Transmisiones por correa plana vs. correa en V: diferencias clave y rendimiento

Una máquina puede definirse como el conjunto de mecanismos que pueden realizar cierta tarea expandiendo energía. La mayoría de las máquinas son impulsadas por potencia mecánica, que no es más que el par de un eje rotacional. Un motor principal se usa para convertir otra forma de energía en energía mecánica. Por ejemplo, un motor eléctrico convierte energía eléctrica en potencia mecánica. Sin embargo, estos motores principales están ubicados lejos de la unidad de máquina y, por lo tanto, se desea otro sistema de transmisión. Aquí entra el papel del sistema de transmisión de potencia mecánica, que transmite movimiento, par y potencia del elemento conductor (como motor principal) al elemento conducido (como unidad de máquina). Cuatro transmisiones mecánicas: transmisión por engranajes, transmisión por correa, transmisión por cadena y transmisión por cuerda se utilizan para este propósito.

La transmisión por correa es una transmisión por fricción donde el movimiento y la potencia se transmiten por medio de fricción. Aquí se montan dos poleas primero con los ejes conductor y conducido. Una correa sin fin se envuelve parcialmente alrededor de las poleas manteniendo la tensión apropiada. La transmisión por correa es adecuada para transmisión de potencia de distancia pequeña a larga y puede proteger inherentemente al sistema de sobrecarga y vibración. Dado que la fuerza de fricción entre la polea y la correa ayuda a transmitir la potencia, la capacidad de la transmisión por correa está limitada principalmente por las características friccionales, el ángulo de contacto y la tensión inicial. Una forma de aumentar la capacidad de transmisión es aumentando el ángulo de envoltura o contacto. Esto puede hacerse reemplazando la transmisión por correa abierta por transmisión por correa cruzada, si está permitido de otra manera.

Otra forma de mejorar la capacidad de transmisión de potencia es aumentando el área de contacto entre la correa y la polea. Esto se realiza empleando la transmisión por correa en V. En la transmisión por correa plana se usa una correa unida de sección transversal rectangular donde solo una cara plana de la correa permanece en contacto con la polea. Aunque su capacidad es baja, se usa abrumadoramente para transmisión de potencia a larga distancia. Puede tener dos arreglos: abierto y cruzado. La transmisión por correa en V utiliza una correa sin fin trapezoidal (sección transversal) con poleas que tienen la correspondiente ranura en V. Aquí dos superficies laterales de la correa permanecen en contacto con la polea, lo que aumenta la capacidad de transmisión y reduce el deslizamiento. Sin embargo, es particularmente adecuada cuando los ejes conductor y conducido están a corta distancia. Varias diferencias entre la transmisión por correa plana y la transmisión por correa en V se dan a continuación en formato de tabla.

Tabla: Diferencia entre transmisión por correa plana y transmisión por correa en V

Configuración de la correa: Una correa plana se articula en un punto para hacer una correa sin fin. Tiene sección transversal rectangular donde el ancho es sustancialmente mayor que el espesor. Solo la superficie interior de la correa puede entrar en contacto con las poleas. Las poleas tienen forma cilíndrica donde la superficie exterior solo toca la correa. Por lo tanto, la fuerza de fricción entre la superficie exterior de la polea y la superficie interior de la correa se utiliza para transmitir movimiento y potencia del eje conductor al eje conducido. Por otro lado, una correa en V tiene sección transversal trapezoidal donde el ancho de la correa en el lado mayor es casi igual al espesor. La polea también tiene una ranura en V para acomodar la correa. El ángulo en V de la polea debe coincidir con el ángulo entre las dos caras no paralelas de la correa.

Ruido y vibración: Como se mencionó anteriormente, una correa plana se articula usando tuercas y tornillos para hacerla sin fin. Siempre existe una ranura en esta unión. Debido a la superficie interior asimétrica de la correa, la transmisión por correa plana produce ruido y vibración considerables. Esto a veces limita su aplicación a muy alta velocidad. Por otro lado, la correa en V se produce de forma sin fin y, por lo tanto, no existe unión. Así, produce menos vibración y su operación también es silenciosa.

Contacto entre correa y polea: Como se mencionó anteriormente, solo la superficie interior de la correa plana permanece en contacto con la superficie exterior de la polea cilíndrica. En el caso de la correa en V, dos superficies inclinadas simultáneamente permanecen en contacto con las dos superficies laterales de la polea en forma de V.

Capacidad de transmisión de potencia: Como cada transmisión mecánica, el propósito básico de la transmisión por correa es transmitir movimiento y potencia de un eje a otro. Dado que la transmisión por correa es una transmisión por fricción, la capacidad de transmisión de potencia depende principalmente de las características friccionales de las superficies de acoplamiento. Cuando la carga excede la fuerza de fricción, el deslizamiento ocurre automáticamente. Cuanto mayor sea el coeficiente de fricción entre la correa y la polea, mayor será la capacidad de transmisión; sin embargo, la generación de calor y el desgaste también serán mayores. En lugar de aumentar directamente el coeficiente de fricción, este puede mejorarse indirectamente empleando correa en V en lugar de correa plana. Se puede demostrar que el coeficiente de fricción efectivo en la correa en V es 2 – 3 veces mayor (basado en el ángulo en V de la correa, que usualmente es 40°) comparado con la correa plana del mismo material. En consecuencia, la transmisión por correa en V puede transmitir sustancialmente mayor potencia sin deslizamiento.

Distancia entre ejes: Una transmisión mecánica adecuada se selecciona basada en la distancia entre centros entre los ejes conductor y conducido. Por ejemplo, la transmisión por engranajes es adecuada para distancia entre centros pequeña, típicamente hasta 1 m. La transmisión por cadena puede emplearse para distancia pequeña a moderada, usualmente hasta 3 m con la ayuda de piñones tensores. La transmisión por correa puede utilizarse para una amplia gama de distancias entre centros —desde menos de 1 m hasta hasta 15 m. La transmisión por correa plana es particularmente adecuada para transmisión de potencia a larga distancia; mientras que la correa en V se prefiere solo para distancia pequeña (usualmente menos de 1 m).

Reducción de velocidad: Las unidades de máquina son impulsadas por motores principales. Usualmente el eje conductor del motor principal rota a mayor velocidad de la que se requiere en el eje conducido de las máquinas. Así, se requiere una reducción en la velocidad rotacional y esto puede lograrse cambiando los diámetros de las poleas conductoras y conducidas. Sin embargo, cada transmisión mecánica puede alterar la relación de velocidad dentro de un rango. Una transmisión por correa plana puede ofrecer reducción de velocidad hasta 1:4; mayor que esto puede aumentar indeseablemente el deslizamiento. Debido al coeficiente de fricción efectivo más alto, la correa en V ofrece mayor reducción de velocidad, incluso hasta 1:7.

Desplazamiento de la correa: A veces, una sola unidad de máquina requiere velocidades variables en diferentes etapas de operación. Además, un solo motor principal puede emplearse para impulsar múltiples máquinas, cada una requiriendo velocidad variable de operación. En tal escenario, se adopta polea escalonada donde un número de poleas con diferentes diámetros se monta en un solo eje. Si se emplea correa plana, entonces la correa puede desplazarse fácilmente de una polea a otra en condición de funcionamiento. Así, la velocidad rotacional del eje conducido puede alterarse sin detener la unidad conductora (un ajuste mecanizado de la longitud de la correa es altamente requerido para mantener la tensión de la correa). Tal disposición de desplazamiento no está disponible en la transmisión por correa en V ya que requieren poleas especializadas con ranura en V.

Aspecto económico: La construcción de la correa plana y la polea correspondiente es simple. La longitud de la correa plana también puede ajustarse múltiples veces ya que se une con tuercas y tornillos. La longevidad y la construcción fácil hacen que esta unidad de transmisión sea más barata. La correa en V y la polea correspondiente son más costosas. Su longitud no puede ajustarse y, por lo tanto, tiene una vida útil más corta.

La comparación científica entre la transmisión por correa plana y la transmisión por correa en V se presenta en este artículo. El autor también sugiere consultar las siguientes referencias para una mejor comprensión del tema.

1. Design of Machine Elements por V. B. Bhandari (Cuarta edición; McGraw Hill Education).
2. A Textbook of Machine Design por R. S. Khurmi y J. K. Gupta (S. Chand; 2014).