Transmisión por correa vs. transmisión por cadena: Diferencias clave explicadas

Un motor primario se utiliza para generar energía mecánica convirtiéndola de otra forma de energía. Por ejemplo, un motor eléctrico convierte energía eléctrica en energía mecánica y la entrega en forma de rotación del eje. De manera similar, una turbina hidráulica, una turbina de vapor, un molino de viento, etc., también pueden actuar como motores primarios. Las transmisiones mecánicas se utilizan para transmitir movimiento, par y potencia desde dichos motores primarios (eje motor) a las partes de la máquina (eje conducido). Además de la transmisión, también pueden cambiar el sentido de rotación y alterar la velocidad según los requisitos de la unidad de la máquina. Existen cuatro transmisiones mecánicas: transmisión por engranajes, por correa, por cadena y por cuerda. Dichas transmisiones también cuentan con la ayuda de otros elementos de transmisión de potencia (como ejes, chavetas, acoplamientos, frenos, embragues, poleas, piñones, etc.) para una transmisión de potencia eficiente e ininterrumpida.

Cada una de las cuatro transmisiones mecánicas tiene sus respectivos beneficios y limitaciones; por lo que son adecuadas para propósitos específicos. Estas cuatro transmisiones pueden clasificarse de varias maneras según diversas bases. Una de estas bases de clasificación es el medio de transmisión de potencia. En todas aquellas transmisiones donde la potencia se transmite por medio de la fuerza de fricción entre dos partes en contacto se denominan transmisión por fricción (por ejemplo, transmisión por correa). Cuando la potencia se transmite por medio de engrane, ese tipo de transmisión se denomina transmisión por engrane (por ejemplo, transmisión por engranajes y transmisión por cadena). Otro factor para clasificar las transmisiones mecánicas es la presencia de elementos flexibles. Todas aquellas transmisiones donde existe un eslabón flexible intermedio entre el eje motor y el eje conducido se denominan transmisión flexible; mientras que, si no existe tal eslabón intermedio, se agrupan como transmisión rígida. La transmisión por correa y la transmisión por cadena pertenecen a las transmisiones flexibles; mientras que la transmisión por engranajes es una transmisión rígida.

La transmisión por correa es una transmisión flexible por fricción, que transmite potencia y movimiento del eje motor al eje conducido por medio de la fuerza de fricción entre la polea y la correa. Es adecuada para transmisión de potencia a distancias medias y largas. Sin embargo, su capacidad está limitada a la fuerza de fricción entre la correa y la polea. Por tanto, no es adecuada para requisitos de transmisión de alta potencia. Por otro lado, la transmisión por cadena es una transmisión flexible por engrane donde la potencia se transmite por medio del engrane y desengrane sucesivo de la cadena con el piñón. Mientras que la transmisión por correa es propensa al deslizamiento, la transmisión por cadena está libre de él; sin embargo, no necesariamente proporciona una relación de velocidad constante. A continuación se presentan en formato de tabla las diversas diferencias entre la transmisión por correa y la transmisión por cadena.

Tabla: Diferencias entre transmisión por correa y transmisión por cadena

Transmisión por correa	Transmisión por cadena
La transmisión por correa es una transmisión por fricción.	La transmisión por cadena es una transmisión por engrane.
Es una transmisión no positiva debido al deslizamiento y reptamiento frecuentes.	La transmisión por cadena tiende a ofrecer una transmisión positiva al estar libre de deslizamiento.
La transmisión por correa se prefiere para distancias entre ejes medias a grandes.	La transmisión por cadena se prefiere para distancias entre ejes pequeñas a medias.
Solo una cara de la correa puede utilizarse para transmitir movimiento y potencia.	Ambas caras de la cadena pueden utilizarse simultáneamente para transmitir movimiento y potencia.
Debido a la pérdida por fricción, la eficiencia de la transmisión por correa es comparativamente baja (92–96%).	La pérdida por fricción despreciable resulta en mayor eficiencia en la transmisión por cadena (95–98%).
La temperatura del taller influye en el rendimiento de la transmisión por correa.	La transmisión por cadena generalmente no se ve afectada por la temperatura del taller.
Aunque la transmisión por correa se usa comúnmente para ejes paralelos, una correa de cuarto de vuelta puede emplearse para ejes perpendiculares.	La transmisión por cadena puede transmitir potencia solo entre ejes paralelos.
Pequeños desalineamientos angulares y de posición no representan problema en el rendimiento de la transmisión por correa.	La cadena tiende a salirse del piñón si la alineación no es perfecta.
Para tensar la correa con las poleas, se desea una tensión inicial, lo que aumenta la carga sobre los ejes.	La carga adicional sobre el eje se elimina en la transmisión por cadena, ya que no se desea tensado inicial.
La transmisión por correa requiere lubricación mínima.	La transmisión por cadena requiere lubricación adecuada y regular para una vida más larga.

Transmisión por fricción y por engrane

En las transmisiones por fricción, la transmisión de potencia y movimiento se produce por medio de la fricción entre dos partes. La transmisión por correa es una transmisión por fricción, ya que la fuerza de fricción entre la polea y la correa actúa como medio para la transmisión de potencia. Del mismo modo, la transmisión por cuerda también es una transmisión por fricción. Por otro lado, cuando la transmisión de potencia y movimiento se produce debido al engrane y desengrane sucesivo de partes dentadas, se denomina transmisión por engrane. Aquí la fuerza de fricción no juega ningún papel directo en la transmisión de potencia. Por ejemplo, en la transmisión por cadena, la potencia se transfiere por medio del engrane del piñón dentado con la cadena correspondiente. De manera similar, la transmisión por engranajes también es una transmisión por engrane.

Deslizamiento y transmisión positiva

Una transmisión positiva es aquella que ofrece una relación de velocidad constante durante el funcionamiento. Diversos fenómenos como el deslizamiento, el reptamiento, el efecto poligonal, etc., tienden a alterar la velocidad de rotación y, por tanto, perjudican la relación de velocidad. Una relación de velocidad constante es altamente deseable en diversas operaciones como el roscado en torno. La transmisión por engranajes es la única transmisión mecánica que puede ofrecer una transmisión positiva verdadera. La transmisión por correa es propensa al deslizamiento y no puede proporcionar una relación de velocidad constante. Aunque la correa trapezoidal y la correa acanalada tienden a minimizar la tasa de deslizamiento, el reptamiento también puede perjudicar la relación de velocidad. Por otro lado, la transmisión por cadena está libre de deslizamiento; sin embargo, el efecto poligonal puede cambiar la relación de velocidad indeseablemente.

Distancia entre ejes preferida

El propósito básico de las transmisiones mecánicas es transmitir movimiento y potencia del eje motor (como motor primario) al eje conducido (como maquinaria). La distancia entre el eje motor y el conducido puede variar según muchos factores, incluyendo la distribución de la planta. La transmisión por engranajes se prefiere para transmisión de potencia a corta distancia. La transmisión por correa plana es adecuada para distancias medias a grandes (3–15 m); sin embargo, la correa trapezoidal puede usarse para distancias cortas también (típicamente hasta 1 m). Si la distancia entre ejes es mayor, la correa tenderá a latiguear (vibrar entre las dos poleas). El lado flojo de la correa también puede doblarse hacia abajo. Por tanto, pueden requerirse soportes adicionales. Por otro lado, la transmisión por cadena se prefiere para transmisión de potencia a distancias pequeñas a medias. La cadena suele ser más pesada que la correa y, por tanto, puede aumentar sustancialmente el peso del sistema si se usa para largas distancias. También se desean piñones de apoyo cuando la longitud de la cadena es mayor.

Caras utilizables

En el caso de la correa plana, solo la parte interior de la correa entra en contacto con la polea. Incluso en el arreglo de correa cruzada, la correa se dobla en dos planos diferentes para asegurar que solo la parte interior entre en contacto con la polea. En la correa trapezoidal, solo las dos caras laterales inclinadas entran en contacto con la polea correspondiente. Estas caras de contacto no pueden alterarse; por ejemplo, la parte exterior de la correa plana no puede utilizarse para la transmisión de potencia. Sin embargo, la transmisión por cadena ofrece la posibilidad de usar ambos lados (interior y exterior) sin problemas. Incluso ambos lados pueden usarse simultáneamente, cuando se requieren múltiples ejes (al menos 3) accionados por un solo eje motor.

Eficiencia

Al ser una transmisión por fricción, se produce pérdida de potencia en la transmisión por correa debido a la fricción. Esto reduce la eficiencia de la transmisión. En una sola etapa, la transmisión por correa puede ofrecer una eficiencia en el rango de 92–96%, dependiendo principalmente de las características friccionales de las superficies de contacto, la tensión inicial, el tipo de correa, el ángulo de envoltura, el deslizamiento y el reptamiento. Una transmisión por cadena puede proporcionar mejor eficiencia ya que la pérdida por fricción es despreciable. Una cadena nueva correctamente lubricada puede proporcionar típicamente una eficiencia del 95–98%.

Temperatura del taller

La mayoría de los materiales de ingeniería exhiben cambios dimensionales con la temperatura; sin embargo, el grado de cambio depende del coeficiente de expansión térmica del material concernido. La correa suele estar hecha de caucho, caucho con tela, cuero laminado o materiales sintéticos. Al ser un material no metálico, la correa sufre cambios dimensionales significativos con pequeñas variaciones de la temperatura atmosférica. Incluso la humedad puede afectar el rendimiento. Cuando la temperatura aumenta, la longitud de la correa también aumenta, lo que resulta en mayor deslizamiento, pérdida de potencia, velocidad inestable y eficiencia degradada. Con la reducción de la temperatura atmosférica, la longitud de la correa disminuye, lo que resulta en mayor carga sobre los rodamientos (que montan los ejes). Pequeñas variaciones en la temperatura del taller no representan problemas detectables en la transmisión por cadena. Dado que la cadena se lubrica adecuadamente, el impacto de la humedad también es despreciable.

Orientación de ejes y desalineamiento

Se debe seleccionar una transmisión mecánica adecuada basándose en la orientación de los ejes motor y conducido. Las transmisiones por correa y cadena pueden transmitir potencia solo entre ejes paralelos. Aunque se puede emplear una correa de cuarto de vuelta para ejes perpendiculares no intersectantes, no es popular debido a muchas restricciones y bajo rendimiento en comparación con engranajes cónicos o sinfín. Un pequeño desalineamiento angular o de posición al fijar las poleas con el eje correspondiente no representa ningún problema en la transmisión de potencia. Por otro lado, la transmisión por cadena no puede usarse para ejes no paralelos. Siempre requiere una alineación adecuada de los piñones; de lo contrario, las ranuras de la cadena no coincidirán con los dientes del piñón y la cadena tenderá a salirse del piñón.

Tensión inicial

La transmisión por correa requiere una tensión inicial basada en la carga a transportar y la velocidad de operación. El ajuste frecuente de la tensión de la correa también es deseable para mitigar los efectos del aumento gradual de la longitud de la correa. Esta tensión inicial aumenta la carga sobre los rodamientos. La transmisión por cadena, sin embargo, no requiere mantener dicha tensión en la cadena para la transmisión de potencia.

Lubricación

La transmisión por correa requiere solo lubricación ocasional. Una lubricación superior a la deseada es perjudicial, ya que aumenta indeseablemente el deslizamiento. La transmisión por cadena requiere lubricación frecuente; sin embargo, no lubricación completa como se desea en las transmisiones por engranajes. El costo del aceite lubricante es otro factor a considerar en la transmisión por cadena en comparación con la transmisión por correa.

En este artículo se presenta una comparación científica entre la transmisión por correa y la transmisión por cadena. 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. Machine Design por R. L. Norton (Quinta edición; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design por R. S. Khurmi y J. K. Gupta (S. Chand; 2014).