Para tener una idea básica, piense en los engranajes de una caja de cambios como una rueda de paletas en el agua. Cuanto más tiempo esté sumergida la rueda de paletas en el agua y cuanto más rápido gire, más agua se moverá. El acto de apartar el agua (o el aceite, en nuestro caso) genera calor, lo que comúnmente se llama agitación.
Qué buscar en una evaluación térmica de un reductor
Cuando los ingenieros asignan una clasificación térmica a una transmisión, se hacen algunas suposiciones sobre las condiciones de operación. Es importante comprender estas suposiciones y cómo contribuyen a la evaluación térmica de la transmisión por engranajes.
Temperatura ambiente de funcionamiento
Es importante considerar los factores ambientales circundantes al seleccionar una transmisión de engranajes. ¿Cuál es la temperatura ambiente máxima de funcionamiento para un período prolongado de uso? El equipo para un proyecto al aire libre en el desierto deberá adaptarse a una temperatura ambiente más alta que el equipo en el frío norte de Canadá.
Altitud de aplicación
¿Su transmisión está en la parte superior de una línea a 15 000 pies? Cuando un engranaje se utiliza a gran altura, su capacidad natural para disipar el calor se reduce debido al aire más fino.
Velocidad del aire ambiente
También es importante considerar la velocidad del aire ambiente. Una transmisión en un área confinada, como el espacio de una fábrica, puede calentarse más que una transmisión al aire libre. En una cinta transportadora externa, su caja de cambios puede beneficiarse de los campos de viento naturales (si los hay) para enfriar la transmisión.
Ciclo de trabajo
Otro factor a considerar es el ciclo de trabajo de la unidad. En otras palabras, ¿cuánto dura el viaje? Si un convertidor funciona continuamente, el ciclo de trabajo es del 100%. Por otro lado, si solo enciende la unidad en incrementos de diez minutos, la probabilidad de sobrecalentamiento (o sobrecalentamiento) se reducirá considerablemente. Generalmente, las cajas de cambios más grandes se benefician de ciclos de trabajo más cortos que las cajas de cambios más pequeñas. Se necesita mucho más tiempo para que un engranaje más grande alcance una temperatura estable.
Posición de montaje
La orientación y ubicación de los engranajes también pueden afectar los requisitos de clasificación térmica. Dependiendo de la ubicación de la unidad, el aceite puede estar ubicado de manera diferente dentro de la unidad. La ubicación de la unidad también puede afectar su funcionamiento.
Comprender la clasificación térmica
Como puede ver, hay varios factores a considerar al observar la clasificación térmica de un engranaje. Cada unidad tiene dos clasificaciones diferentes:
- Valoración mecánica o capacidad de transmitir energía mecánica.
- La clasificación térmica, es decir, cuánta potencia se puede transmitir continuamente a través del inversor sin sobrecalentarse.
Ambas valoraciones son extremadamente importantes. Si la capacidad del engranaje para disipar energía térmica es insuficiente, la unidad se sobrecalentará, provocando daños y fallas graves. La mayoría de las clasificaciones térmicas en el catálogo del fabricante se definen en función de las siguientes condiciones supuestas (aunque pueden variar según el fabricante y la línea de productos):
- La temperatura ambiente es de 68°F (20°C).
- La altitud está entre el nivel del mar y los 2,460 pies.
- La velocidad del aire ambiente está entre 1,6 pies por segundo y 4,6 pies por segundo (típico de una habitación interior grande).
- El ciclo de trabajo es continuo.
- La guía se monta en el suelo con ejes en el mismo plano horizontal.
Al observar la clasificación térmica, deberá ajustarla según su aplicación. Si las condiciones térmicas locales difieren de las condiciones supuestas anteriormente, deberá tener esto en cuenta en su decisión. En el catálogo se enumeran muchos factores de ajuste, o su representante de Rexnord puede ayudarlo a considerar los ajustes de aplicación necesarios para su situación.
Opciones para enfriar el reductor.
Para muchas aplicaciones, es posible que necesite algo más que la Madre Naturaleza para enfriar su transmisión. Afortunadamente, existen varias opciones para reducir la temperatura de funcionamiento. Al comparar las clasificaciones térmicas de varias unidades, verá clasificaciones que tienen en cuenta la refrigeración por ventilador, la refrigeración por agua y la ausencia de refrigeración.
Si retrocedemos un poco, aprendemos que la generación de calor a partir de los engranajes solo ha sido una consideración importante en la industria desde alrededor de la década de 1990. Antes de eso, los engranajes eran más blandos y más grandes para transmitir potencia mecánica y, por lo tanto, las cajas de cambios se construían más grandes para acomodarlos. . Las cajas de cambios más grandes generalmente tenían suficiente superficie para disipar el calor de forma natural.
Con el uso tradicional de engranajes endurecidos, la potencia mecánica se ha transferido a un paquete más pequeño. A medida que la superficie de la carcasa sigue disminuyendo, también aumenta la capacidad de disipar el calor. Piense en ello como una taza de café caliente: si tiene una taza muy estrecha, soplar por encima aún tardará mucho en enfriarse. Si viertes el café en un recipiente o cacerola poco profundo, tendrás una superficie mucho mayor que se enfría más rápido.
Ventiladores de eje
En muchos componentes de accionamiento hay ventiladores conectados al eje. Estos ventiladores funcionan de forma sencilla y eficaz. Se adjunta un ventilador al eje a alta velocidad, a medida que el motor hace girar el eje, el ventilador también gira. El ventilador sopla aire sobre la unidad, enfriándola durante el funcionamiento (y mejorando la producción de calor de la unidad).
La desventaja de la refrigeración por ventilador del husillo es que sólo es eficaz hasta cierto punto. El ventilador sólo es capaz de soplar una determinada cantidad de aire para bajar la temperatura. Su eficacia también está ligada al régimen del motor, por lo que las cajas de cambios con velocidades de entrada más bajas no se beneficiarán tanto.
Refrigeración por agua
Otra opción para enfriar la caja de cambios es agregar tubos dentro del engranaje y bombear agua a través de los tubos. A medida que el aceite se calienta, el agua fría dentro de los tubos quita calor del cárter. Si bien se trata de una solución muy eficaz, requiere una planificación cuidadosa para garantizar el acceso constante a agua fría y evitar la corrosión de las tuberías, entre otras cosas. Cualquier fuga en las mangueras puede contaminar rápidamente el aceite para engranajes con agua.
Refrigeración por agua y aceite
Otra opción para enfriar una caja de engranajes es utilizar un intercambiador de calor de carcasa y tubos externo. Esta opción de refrigeración de aceite a agua ofrece beneficios similares a la refrigeración directa por agua, sin la necesidad de hacer correr agua directamente a través de la caja de cambios.
La desventaja de este método de refrigeración es que es necesario garantizar un acceso constante a agua fría, similar a la refrigeración directa por agua. También es necesario hacer pasar el aceite a través de una bomba hasta el intercambiador de calor externo, lo que significa agregar una bomba a la transmisión. La bomba requiere el uso de un motor separado, lo que crea otro punto donde la transmisión puede fallar. También es necesario suministrar electricidad al motor de la bomba, a menudo a un voltaje diferente al voltaje del motor del engranaje principal.
Dependiendo de la aplicación, la accesibilidad al agua y los factores térmicos externos, cualquiera de estas soluciones de enfriamiento de engranajes puede ser efectiva. El objetivo es siempre encontrar la solución de refrigeración más eficiente, con el menor número de puntos de fallo y que requiera el menor mantenimiento.
