— Tutorial nº 182 —
Estudio del esfuerzo en correas de transmisión de potencia
Publicado: 08.DIC.2024
Índice de contenidos:
1.- Ventajas del uso de elementos flexibles para la transmisión de potencia
2.- Tipos de correas de transmisión de potencia
3.- Esfuerzos existentes en una correa de transmisión
4.- Variación del esfuerzo a lo largo de una correa de transmisión
Anexo:
A.1- Ejemplo de cálculo de una correa de transmisión de potencia
DESARROLLO DEL CONTENIDO
1.- Ventajas del uso de elementos flexibles para la transmisión de potencia
Entre los elementos mecánicos de naturaleza flexible que se usan para la transmisión de potencia en máquinas, las correas, posiblemente, sean de los más populares que se emplean en mecánica.
Las correas de transmisión son elementos que se emplean para la transmisión de potencia entre dos ejes paralelos situados a cierta distancia uno del otro. De constitución flexible, la correa se acopla sobre la polea solidaria a cada eje con el objeto de transmitir pares de giro.
Las correas de transmisión trabajan gracias al rozamiento que se establece entre la superficie de la correa con la polea sobre la que va montada. Este hecho, junto a su naturaleza flexible, confiere a las correas una función de "fusibles" dentro de las transmisiones, dado que se comportan como amortiguador, absorbiendo las cargas de choque y amortiguando los efectos de las vibraciones que puedan transmitirse entre los ejes de la transmisión.
Debido al deslizamiento, aunque mínimo en una correa suficientemente tensada, que se produce de la correa sobre la superficie de la polea, la razón de velocidades angulares que transmite entre ejes no es constante, sino que varía con la deformación de la correa.
Las correas se usan sobre todo para realizar la transmisión de potencia a través de distancias relativamente grandes, en lugar de usar otros elementos mecánicos, como grupos de engranajes, ejes y cojinetes. Con ello se consigue simplificar el diseño de las máquinas y la reducción de costos en su fabricación.
2.- Tipos de correas de transmisión de potencia
Las correas de transmisión de potencia se clasifican básicamente en tres grandes grupos:
• Correas planas: Este tipo de correas está actualmente ya en desuso y están siendo sustituidas gradualmente por las trapezoidales. Las correas planas sólo se pueden utilizar en aquellas transmisiones donde no se requieran de grandes prestaciones, esto es, que no se transmiten grandes pares de esfuerzos, ni la velocidad lineal que necesite alcanzar la correa sea elevada (< 5 m/s).
Las correas planas también pueden emplearse cuando la distancia entre ejes de poleas sea muy elevada.
Las correas planas se dividen a su vez en correas "sin fin", también llamadas correas continuas, y correas abiertas, que se denominan así porque se suministran abiertas para poder realizar su montaje sobre las poleas, y posteriormente proceder a cerrarlas mediante grapas o pegamento industrial.
• Correas trapezoidales o de sección en "V": Hechas generalmente con tejido de algodón o nylon, e impregnadas con caucho. A diferencia con las correas planas, las correas trapezoidales pueden ser utilizadas con poleas más pequeñas, acanaladas y en distancias entre ejes más cortas. Además se pueden montar varias de ellas en una sola polea acanalada.
Las correas en "V" permiten transmitir pares de fuerzas más elevados, y una velocidad lineal de la correa más alta, que puede alcanzar sin problemas hasta los 30 m/s.
Las correas trapezoidales o correas en "V" trabajan a partir del contacto que se establece entre los flancos laterales de la correa y las paredes del canal de la polea.
Una vez montada sobre las poleas, las correas trapezoidales necesitan de un tensado inicial para poder funcionar correctamente, de manera que puedan transmitir el par de giro sin que resbale la correa sobre la polea.
Las secciones rectas de las correas trapezoidales han sido normalizadas, estando cada sección designada por una letra del alfabeto. En la siguiente tabla se indican las secciones normalizadas para las correas trapezoidales:
Secciones normalizadas de correas trapezoidales
Para especificar una correa trapezoidal se da la letra de la sección seguida por la circunferencia interior en pulgadas. Por ejemplo:
B - 75: Se trata de una correa trapezoidal de sección B, con circunferencia interior de 75 pulgadas.
La velocidad lineal para obtener buenos resultados en las correas trapezoidales debería ser de aprox. de 1200 m/min.
• Correas dentadas o síncronas (timing belts): Correa patentada fabricada de tejido reencauchado y alambre de acero, con tiene dientes. La correa Timing no se estira, ni resbala debido a su superficie dentada, por lo que permite transmitir la potencia con una razón de velocidad constante. Son de mayor costo, tanto las correas como el tipo de polea que emplean.
Las correas dentadas o correas síncronas tienen aplicación sobre todo en aquellas transmisiones compactas y donde se requieren trasmitir alta potencia.
Para el caso concreto de aquellas transmisiones compactas se deben emplear poleas de pequeño diámetro, y las correas dentadas pueden ofrecer una mayor flexibilidad y mejor adaptabilidad al dentado de la polea.
Las transmisiones compactas suponen el empleo de poleas de reducido diámetro y funcionando a elevadas velocidades de giro, por lo que lo recomendable es utilizar este tipo de poleas dentadas o síncronas.
Como se ha indicado, debido al dentado de la superficie de este tipo de correa, permiten ofrecer una relación de transmisión constante al disminuir el riesgo de deslizamiento de la superficie de la correa sobre la polea.
Además, la incorporación del dentado a la correa le confiere de una mayor flexibilidad longitudinal, lo que le permite poder adaptarse a poleas de diámetros más pequeños.
En definitiva, para aplicaciones donde se requiera exactitud en la relación de transmisión, unido a exigencias de altas velocidades de giro, o que por consideraciones de diseño no sea posible el engrase o lubricación de los componentes de la transmisión, entonces el empleo de correas dentadas o síncronas es la mejor opción.
Por último, indicar que los requerimientos de un tensado inicial de una correa dentada no son tan exigentes como ocurre con las correas trapezoidales.
3.- Esfuerzos existentes en una correa de transmisión
En la siguiente figura se representan los esfuerzos que se desarrollan en una correa de transmisión que transmiten un movimiento de rotación entre dos poleas:
Esfuerzos existentes en correas de transmisión
La fuerza neta tangencial que transmite la correa resultará la diferencia entre el esfuerzo que soporta el ramal tensado (F1) y el esfuerzo (F2) del ramal flojo de salida:
F = F1 - F2
Siendo:
F es la Fuerza Tangencial neta que transmite la correa (kg).
Por otro lado, el valor del par resistente y del par motor de la transmisión vienen dado por las siguientes expresiones:
Ts = F · d/2 = (F1 - F2) · d/2
Tl = F · D/2 = (F1 - F2) · d/2
Donde:
Ts es el Par de torsión resistente (kg · cm ó pulg · lb).
Tl es el Par motor que actúa sobre la polea mayor.
D es el Diámetro de la polea mayor (cm o pulg).
d es el Diámetro de la polea menor.
Por último, el valor de la potencia transmitida entre las dos poleas por la correa, se puede calcular por cualquiera de las siguientes expresiones:
CV = T·n / 71620, o bien, CV = F·Vm / 4500
HP = T·n / 63000, o bien, HP = F·Vm / 33000
Donde,
Vm es la Velocidad media (m/min o pie/min).
CV Caballos de vapor.
HP Caballos de fuerza.
n son las revoluciones del motor (rpm).
4.- Variación del esfuerzo a lo largo de una correa de transmisión
En la siguiente figura se muestra de manera esquemática, cómo varía el esfuerzo en una correa flexible de transmisión de potencia, que transmite el giro entre dos poleas:
Variación del esfuerzo en una correa de transmisión
Cuando se pone en marcha una correa de transmisión, automáticamente existe una fuerza centrífuga en la banda de la correa cuando recorre la trayectoria curva de la polea, debido al movimiento de giro de la propia polea. Esta fuerza centrífuga en la correa introduce un esfuerzo que vamos a identificar como Scf, según se muestra en la figura anterior.
Por otro lado, sobre el ramal flojo o conducido (es el ramal de salida de la polea tractora), se origina un esfuerzo S2 debido a la tracción F2 originada en el propio ramal conducido.
Entre B y C el elemento se desplaza en la polea grande o tractora curvándose con un radio D/2, lo cual induce un esfuerzo de tracción por flexión Sb2 en los puntos exteriores al plano neutro de la correa.
Cuando el elemento se desplaza en la polea mayor hasta el punto D, la fuerza inducida en ella debido a la potencia transmitida por la polea, aumenta más o menos gradualmente hasta alcanzar el valor F1. El esfuerzo total sería la suma S1 + Sb2.
Entre D y E, el esfuerzo de flexión disminuye y solo existe S1 debido a la fuerza en el ramal conductor.
Cuando el elemento se desplaza desde H hasta I, la fuerza debida a la potencia disminuye hasta F2 y el ciclo vuelve a repetirse.
>> FIN DEL TUTORIAL
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