¿Cuáles son los tipos de motorreductores que se pueden usar en los Transportadores de Tornillo Helicoidal?
¿Con qué tipo de energía puedo hacer funcionar un Transportador Helicoidal?
La parte vital de un gusano transportador helicoidal es el elemento que transmite la potencia al eje, esta potencia es transmitida por energía mecánica, que a su vez puede ser generada por medios eléctricos y mecánicos.
Para que un transportador helicoidal de tornillo funcione, debe recibir energía por medio de movimiento rotatorio. El primer transportador helicoidal sinfin de la historia fue movido por energía mecánica producida por el propio hombre por medio de una palanca, que transmitía el torque y la potencia necesaria para generar el movimiento rotacional, que a su ves daba movimiento a las aspas helicoidales y el transportador en ese momento funcionaba subiendo agua, por lo que fue la primera bomba de agua de la que se tiene registro y actualmente se nombra Tornillo de Arquimides.
Primer Transportador Helicoidal Energía Mecánica Rotacional Producida por el Propio Hombre
En el ejemplo anterior el objetivo era mover el transportador de tornillo helicoidal para mover agua de un punto bajo a un punto alto, es decir, el primer diseño utilizaba la energía mecánica producida por el hombre, aplicando un fuerza rotacional. Con el paso del tiempo, se inventó la energía eléctrica, y una de las formas más comunes de producirla es por medio de las hidroeléctricas, una de las primeras formas de producirlas fue por medio de un transportador helicoidal, al contrario del primer ejemplo donde el hombre movía todo el tornillo por medio de fuerza rotacional, en el caso de las hidroeléctricas fue al contrario un generador eléctrico utiliza un tornillo helicoidal (o tornillo de Arquímedes) para transformar la energía cinética del agua en energía eléctrica. El agua que fluye hace girar el tornillo, el cual está acoplado a un generador (alternador) que convierte este movimiento mecánico en electricidad. Este sistema es una forma de energía hidroeléctrica, que puede funcionar como microcentral o en situaciones donde no hay acceso a la red eléctrica.
Turbina Helicoidal Generadora de Energía Electrica por medio de la energía del Agua
Con la invención de la energía eléctrica, la humanidad dio un paso muy grande porque dió paso a las máquinas electromecánicas, es decir máquinas que anteriormente producían un trabajo por medio de energía mecánica, ya eran diseñadas con motores eléctricos, los cuales solo requerían una fuente de alimentación eléctrica para producir el mismo trabajo pero con menos esfuerzo humano.
En la actualidad la forma más común para hacer funcionar un Tornillo de gusano helicoidal es por medio de energía mecánica producida por electricidad y los motores eléctricos son los más utilizados al momento de diseñar e integrar un transportador de tornillo helicoidal, los motores por lo regular se encuentran para corriente trifásica y monofásica, siendo los primeros los más utilizados a partir de cierta potencia. Como bien sabemos un motor electrico produce energia transformada en potencia y velocidad, la velocidad en los motores electricos se mide en Revoluciones por Minuto y la Potencia se mide en Kilowatts (KW) o Caballos de fuerza (HP).
Los motores eléctricos trifásicos tienen una velocidad de salida de 3500, 1800, 1200 revoluciones por minuto, los que más se integran son los de 1800 rpm, lo que se traduce a mucha velocidad pero poco torque. Cuando se diseña un transportador helicoidal por lo general las velocidades a la que debe girar el eje con helicoidales es de 20 a 150 rpm regularmente, podrán existir aplicaciones donde la velocidad sea mayor a la mencionada, pero para manejo de materiales no es muy común las altas velocidades, esto para evitar desgastes prematuros de los componentes mecánicos del equipo.
Es debido a esto que al tener una velocidad de salida de motores eléctricos de 1800 rpm (que es el modelo más común en un transportador helicoidal) y si queremos una velocidad de salida para nuestro transportador de tornillo de 20 a 150 rpm, requerimos hacer bajar la velocidad o revoluciones por minuto del motor eléctrico. Para este fin existen los motorreductores que bajan la velocidad del motor electrico y suben el par torsor, de los cuales hablaremos más adelante.
Motores eléctricos Trifásicos con velocidad de salida de 3500-1800-1200 Revoluciones por Minuto
¿Qué es un Motorreductor de velocidad para un Tornillo Helicoidal?
En un tornillo helicoidal, el motorreductor de velocidad, también conocido como motor reductor, motor de engranajes, motor con caja reductora, unidad motorreductor, y conjunto motor y reductor, es una unidad compacta que combina un motor eléctrico y una caja de engranajes para reducir la velocidad de giro y aumentar el par torsor motor (torque), impulsando así las hélices o aspas y moviendo los materiales a granel dentro del canal o tubo.
Cómo funciona un Motorreductor de velocidad en un Tornillo Helicoidal:
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Motor Electrico: Genera la potencia inicial y la velocidad rotatoria.
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Reductor de engranajes: Un conjunto de engranajes que, por medio de un acoplamiento, disminuye la alta velocidad del motor a una velocidad de salida más baja y aumenta el par torsor para el funcionamiento del transportador.
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Eje helicoidal: La salida del motorreductor se conecta a un eje helicoidal que gira.
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Movimiento del material: La rotación de la hélice empuja y transporta el material a lo largo del canal o tubo hasta una salida.
Cual es la función de un Motorreductor de velocidad en un Transportador de Tornillo:
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Impulsar el eje Helicoidal:
La función principal del motorreductor es proporcionar la potencia y el par necesarios para que la hélice gire y mueva el material.
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Adaptar la velocidad:
Permite ajustar la velocidad del transportador a las necesidades específicas del material y del proceso.
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Aumentar el par torsor (torque):
Transforma el alto par del motor en un mayor par de salida para superar la resistencia del material y su propio peso, lo que es esencial para el transporte eficiente.
Transportador helicoidal diseñado con un Motorreductor de Engranajes Ortogonales con reducción extra de Sprockets Cadena.
¿Cuáles son los tipos más comunes de Motorreductores según sus engranajes, que se utilizan en los Transportadores de Tornillo Helicoidal?
Reductor Sinfin Corona
Los reductores de velocidad corona y sinfín o tipo corona y sin-fin son reductores de velocidad que contienen una corona o engrane y un tornillo o engranes sin-fin. La figura de abajo es un dibujo de un reductor de velocidad tipo corona y sin-fin.
Como se ve en la figura, el reductor de velocidad corona y sin-fin son unidades con flechas en ángulo recto. Los reductores corona y sin-fin son un tipo común de reductores, particularmente en rangos de pequeñas potencies. Una ventaja del reductor de velocidad corona y sin-fin es que pueden producir relaciones hasta 100:1 en una etapa de engranes simple.
Una desventaja de un reductor de velocidad corona y sin-fin es su baja eficiencia, que oscila entre 40% a 90% para cada etapa de reducción debido a la acción deslizante del arreglo corona y sin-fin. Entre más alta la relación de engranes de un arreglo corona y sin-fin, más baja su eficiencia. Un arreglo de engranes corona y sin-fin dentro de una relación 10:1 tal vez tenga una eficiencia del 90% y un arreglo de engranes corona y sin-fin con una relación de 100:1 tal vez tenga una eficiencia del 50%. La velocidad en R.P.M. también afecta la eficiencia, entre más alta la velocidad en R.P.M., más alta la eficiencia del arreglo de engranes corona y sin-fin.
Otra desventaja de los engranes corona y sin-fin es el material suave de bronce de la corona, que se desgastará aun si hay lubricación apropiada y opera dentro de su rango de carga. Típicamente un reductor de velocidad corona y sin-fin operado a su máximo rango de carga está diseñado para por lo menos entre 5000 y 20000 horas de operación.
Reductor Sinfin Corona por dentro
Reductor Sinfin Corona ensamble Motor
Reductor Cicloidal (Cyclo)
Los reductores de velocidad de discos cicloidales están entre los tipos más comunes de reductores de velocidad. Como el nombre lo indica, un reductor de velocidad de discos cicloidal contiene discos cicloidales. Los reductores cicloidales son de flechas concéntricas o de unidades de reductor planetario. La figura de abajo, muestra un motorreductor cicloidal (cyclodales).
El motorreductor cicloidales, están construidos con de dos o tres etapas de discos esto permite una amplia gama de relaciones de reducción. Esta unida de motorreductor tiene un balero excéntrico tipo leva montado directamente en la flecha de salida del motor. La figura siguiente es un motorreductor cicloidal en donde se aprecia el balero excéntrico.
Un beneficio primario del reductor de velocidad cicloidal es que estos son eficientes. Cada etapa de reducción del reductor de velocidad cicloidal estará entre el 97% y 99% de eficiencia. Esto significa que la eficiencia en los es de un típico reductor de velocidad cicloidal de tres etapas es cerca del 96%. Un segundo beneficio de los engranes cicloidales, si estos son apropiadamente seleccionados Los reductores de velocidad y motorreductores Cyclo® están diseñados para soportar cargas de impacto que superan el 500 % de su carga nominal
Reductor Cicloidal por dentro
Reductor Sinfin Corona ensamble Motor
Reductor Engranes Helicoidales
Los reductores de velocidad helicoidales están entre los más comunes tipos de reductores de velocidad. Como el nombre lo indica, un reductor de velocidad helicoidal contiene engranes helicoidales. Los reductores helicoidales son, ya sea de flechas concéntricas o de unidades de flechas paralelas. La figura de abajo, muestra un motorreductor helicoidal concéntrico.
Los reductores de velocidad helicoidales concéntricos de este tipo están comúnmente disponibles de dos a seis etapas de engranes. Esto permite una amplia gama de relaciones de engranes. Esta unida siendo un motorreductor tiene el engrane piñón montado directamente en la flecha de salida del motor. La figura siguiente es un motorreductor helicoidal de flechas paralelas del tipo montaje de flecha, sin embargo, esta no es una unidad de flechas concéntricas.
Las principales ventajas de un reductor con engranajes helicoidales son su funcionamiento silencioso y suave, mayor capacidad para soportar cargas y mayor eficiencia en la transmisión de potencia debido a la forma inclinada de sus dientes, que proporciona una mayor área de contacto y una transferencia de carga más uniforme, prolongando así su vida útil. Cada etapa de reducción del reductor de velocidad cicloidal estará entre el 97% y 99% de eficiencia. Esto significa que la eficiencia en los es de un típico reductor de velocidad cicloidal de tres etapas es cerca del 96%.
Reductor Engranajes Helicoidales por dentro
Reductor Engranajes Helicoidales ensamble Motor
Reductor Engranes Planetarios
Los motores de engranajes planetarios son un tipo común de motores reductores y sus principales ventajas son su alta eficiencia del 94-97%, debido al diseño de su método de transmisión de engranajes internos, los reductores de engranajes planetarios utilizan múltiples puntos de soporte al transmitir el par. Al transmitir potencia de salida mecánica, puede reducir eficazmente las pérdidas de transmisión y mejorar la eficiencia mecánica. Los reductores de engranajes planetarios son de tamaño pequeño y sus carcasas son compactas. Por lo general, se pueden utilizar en aplicaciones con espacio limitado, aumentando así el espacio disponible. Los niveles de ruido y vibración suelen ser más bajos que otros tipos de sistemas de engranajes.
Una de sus desventajas es que los reductores de engranajes planetarios son difíciles de fabricar y requieren la producción de engranajes de alta precisión, lo que hace que sus precios sean muchas veces más altos que otros tipos de motores reductores. Además debido a las características de diseño de los engranajes internos, los motores de engranajes planetarios generalmente no pueden soportar cargas de torque elevado. Por lo tanto, cuando sea necesario utilizarlos en aplicaciones de alta carga, se deben seleccionar y ajustar adecuadamente.
Reductor Engranajes Planetarios por dentro
Reductor Engranajes Planetarios ensamble Motor
¿Cuáles son los tipos más comunes de Motorreductores según posición de ejes, que se utilizan en los Transportadores de Tornillo Helicoidal?
Los reductores de velocidad pueden como ya vimos anteriormente pueden clasificarse de acuerdo con el tipo de engranaje que conforma el mecanismo interno (sinfín corona, engranajes helicoidales, cicloidales, hipoidales y planetario, por mencionar los más comunes), o bien, por la posición del eje lento con respecto al rápido (ejes de entrada y salida).
Por ahora, en esta parte del artículo tenemos el propósito de hablarte acerca de los reductores clasificados según la ubicación de los ejes. Con base en esto último, los reductores de velocidad pueden ser coaxiales, paralelos u ortogonales.
Reductor Ejes Coaxiales o Concéntricos
El eje de entrada (motor impulsor) y el de salida (Reductor) están ubicados sobre un mismo eje de rotación, lo cual brinda una alta capacidad de fuerza. Dado que el eje de salida siempre es macizo, requiere ruedas dentadas o catalinas para transmitir el movimiento a la máquina. Este tipo de reductores son empleados, por ejemplo, en transportadores de rodillo. También son conocidos como reductores en linea o Reductores Colineales.
Reductor Ejes Concéntricos por dentro
Reductor Ejes Concéntricos ensamble Motor
Ejemplo de integración de Reductor Ejes Colineales en Transportador Helicoidal Bega
Reductor Ejes Paralelos
Tal como su nombre sugiere, el eje del motor está ubicado de forma paralela al del reductor. Estos reductores presentan baja vibración y bajo nivel sonoro, brindan un alto torque y gran fuerza radial.
Los reductores de velocidad de Flechas paralelas -o simplemente paralelas- tienen las flechas de entrada y salida paralelas una a otra. Una línea imaginaria a través del centro de la flecha de entrada es paralela a una línea imaginaria a través del centro de la flecha de salida. La figura de abajo muestra tres reductores de velocidad con flechas de entrada y salida paralelas una a otra.
Reductor Ejes Paralelos por dentro
Reductor Ejes Paralelos ensamble Motor
Ejemplo de integración de Reductor Ejes Colineales en Transportador Helicoidal Bega
Reductor Ejes Ortogonales o de Ángulo Recto
Estos reductores, precisamente, se caracterizan porque la posición de sus ejes da lugar a un ángulo de 90°, por lo que, también se les conoce como reductores en ángulo recto. Estos ejes son de mucha ayuda en las aplicaciones que requieren bastante esfuerzo para transportar carga.
Además, permiten realizar montajes más compactos en espacios limitados, así como adicionar etapas de engranaje que pueden corresponder a diferentes tecnologías. Los reductores ortogonales, por tanto, logran una amplia variedad de radios de reducción.
Reductor Ejes Ortogonales por dentro
Reductor Ejes Ortogonales ensamble Motor
Ejemplo de integración de Reductor Ejes Ortogonales en Mezcladora de Polvos Bega
Conclusión
La implementación de reductores de velocidad es una tarea que requiere amplio conocimiento de la ingeniería mecánica, si bien las clases o tipos de reductores que se vieron en el artículo sirven para lo mismo y tienen el mismo fin, que es reducir la velocidad de salida de un motor eléctrico, no debemos nunca perder la vista de la eficiencia de potencia entregada, ya que si no se elige de manera correcta el reductor, es muy probable que tengamos problemas en un futuro inmediato, debemos considerar también algunas variables como son la vibración, el ruido, la eficiencia mecánica, factor de potencia, espacio disponible en la instalación, etc, en conjunto con el costo del reductor. Es necesario que al momento de la selección de un reductor, nos apoyemos con los catálogos técnicos del proveedor, los cuales contienen información muy importante para el dimensionamiento del diseño, algunos proveedores proporcionan modelos en 3D para integralos en nuestros modelos de diseño mecánico, pero lo más importante, debemos tener un catálogo de selección para determinar el tamaño y modelo para el motor eléctrico que seleccionemos.
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