor deflexión del eje bajo carga y resulta en un movimiento más ruidoso y mayor desgaste. Estos reductores se instalan comúnmente en motores de potencia relativamente baja. Un tipo de engranaje reductor planetario consta de un engranaje conductor o impulsor (1), figura 16-9, que engrana con tres piñones satélites idénticos (2); estos, a su vez, engranan con la mitad de cada uno de los piñones satélites largos (3), cuyas otras mitades están engranadas con el engranaje conducido o de salida (4).

La reducción de velocidad corresponde a la relación entre el número de dientes del engranaje mayor (4) y el engranaje menor (1); el número de dientes en los piñones satélites no influye en esto.

Como se observa, el engranaje de salida gira en dirección contraria al engranaje de entrada.

Se denomina planetario porque, en sus aplicaciones originales, la disposición de engranajes y piñones satélites giraba de manera similar al movimiento planetario.

Los ejes de entrada y salida se alinean en la misma línea central, permitiendo así una unidad compacta para un nivel de reducción determinado.

No obstante, las desventajas de este tipo de reductor incluyen:

1) Una construcción bastante compleja.

2) Un incremento en la cantidad de componentes móviles.

3) Un aumento en las pérdidas por fricción resultantes.

La lubricación de los engranajes reductores se realiza por salpicadura en unidades pequeñas y mediante aceite a presión de una bomba integrada en motores de mayor tamaño.

El enfriamiento del aceite lubricante se puede lograr con una camisa de enfriamiento de agua alrededor de la carcasa de los engranajes, mediante un enfriador de aceite externo, o utilizando ambos métodos.

CAMBIOS DE MARCHA

Los mecanismos de reversión se utilizan en motores diésel marinos para cambiar la dirección de rotación del eje de la hélice. Se emplean principalmente en motores de tamaño reducido, generalmente aquellos que no exceden de 500 a 750 H.P. En el caso de motores diésel de alta potencia con caja de cambios, esta se utiliza únicamente durante el funcionamiento a baja velocidad y no está diseñada para soportar la carga completa a la máxima velocidad. Para maniobrar embarcaciones con motores grandes de propulsión directa, se invierte la rotación del eje mediante:

1) Cambio de marcha selectivo.

2) Cambio de marcha planetario.

1) Cambio de marcha selectivo.

Un cambio de marcha selectivo consta de dos transmisiones separadas pero similares, que pueden ser alternadamente activadas por el eje del motor al embragar uno de los dos embragues de fricción.

La transmisión de marcha adelante se compone de un eje hueco exterior, figura 16-10, con un disco de embrague h que puede ser acoplado al eje del motor.

En este caso, la fuerza motriz se transmite al eje de la hélice a través de los engranajes 1 y 2, y el eje porta-hélice gira en dirección contraria al eje del motor.

Cuando el eje del motor se desacopla del embrague h y se acopla mediante el embrague s al eje sólido interior, la fuerza motriz se transmite desde el piñón 3 a través del engranaje intermedio 4 al engranaje 5 en el eje de la hélice.

El eje de la hélice, por supuesto, gira en la misma dirección que el eje del motor, pero en dirección contraria a la que giraba en el primer caso, y la transmisión de marcha adelante se convierte en la transmisión de marcha atrás.

Este mecanismo de inversión de marcha es comúnmente utilizado también como reductor, al tener un número de dientes mayor en el engranaje 2 que en el engranaje 1, y lo mismo en los engranajes 5 y 3, respectivamente.

El número de dientes en el engranaje satélite 4 no influye en la relación de velocidad.

En la figura 16-11 se presenta un ejemplo de dicha combinación de mecanismo de inversión de marcha con reductor. El disco flotante aparece en su posición neutral, desacoplada. Al moverse el collarín deslizante hacia la derecha, en dirección al motor, la palanca con terminales en forma de V invertida presiona el disco neutral contra la tapa del embrague, acoplando el disco de fricción de marcha adelante que está fijado al eje hueco. Así, el eje de la hélice empieza a rotar en la dirección de marcha adelante. Si el collarín deslizante se desplaza en sentido opuesto al motor, interactúa con el otro extremo de la palanca en V, empujando el disco flotante contra el disco de fricción de marcha atrás, acoplando el eje sólido interior y provocando que el eje de la hélice rote en dirección de marcha atrás. El compartimento del embrague de este mecanismo funciona en seco, mientras que el reductor cuenta con un depósito de aceite lubricante en su carcasa, permitiendo que los engranajes y cojinetes se lubriquen por salpicadura.

Caja inversora simple.

Un cambio de marcha planetario se compone de una caja que contiene un reductor planetario, tal como se ilustra en la figura 16-9, un embrague que conecta directamente los ejes motriz y conducido durante la marcha hacia adelante, y un freno que permite detener la rotación de la caja del embrague después de desacoplar el clutch. Si la caja de engranajes está inmóvil, el eje de la hélice empezará a girar en sentido contrario, como se indica en la figura 16-9.

La figura 16-12 ilustra un cambio de marcha planetario estándar en la posición de avance. Para activar el avance, el motor o eje motriz se acopla al eje impulsado desplazando el collarín deslizante hacia la derecha, alejándolo de la sección de la unidad adyacente al extremo del motor.

El mecanismo de palanca acodada número 33 empujará el émbolo hacia la izquierda, ejerciendo presión sobre los discos del embrague. Dado que los discos número 13 de este embrague, intercalados con los discos número 11, están unidos a la caja de engranajes, el embrague comprime tanto la caja de engranajes como la jaula de engranajes número 4 junto con el eje de la hélice.

Simultáneamente, el cono del embrague y su superficie plana se acoplan mediante la misma acción de la palanca acodada. A medida que el cono número 5 se engrana con el engranaje del eje de impulsión, la jaula de engranajes número 4, que contiene los ejes de los piñones satélites, se bloquea con el eje de impulsión, transmitiendo así la fuerza motriz a la hélice.

En marcha atrás, se desacoplan tanto los embragues de discos como el de cono de fricción. La banda de freno de reversa se cierra alrededor de la caja de engranajes, impidiendo su rotación.

Por lo tanto, el engranaje del eje de impulsión mueve los tres piñones cortos (número 7).

Estos piñones cortos accionan los piñones largos (no mostrados), que a su vez impulsan el engranaje del eje de salida, o eje de la hélice, invirtiendo así la rotación del eje de entrada.

En punto muerto, tanto los embragues de discos como el cono y la banda de freno están desacoplados, permitiendo la rotación libre de la jaula de engranajes y los piñones.

Los embragues de fricción son de tipo húmedo y operan en aceite, que también lubrica todos los dientes de los engranajes y los cojinetes.

CAJA INVERSORA DE DE DOBLE EMBRAGUE
La inversión de la dirección de rotación se consigue con un mecanismo de doble embrague (presente en la mayoría de los modelos), que permite seleccionar entre dos ejes que giran en direcciones opuestas. Aunque distintos fabricantes proponen diversas soluciones, el esquema mostrado en la figura ilustra el principio de funcionamiento común a la mayoría.

En el acoplamiento de la salida del motor (1), la conexión se realiza mediante un disco con acoplamientos de goma que promueven la suavidad entre la salida del motor y la entrada al inversor. Los engranajes (1) y (5) siempre giran en direcciones opuestas, lo que también hacen los ejes internos (2) y (6) de los embragues de Avante y Atrás.

En la modalidad de "Avante", la transmisión se efectúa (indicado por flechas azules) a través del embrague de avante (2). En este modo, es el embrague (2) el que se encarga de transmitir la potencia desde su parte exterior hacia la corona (3), que acciona el engranaje (4), el cual, a su vez, hace girar el engranaje de salida (5) en dirección de Avante hacia el eje de la hélice (8).

En este estado, aunque la parte interna del embrague de "Atrás" esté en movimiento por el eje interno de marcha atrás, no se transmite movimiento a la parte exterior del embrague. Para activar la marcha atrás, basta con cambiar el estado de los dos embragues, transfiriendo la potencia de (1) a (5) y, por ende, al embrague de Atrás (6), que transmitirá el movimiento a (7) a través de su corona exterior, haciendo que el engranaje de salida (5) gire en sentido inverso.

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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