Cómo elegir el sistema de transmisión óptimo: Cadena, correa en V o correa síncrona

Transmisiones por cadena de rodillos

La popularidad de las transmisiones por cadena proviene de su capacidad para transmitir altos niveles de par en un paquete pequeño, a coste relativamente bajo, utilizando componentes de stock disponibles. Aunque los costes iniciales de transmisiones por cadena de rodillos estándar pueden ser bastante bajos, el coste de mantenerlas puede ser sustancial. El mantenimiento adecuado es esencial para el rendimiento óptimo e incluye los siguientes factores de coste:

• Lubricación
• Alineación
• Tensión
• Sustitución de componentes de la transmisión

Según estimaciones de la industria de cadenas, las transmisiones por cadena de rodillos que operan sin lubricación se desgastan aproximadamente 300 veces más rápido que transmisiones comparables correctamente lubricadas. Sin embargo, los fabricantes de cadenas de rodillos estiman que el 90 al 95 % de todas las transmisiones instaladas están lubricadas incorrectamente o no lubricadas en absoluto. Determinar el tipo de método de lubricación necesario es una consideración de diseño importante con implicaciones de coste propias. Una carcasa de cadena retentora de aceite, por ejemplo, puede representar hasta el 75 % del coste total del sistema de transmisión por cadena. Además de la lubricación, la alineación correcta de piñones y tensado de cadena son críticos para aumentar la vida de la cadena de rodillos.

Otro factor de mantenimiento con implicaciones de coste es la sustitución de componentes de la transmisión. Una debilidad mayor de la transmisión por cadena de rodillos es el desgaste de la cadena, que resulta en estiramiento o elongación. Los fabricantes recomiendan sustituir la cadena de rodillos cuando se produce una elongación de aproximadamente el 3 %. La mayoría de fabricantes también recomiendan sustituir piñones con cada nueva cadena de rodillos porque el contacto metal-metal genera desgaste severo del piñón.

Las tablas de potencia nominal publicadas en la industria de la cadena de rodillos se basan en una vida de diseño teórica de 15.000 horas, asumiendo diseño, alineación, lubricación, mantenimiento adecuados, etc. Pero en un entorno operativo típico, la vida real de la transmisión rara vez se acerca al ideal. Transmisiones por cadena de rodillos sin lubricar operando en condiciones duras pueden durar tan solo 100 horas.

El coste de los requisitos de mantenimiento mencionados, sumado al coste inicial, aproxima el coste real de una transmisión por cadena de rodillos estándar. Sin embargo, más allá del coste de lubricante y sustitución de componentes está el gasto de mano de obra de retensado frecuente, que requiere parar la transmisión, resultando en tiempo de inactividad de producción. Además, las transmisiones por cadena de rodillos estándar operan al 91-94 % de eficiencia según la aplicación, por lo que los costes energéticos deben considerarse.

Los costes de mantenimiento y energía no obstante, las transmisiones por cadena de rodillos ofrecen a diseñadores y usuarios algunas ventajas sobre sistemas de correa en V o correa síncrona:

1. Versatilidad (accesorios funcionales pueden añadirse para transportar productos, activar interruptores, accionar palancas, etc.)
2. Capacidad de crear cualquier longitud de cadena con eslabones de unión
3. Disponibilidad de amplia selección de cadenas y piñones

Transmisiones por correa en V

Las transmisiones por correa en V transmiten potencia por fricción entre la correa y la polea. Con eficiencias del 95-98 % en la instalación, estas transmisiones usan energía más eficientemente que las de cadena de rodillos, y algo menos que las de correa síncrona. Las transmisiones por correa en V son un estándar de la industria, ofreciendo amplia gama de tamaños a coste relativamente bajo, junto con facilidad de instalación y operación silenciosa.

Las piezas de repuesto de transmisión por correa en V pueden ser menos costosas que componentes de cadena de rodillos o síncrona, pero el retensado regular de correas en V puede añadir gastos de mantenimiento.

Las correas en V se fabrican en variedad de materiales, secciones transversales y materiales de refuerzo, y a menudo se usan individualmente, en juegos igualados o en configuraciones unidas. Son adecuadas para aplicaciones de servicio severo, como aquellas con cargas de choque y altas cargas de arranque. Las transmisiones por correa en V estándar operan mejor en aplicaciones de 500 RPM o más, ratios de velocidad hasta 6:1, y en rango de temperatura de -40 a 130 °F. Como las correas en V patinan cuando se sobrecargan, ayudan a proteger equipos más costosos de picos de carga. También permiten flexibilidad en el posicionamiento del motor y la carga.

En una aplicación adecuada, la vida útil de una transmisión por correa en V correctamente instalada y mantenida oscila entre 20.000 y 25.000 horas. Los componentes de una transmisión por correa en V simple son relativamente baratos de comprar, instalar, sustituir y mantener. Tras instalarse correctamente y tensarse a los valores recomendados por el fabricante, estas transmisiones requieren muy poco servicio, excepto retensado durante el programa normal de mantenimiento. Debido al deslizamiento de la correa, pierden hasta un 5 % de eficiencia tras la instalación. Las correas en V se estiran al desgastarse, empeorando el deslizamiento, lo que puede reducir la eficiencia hasta un 10 % a menos que se corrija con retensado periódico. Las correas en V acanaladas o dentadas pueden aumentar la eficiencia en un 2 % sobre diseños estándar.

Transmisiones por correa síncrona

Las correas síncronas funcionan por el principio de agarre dentado. Dientes redondos, cuadrados o curvilíneos modificados en la correa engranan con ranuras en piñones para proporcionar transmisión de potencia positiva en aplicaciones de alto par con velocidades altas y bajas.

Si el tamaño de la transmisión es un problema, muchos sistemas de correa síncrona ahora tienen capacidad equivalente a transmisiones por cadena de rodillos en la misma anchura.

Los componentes de un sistema de transmisión por correa síncrona típicamente cuestan más inicialmente que los de una transmisión por cadena de rodillos o correa en V comparable. Por el contrario, las transmisiones por correa síncrona no tienen los costes de mantenimiento asociados a las de cadena de rodillos. No requieren lubricación ni sistema de lubricación, solo protección de seguridad básica. Mientras la cadena de rodillos requiere retensado frecuente y las correas en V retensado periódico, una correa síncrona típicamente no requiere retensado durante su vida útil.

Para ilustrar la elongación que puede ocurrir en una cadena de rodillos, las tolerancias de recuperación de distancia entre centros recomendadas para transmisiones por correa pueden compararse con la recuperación necesaria para una cadena de rodillos de la misma longitud. Asumiendo una longitud de 100 pulgadas, una cadena de rodillos, correa en V y correa síncrona pueden compararse así:

Cadena de rodillos: Una cadena de rodillos se elongará aproximadamente 3 pulgadas (o 3 %) durante su vida, requiriendo unas 1,5 pulgadas de recuperación de distancia entre centros.

Correa en V: Una correa en V requiere 1,5 a 2,5 pulgadas de recuperación de distancia entre centros durante su vida, según la sección transversal y fabricante.

Correa síncrona: Una correa síncrona típicamente requiere solo 0,04 pulgadas de recuperación de distancia entre centros durante su vida, según tipo de correa y fabricante.

El desgaste de cadena y piñones son factores de coste significativos en una transmisión por cadena de rodillos. Las correas y piñones síncronos experimentan drásticamente menos desgaste. En un sistema de transmisión síncrona, por ejemplo, la correa supera a una cadena de rodillos comparable en el orden de 3 a 1, y los piñones superan a piñones de cadena de rodillos 10 a 1.

Figura 1. Recuperación de distancia entre centros requerida por elongación de vida (en pulgadas).

Al igual que las transmisiones por cadena de rodillos, las transmisiones por correa síncrona son sensibles a la desalineación y no deberían usarse en sistemas donde es inherente a la operación de la transmisión. La desalineación conduce a desgaste inconsistente de la correa y fallo prematuro por tracción debido a carga desigual de miembros de tracción. Y aunque una correa síncrona es resistente a abrasión, corrosión y soluciones de lavado cáustico usadas en la industria de manipulación/procesamiento de alimentos, puede no ser adecuada para entornos altamente corrosivos donde la cadena resistente a corrosión sea mejor opción.

Una idea errónea sobre correas síncronas es que no son adecuadas para transmisiones serpentinas. Los ingenieros de diseño pueden pensar que la cadena de rodillos es la única opción cuando una carga debe accionarse desde ambos lados; sin embargo, correas síncronas de goma de doble cara ofrecen muchas de las mismas ventajas de ahorro de coste sobre la cadena de rodillos que sus primas de una cara.

Debido a sus altas calificaciones de eficiencia (hasta 99 % de forma continua para algunos sistemas de transmisión), las transmisiones por correa síncrona también pueden reducir costes energéticos comparadas con transmisiones por cadena de rodillos o correa en V.

Conclusión

Consideradas sobre una base de coste de propiedad, un sistema de transmisión por correa síncrona puede ser más rentable que una transmisión por cadena de rodillos o correa en V comparable. Aunque un sistema síncrono puede costar inicialmente un promedio de 30 % más que una transmisión por cadena de rodillos estándar comparable, tiene muchas ventajas de ahorro de coste para gerentes de mantenimiento e ingenieros de diseño.

En el mercado MRO, las transmisiones síncronas pueden reducir enormemente los costes operativos diarios y aumentar la producción comparado con el tiempo de inactividad y productividad perdida resultantes del mantenimiento frecuente y sustitución de transmisiones por cadena de rodillos y correa en V. Los ingenieros de diseño de sistemas de transmisión que eligen una transmisión síncrona pueden dar a sus productos una ventaja competitiva proporcionando productos de mayor rendimiento, más duraderos, más limpios, más silenciosos y libres de mantenimiento que operan a menor coste total.

Este artículo fue escrito por el departamento de aplicaciones de productos de transmisión de potencia de Gates Corporation. Para saber más, visite www.gates.com.