Es un mecanismo para transmitir energía en forma horizontal y/o vertical, constituida por elementos rígidos en serie, de manera que formen mallas o eslabones teniendo la posibilidad de girar en torno a un eje común. Se emplea para transmitir el movimiento entre dos ejes paralelos que se mueven en el mismo sentido. Las cadenas están sujetas de forma que uno de los lados opera a tensión y el otro soporta solo su carga.
La función principal de las cadenas es transmitir movimiento a las catarinas y estas a su vez al tren potencia.
Existen varios tipos: Galle, de manguitos, de rodillo, dentadas y desmontables.
Las cadenas Galle están constituidas por pasadores cilíndricos unidos entre sí, por medios de placas. Al ser de escasa duración y aptas tan solo para transmisiones lentas pronto fueron desechadas por los fabricantes.
Las cadenas de manguitos o Zobel son las más adecuadas para la transmisión de movimiento, en las cuales los pasadores son solidarios a las placas exteriores y giran en el interior de unos manguitos unidos a las placas interiores. En general permiten velocidades de 3-4m/s, con un límite de unos 12m/s en caso de transmisión.
TRANSMISIONES POR CADENA
Este tipo de transmisiones trabajan de acuerdo con el principio de engranaje. En las transmisiones por cadena que tienen el esquema de transmisión flexible abierta, en lugar de las poleas lo ocupan ruedas dentadas, a las que se llama "Catarina" y para transporte de energía se usa la cadena.
En estas transmisiones el engranaje tiene lugar entre los dientes de la Catarina y los eslabones de la cadena. Dichas transmisiones se emplean cuando las distancias entre los ejes son considerables (hasta 4m). Estas transmisiones poseen una relación de engranaje constante y elevado rendimiento, cuya constante de eficiencia alcanza 0.98 %
La relación de transmisión "i&µ" es la razón entre la velocidad del eje más rápido dividido por la velocidad del eje más lento. Con este valor se obtiene el tamaño de las catarinas a utilizar.
La relación "i´ debe corresponder a la razón entre la cantidad de dientes de la catarina grande (la del eje más lento) denominada corona, dividida por la cantidad de dientes de la catarina pequeña (la del eje más rápido) denominada piñón.
i=Zc/Zp
Zc: cantidad de dientes de la corona
Zp: cantidad de dientes del piñón
Para el piñón se recomienda una cantidad mínima de 15 dientes para un giro más suave de la corona.
Como este valor de "i´ no va a coincidir con el calculado, se selecciona Zc lo más cerca al ideal.
Existen catarinas de línea pero generalmente hay que fabricar aquellas con cantidad de dientes no estándar.
TAMAÑO DE LA CADENA
El tamaño de una cadena está representado por la separación entre ejes de los rodillos, a esto se le denomina paso (P), existen en la serie BS (British Standart) los pasos:1/4 " (6,35mm) 3/8 "(9,525mm),1/2 " (12,70mm), 5/8 " (15,875mm), 3/4 " (19,05mm), 1 " (25,40mm), 11/4 " (31,75mm), 11/2 " (38,10mm), 13/4 " (44,45mm) y 2 " (50,80mm) que son las más comunes.
Además las cadenas pueden ser de una, dos, tres o varias hileras (sencillas, dúplex, triplex, etc.) guales en paralelo. A mayor paso y a mayor cantidad de hileras, la cadena resiste mayor carga.
Para una vida útil adecuada se recomiendan las siguientes distancias entre centros (C):
El largo de una cadena se expresa en número de pasos deben ser una cifra "par" con objeto de unir los extremos usando para ello un eslabón desmontable llamado "candado" o medio paso.
CADENA DE RODILLOS
Es el mecanismo de impulsor más común para la transmisión de "potencia mecánica" en el uso industrial. Se compone de una serie de rodillos cilíndricos cortos y unidos por enlaces secundarios. Esta a su vez es impulsada por una rueda dentada llamada piñón o catarina. Se trata de un eficiente medio de transmisión de energía.
Pasador: está en relación a los esfuerzos que se ejercen sobre él y las deflexiones transmitidas por su placa. Este actúa sobre el casquillo como arco de contacto entre los dientes del piñón, y los esfuerzos que el pasador debe soportar: es la fuerza total de la transmisión, resistencia a la flexión, y también deben tener suficiente resistencia para las fuerzas de impacto.
Las cadenas son elementos transmisores de energía que producen las maquinas y la trasmiten en forma confiable, convirtiéndolas en transportadores de potencia sin embargo, debido a sus múltiples componentes su eficiencia no es alta, por lo que tiene que recurrirse a sistemas adicionales como es la lubricación.
La cadena de rodillo de acero es una de las más comunes y está formada por series de piezas que giran e interactúan como cojinetes o rodamientos, cada conjunto o eslabón ocupa una distancia precisa con respecto al otro mediante placas. El conjunto – cojinete está formado por un pasador y un casquillo, sobre el que gira el rodillo de la cadena. El pasador y el casquillo son integrales lo que permite una articulación operar a grandes esfuerzos, y para soportar las presiones generadas por la carga y la acción de engrane a través de los rodillos de cadenas, generalmente las placas exteriores e interiores se someten a tratamientos metalúrgicos de templado para obtener una mayor resistencia a la tensión y fricción.
1. Cadena de acero.2. Cadena forjada3. Cadena de acero de molde4. Cadena de hierro fundido5. Cadena de lona y plástica.
Los primeros tres tipos de cadena son de mayor uso en los equipos de perforación ya que es potencia pura, sin embargo, los dos últimos tipos se utilizan en mecanismos especiales. Por ejemplo, en la transmisión y movimientos de algunos indicadores de parámetros de perforación usamos los tipos 4 y 5.
La cadena de rodillo, sus componentes son: placa interior, placa exterior, casquillo, pasador y rodillo como se muestra en la figura siguiente:
Clasificaremos las cadenas según sus aplicaciones, que se pueden dividir ampliamente en seis tipos:
1.* Cadena de la transmisión de energía.2. Cadena pequeña del transportador de paso largo.3. Cadena del transportador de precisión.4. Cadena superior.5. Cadena de flujo.6. Cadena grande del transportador de paso largo.
El primero se utiliza para la transmisión de energía, los otros cinco se utilizan para el transporte. En la sección de los usos, describiremos las aplicaciones y las características de cada tipo de cadena siguiendo la clasificación antes dicha.
Estructura básica de la transmisión de energía en la Cadena
Una configuración típica para la cadena de RS60-type se demuestra en el la figura siguiente
Placa exterior e interior
La placa es un componente que soporta la tensión que se ejerce en la cadena. Estas generalmente están sometidas a cargas de fatiga y acompañado a veces por fuerzas de choque. Por lo tanto, la placa debe tener no solamente gran fuerza extensible estática, sino que también debe soportar a las fuerzas dinámicas de las cargas de choque.
Pasador
El pasador está conforme a las fuerzas que se ejercen sobre ella y de flexiones transmitidas por la placa. Este a su vez actúa junto al casquillo como arco de contacto de los dientes del piñón, cuando las flexiones de la cadena se ejercen durante el contacto con el piñón. Por lo tanto, el trabajo del pasador es: soportar toda la fuerza de transmisión, resistencia a la flexión, y también deben tener resistencia contra fuerzas de choque.
Casquillo
El casquillo es de estructura sólida y se rectifican al ser maquinados, con el resultado que da una base cilíndrica perfecta para el rodillo. Esta característica maximiza la duración del rodillo en condiciones de alta velocidad y da una seguridad más consistente de la placa interior sobre el casquillo.
Rodillo
Está sometido a la carga de impacto cuando está en contacto con los dientes del piñón con la cadena. Después del contacto, el rodillo cambia su nivel de balance. Se sostiene entre los dientes del piñón y del casquillo, y se mueve en la cara del diente mientras que recibe una carga de compresión.
Además, la superficie interna del rodillo constituye una pieza del cojinete junto con la superficie externa del buje cuando el rodillo rota en el carril. Debe ser resistente al desgaste y todavía tener fuerza contra choque, fatiga, y la compresión.
Ventajas
Sin deslizamientos.
Se mantiene constante la relación de velocidades
El rendimiento es elevado: 98% (aprox.)
La carga de trabajo sobre varios dientes del Piñón prolonga la vida útil de la cadena.
La clásica elástica de cadena, sumada a la película lubricante que se forma entre las partes móviles, amortiguan los golpes por cargas intermitentes.
Para solicitar una cadena: se requiere los siguientes datos:
Longitud (en metros, en pasos o cantidades de rodillos).
Paso.
Luz interior.
Diámetro del rodillo
Cantidad de hileras (simple, doble o triple) y de ser doble o triple indicar el paso transversal.
Especificar si se necesitan uniones o medio eslabón.
Como solicitar un piñón: se requiere los siguientes datos:
Cantidad de dientes.
Datos de la cadena según la lista anterior.
Diámetro del eje en que será montado.
Lubricación:
Por goteo: de 170 fpm. A 650 fpm.
Por baño de aceite: de 650 fpm. A 1500 fpm.
Por bomba: por arriba del 1500fpm
Mantenimiento:
Tipo de lubricación correcta de acuerdo a la velocidad de la cadena.
Lo más frecuente posible es: quitar la cadena, lavar a fondo con nafta y sumergirla en aceite pesado o grasa caliente, para que penetre en todos los pernos, bujes y rodillos. Luego escurrir fuera del recipiente que contenga el baño caliente, limpiar con aire a baja presión y volver a colocarla en su lugar de trabajo.
ACCESORIOS PARA CADENA
Unión: es la pieza necesaria para empalmar entre si los extremos de una cadena.
Media malla: es el elemento necesario para quitar o sumar un solo paso de cadena y poder ajustar así, la tensión de la misma, especialmente cuando se trata de distancias fijas entre ejes.
Distancia entre ejes:
Los mandos a cadena no tienen centros precisamente limitados, a menos que sean necesarios por las partes accionadas. Es conveniente tener presente que una distancia demasiada anormal, es causa de desgaste prematuro de la misma, con el inconveniente además, es reducir la cantidad de dientes engranados, particularmente cuando la relación de mando es elevada, y con demasiado ruido.
Las distancias largas tampoco son convenientes, por la flexión en el paso de la cadena. Dentro de una amplia escala, está determinada como distancia mínima entre ejes, la equivalencia de: "una vez el diámetro de la rueda grande mas la mitad del diámetro del Piñón".
E N G R A N E S
Los engranes son ruedas cilíndricas dentadas que se emplean para transmitir movimiento y potencia desde un eje o flecha giratoria a otro. Los dientes de un engrane impulsor se insertan, enlazándose con precisión, en los espacios entre los dientes de engrane que es impulsado o en los eslabones de cadena.
Los dientes impulsores mueven a los dientes del engrane o eslabones que son los impulsados, ejerciendo una fuerza perpendicular o paralela al radio del eje. Por consiguiente se transmite un par de torsión y, debido a que el engrane está girando, también se transmite potencia.
Tipos de engranes
Existe una gran variedad de engranes, dependiendo de la forma de los dientes y parámetros correspondientes.
Por otro lado, se denomina "piñón" al engrane
más pequeño y "corona" al engrane mayor.
Engrane recto.
Es el más sencillo y comúnmente utilizado en la maquinaria de perforación, no produce esfuerzo ni deslizamientos hacia los extremos de los ejes. Tienden a producir más ruido que otros tipos y son de baja velocidad.
Engranes helicoidales
Son engranes denominados de esa manera por la formación y desarrolo de sus dientes de hélice, ya que están cortados diagonalmente, formando un ángulo llamado "ángulo de la hélice", varia de 20 a 54 grados angulares.
Este tipo de engranes, son más silenciosos y de funcionamiento más suave, debido a que la superficie de contacto entre dientes, es mayor que el engrane recto.
Los engranes helicoidales. Producen un empuje lateral, tanto en los engranes, como en las flechas; y para contrarrestar este efecto, tienen que usarse chumaceras de empuje. Para evitar este empuje axial (a lo largo de la flecha), se utilizan engranes de hélices opuestas, o bien, engranes helicoidales que tienen 2 series de dientes dispuesto en "V" con los que neutralizan los empujes axiales, evitando así el utilizar chumaceras de empuje.
Engrane sinfín
Ofrece como ventaja reducción de velocidad y, un aumento importante de la ganancia mecánica. El engrane sinfín solamente tiene un diente mientras que el piñón puede tener los que el diseño lo permitan.
Esa gran ganancia mecánica y la posición relativa de los dientes hacen que el mecanismo no opere en reversa, por lo que no es posible hacerlo funcionar si conectamos el piñón al árbol motriz y el sinfín al conducido.
El espacio que ocupa es mínimo en relación a otras opciones (multiplicador de velocidad, tren de engranajes).
C A T A R I N A S
La Catarina es una rueda con perímetro totalmente cubierto de dientes, las hay en forma sencilla, dúplex, etc. El tipo más común en perforación es usado en la toma de fuerza de la rotaria.
Para conseguir un funcionamiento correcto, este mecanismo suele girar solidario con su eje, por lo que ambos se ligan mediante una unión desmontable que emplea otro elemento denominado chaveta.
FLECHAS MECANICAS
La maquinaria rotatoria de perforación está dotada de flechas de transmisión, a fin de transferir energía de un sitio a otro. En el diseño de maquina se requiere tomar todas la cualidades para una diseño correcto de una flecha mecánica, toda vez que el transporte de energía produce torsión y fatiga en la misma.
Las flechas transmiten a la maquina un par de torsión proveniente de un dispositivo impulsor. Y también sirven de soporte para engranes, poleas o ruedas dentadas, mismas que transmiten un movimiento rotatorio de una a otra flecha, engranes, bandas o cadenas. La flecha es parte integral de mecanismos como, malacates, motores de combustión interna, rotarias, agitadores y otros.
Vibraciones mecánicas
Definición
Movimiento de partículas o cuerpos en oscilación alrededor de una posición de equilibrio. La mayoría de ellas afectan a máquinas y elementos, además son indeseables debido al aumento de los esfuerzos y a las pérdidas de energía que las acompañan. Por lo tanto, es necesario eliminarlas o reducirlas en el mayor grado posible mediante un diseño apropiado e ingenieril.
Causas
Básicamente se encuentran estrechamente relacionadas con tolerancias mecánicas fuera de especificación, desajustes, movimientos relativos entre superficies en contacto, desbalanceo de piezas en rotación u oscilación, etc.; es decir, todo el campo de la tecnología mecánica. Los fenómenos anteriormente mencionados producen casi siempre un deslizamiento del sistema, desde su posición de equilibrio, originando con ello una vibración mecánica.
Consecuencia de las vibraciones
La mayor parte de vibraciones en máquinas y estructuras son indeseables porque incrementan los esfuerzos, también las tensiones, además las pérdidas de energía a que están sujetas. Son fuente de desgaste de materiales, daños por fatiga, de movimientos y ruidos molestos. Todo este sistema tiene características elásticas de amortiguamiento y de oposición al movimiento; unas en mayor o menor grado a otras; pero se debe a que están diseñados bajo esas características lo que hace que el sistema vibre cuando es sometido a un desalineamiento. Este desajuste mecánico se puede controlar, siempre y cuando anexemos acciones de ajuste cuya función de transferencia sea igual a la , "a toda acción corresponde una reacción de igual intensidad pero de sentido contrario". "Si la vibración tiene una frecuencia igual al del sistema, la amplitud de respuesta puede exceder la capacidad física del mismo, ocasionando su destrucción ".
Los sistemas vibratorios trabajan como sistemas forzados y su análisis adquiere importancia debido a que los problemas de las maquinas en operación, es la resonancia por falta de alineamiento y/o balanceo.
La frecuencia natural es la de los sistemas vibratorios en la excitación libre, y que el cálculo de frecuencias naturales es importante.
VIBRACIONES SUS DIFERENTES TIPOS Y CAUSAS
Desbalanceo.
Desalineamiento.
Excentricidad.
Rodamientos defectuosos.
Rodamientos de chumaceras defectuosos.
Lubricación inadecuada.
Aflojamiento e inseguridad mecánica.
Bandas de accionamiento.
Problemas de engranaje.
Fallas y ruidos eléctricos
Unos de los indicios más importantes de problemas de desalineamiento, es debido a que existen ejes torcidos y presencia de una falta de nivelación de ejes en ambos sentidos, radial y axial. Cada vez que la amplitud de vibración axial sea mayor que la mitad de la lectura radial más alta, hay un buen motivo para la existencia de un problema de alineamiento o eje girado o torcido.
Un des alineamiento aun con coples flexibles, produce fuerzas tanto radiales como axiales que, a su vez, producen vibraciones en el mismo sentido.
Los tres tipos básicos de des alineamiento en el acoplamiento son:
Angular: se debe principalmente a que los ejes de las maquinas accionadoras y accionadas vibran axialmente igual a la velocidad de rotación (rpm) del mismo.
Paralelo: produce principalmente vibración radial con una frecuencia igual al doble de la velocidad de rotación del eje.
Excentricidad por vibración: otra de las causas en la maquinaria rotativa. Excentricidad en este caso significa "fuera de centroide", en que la línea del eje no es la misma que la línea del rotor del centro de rotación verdadero difiere de la línea central geométrica.
La excentricidad es en realidad una fuente común de desbalanceo, y se debe a un desbalanceo de mayor peso de un lado del centro de rotación.
Una manera de diferenciar entre desbalanceo y excentricidad es medir la vibración cuando el motor está funcionando bajo corriente y carga, y al trabajar el motor en vacío, observaremos un cambio en la amplitud de la misma. Si la amplitud se reduce gradualmente mientras el motor sigue girando por inercia, es muy probable que el problema sea el "desbalanceo"; si, en cambio, la amplitud de vibración desaparece en el momento en que el motor es desconectado, es por naturaleza eléctrica/ motor c.i diesel, y es muy posible que exista excentricidad en el inducido.
La excentricidad en rodamientos de ventiladores, sopladores, bombas y
compresores pueden también crear fuerzas vibratorias. Las fuerzas aerodinámicas
e hidráulicas desiguales que actúan contra el rotor producen vibración.
La vibración por elementos rodantes defectuosos es debido a pistas en malas condiciones, también los baleros y los rodillos de elementos rodantes ocasionan vibración y ondas de calor de alta frecuencia; La amplitud de la vibración dependerá de la falla de los componentes del rodamiento. Como son: pistas interior y exterior, rodillos, bolas y sellos.
La vibración generada por el rodamiento normalmente no es transmitida a otros puntos de la máquina. El rodamiento que se daña en primer orden en un sistema, es generalmente el que se encuentra más cerca del punto donde ocurre el mayor nivel de vibración.
Los rodamientos no fallan prematuramente a menos que alguna otra fuerza
actué sobre ellos, como defectos de fabricación, mala instalación,
sobre calentamiento, etc. son generalmente las mismas que ocasionan vibración.
Causas comunes de fallas en los rodamientos:
Lubricación inadecuada
Montaje defectuoso
Corrosión en pistas y rodamientos
Alineamiento inadecuado
Ajuste incorrecto
Carga fuera de especificación
Tolerancias fuera de normatividad
Desprendimiento de metal
deformación por exceso de carga
Deformación por falta de carga
Corrientes eléctricas parásitas
Sobre calentamiento
Falta de lubricación
Falta de limpieza
El mantenimiento predictivo debe basarse en técnicas que permitan el monitoreo del estado de los componentes de las maquinas para incrementar su confiabilidad. La herramienta más completa para el mantenimiento de maquinas rotativas consiste en la implementación de un programa de Mantenimiento Predictivo basado en Análisis de Vibraciones.
El Análisis de Vibraciones es una herramienta indispensable, mediante esta técnica se puede monitorear el funcionamiento de los distintos elementos de la transmisión dinámica de una maquina, tales como: ejes, rodamientos, chumaceras, engranes, poleas y soportes, esto para predecir fallas y establecer medidas correctivas y mejorar así la confiabilidad de las maquinas.
VIBRACIÓN DEBIDO A HOLGURA MECANICA
La holgura mecánica y la acción de golpeteo se producen a una frecuencia que a menudo es 2 veces mayor, o múltiplos más elevados de la misma. La vibración puede ser resultado de pernos de montaje sueltos, holgura excesiva en los rodamientos, fisuras en la estructura o en la caja de rodamientos del soporte.
VIBRABRACION DEBIDO A BANDAS FLOJAS
Las bandas accionadoras tipo en "V", son comúnmente usadas en la maquinaria de perforación para la transmisión de potencia, debido que tienen alta capacidad de absorción de golpes, choques y vibraciones.
Los problemas de vibración asociados con las bandas en "V" son clasificados generalmente por:
El equipo al estar en operación genera alteraciones que repercuten
en la banda.Vibraciones creadas por el desgaste de la banda.
Las bandas en "V" al aflojarse por el esfuerzo del trabajo
son consideradas como fuente de vibración común, ya que es
fácil de observar cómo estas saltan y se sacuden entre poleas.
el reemplazo de las bandas es una de las primeras prioridades de corrección
en los programas de mantenimiento.
VIBRACION DEBIDO A FALLAS ELECTROMAGNETICAS
Este tipo de vibración es normalmente de fuerzas magnéticas desiguales que actúan sobre el rotor o el estator. Dichas fuerzas desiguales pueden ser debidas a:
Rotor ovalado
Chumaceras excéntricas
Estator excéntrico
Falta de alineamiento entre el rotor y el estator
entre-hierro no uniforme
Devanados abiertos o en corto circuito
Ruidos electromagnéticos
Torsión
El par de torsión es el momento físico cuando se aplica un par de fuerza sobre el eje longitudinal de un elemento en movimiento mecánico, en general el elemento donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
El par de torsión es la característica de dos ejes moviéndose en sentido contrario uno con respecto al otro.
Moviemiento rotatorio
CONVERTIDOR DE TORSION
Es un mecanismo que nos transforma en movimiento rotaorio en un par torsional o de fuerza, se utiliza en los cambios automáticos en sustitución del embrague, y realiza la conexión entre la caja de cambios y el motor. En este sistema no existe una unión mecánica entre elcigüeñal y el eje primario de cambio, sino que se aprovecha la fuerza centrífuga que actúa sobre un fluido (aceite) situado en el interior del convertidor.
Consta de tres elementos que forman un anillo cerrado en forma toroidal, en cuyointerior está el aceite. Una de las partes es el impulsor o bomba, unido al motor, con forma de disco y un acanalado interior en forma de aspa para dirigir el aceite.
En el interior está el reactor o estator, también acoplado al cambio. Cuando el motor está parado, las dos mitades principales del convertidor giran independientes. Pero al empezar a acelerar, la corriente de aceite se hace cada vez más fuerte, hasta el punto de que el impulsor y la turbina (es decir, motor y cambio), giran solidarios, arrastrados por el aceite.
Componentes del Convertidor de torque
Las partes que lo integran, son cinco componentes que interactúan entre si y que producen la conexión y acoplamiento del motor de combustión interna y la transmisión de un equipo, estos son:
Impulsor o Bomba
También conocido como impelente. Este elemento tiene paletas que se encargan de impulsar el aceite a la turbina. Se considera el elemento conductor, debido a que es el que recibe el movimiento del motor, al que está unido, e impulsa el aceite contra él.
El impulsor o bomba, está fijado al volante del motor y la turbina y al eje de entrada de la transmisión, cuando se arranca el motor, el impulsor comienza a girar y empuja el aceite desde su centro hacia el borde exterior.
Turbina
La turbina, va acoplada a la caja de transmisión. La parte de la bomba del convertidor envía aceite presurizado hacia la turbina para hacerla girar, está conectada a una flecha, para transferirle potencia a la transmisión. Su función es circular el aceite enviado por el impulsor. La turbina gira en conjunto con el eje de salida ya que estos están unidos en un mismo eje.
Estator
Este mecanismo mejora las condiciones de funcionamiento en la circulación del aceite, su función es redirigir el aceite usado en la turbina y enviarlo al impulsor, y cambiar su dirección, esto permite aumentar la presión del aceite. Dentro del estator se encuentra un cojinete de un solo sentido, lo que permite que este solo gire en un determinado sentido.
El estator se usa para redirigir el flujo de la turbina de regreso hacia la parte de la bomba, para completar el flujo de aceite. Está montado sobre un mecanismo de rueda libre que le permite desplazarse cuando los elementos del convertidor giran a una velocidad aproximadamente igual.
Eje de salida
Está conectado a la base de la turbina y transmite el par al eje de entrada de la transmisión. El eje de salida está conectado a la transmisión mediante una horquilla y un eje de mando o directamente al engranaje de entrada de la transmisión, recibe la fuerza desde la turbina y la entrega al eje de entrada de la transmisión.
Aceite hidráulico
Es un fluido que transmite el movimiento de los componentes internos del convertidor, además de amortiguar cualquier vibración del motor antes de que pase a cualquier parte de la transmisión. Se ilustra el concepto básico de un conjunto de convertidor de par de tres elementos, que consta de una turbina, un estator y una bomba (impulsor).
TURBO – ALIMENTACION
SOBRE – ALIMENTACION
Ejemplo tipico
Los turbo-compresores en contraste con los sobre- alimentadores, no son accionados por los gases de escape, mecánicamente si, por el motor. A través de bandas, cadenas, ejes, engranajes, son los métodos más comunes para el movimiento de un sobre alimentador. El compresor consume alrededor de 150 caballos de fuerza o 110 Kw (27.5%). Sin embargo, los beneficios superan a los costos: Para que la unidad consuma 150 caballos de fuerza, el motor deberá generar una potencia básica de 400 caballos de fuerza (100%), con una ganancia neta de 250 caballos de fuerza 190 Kw (62.5%). Aquí es donde la desventaja principal de un compresor se hace evidente: la potencia interna del motor debe ser mayor que la de salida neta de la unidad.
En comparación, el turbo-compresor es más eficiente ya que no trabaja con carga mecánica directa en el motor. Utiliza el potencial y la energía cinética de los gases de escape para accionar el compresor. En contraste con la sobre-alimentación, los principales inconvenientes son: la contra-presión del aire caliente de admisión, y las ineficiencias de la turbina al accionamiento directo.
El motor diesel en combinación con el turbo-compresor que accionan al compresor, puede este durante la etapa de trabajo compensar las debilidades de uno u otro. Esta técnica se llama twincharging.
En el caso de los motores Electro Motive Diesel (E.M.D) 645E1 de 2 tiempos, el turbocompresor mecánicamente operado no es específicamente un twincharger como lo emplea la asistencia mecánica no sólo durante el arranque, más bien, se emplea el verdadero turbo-compresor después de este, es una modificación en la sección del compresor del turbo-compresor sólo durante el arranque.
El motor c.i diesel EMD de dos tiempos, trabaja en aspiración natural, y de acuerdo a las definiciones SAE, uno de cada dos motores de dos tiempos que tiene un compresor mecánicamente en operación es de aspiración natural y turbo-cargado, sin embargo actualmente y en los equipos de perforación el motor c.i diesel EMD es en su mayoría turbo-cargado.
TURBO LAG
Turbo-compresor se pueden clasificar de acuerdo con los que requieren cambios en la potencia de salida por ejemplo, en los equipos de perforación lacustres, terrestres. Es importante el turbo-compresor en trabajos cuando se requieren cambios rápidos en la potencia de salida y además del ahorro de energía correspondiente.
Turbo retardo es el tiempo requerido para cambiar la potencia de salida en respuesta a un cambio del aceleración súbita, notándose como una lentitud contra la respuesta rápida, esto es cuando se acelera en ralentí comparándolo con un motor de aspiración natural. Se debe al tiempo requerido para que el sistema de escape y turbo-compresor generen el impulso de trabajo.
Inercia, fricción y carga del compresor son los principales contribuyentes a retraso del turbo. Compresores que no presentan este problema, es a que la turbina se elimina debido a que el compresor está accionado directamente por el motor.
El retraso puede ser reducido en varias maneras:
reducir la inercia de rotación del turbo-compresor, mediante el uso de piezas de radio corto para permitir que el carrete gire más rápidamente. Turbinas de cerámica son las adecuadas para este tipo de trabajo.
cambio de la relación de aspecto de la turbina.
aumento de la presión de aire de descarga del compresor y la mejora de la respuesta wastegate (desperdicio) la reducción de las pérdidas por fricción del cojinete.
utilizando los de descarga variable o turbo-compresores de doble entrada (véase más adelante).
disminuyendo el volumen de la tubería de descarga.
el uso de múltiples turbos conectado en paralelo.
usando un sistema de Antilag.
Lag no debe ser confundido con el umbral de impulso. El umbral de impulso de un sistema de turbo, describe el límite inferior de la región dentro de la cual funcionará el compresor. Por debajo de un cierto límite de flujo, un compresor no producirá impulso significativo. Limitar las rpm tiene el efecto de impulso sobre la presión de escape de gas. Actualmente el desarrollo de los turbo-compresores nos ha aumentado la potencia de suministro de manera constante.
Eléctrico-impulsar ("E-impulsar") es una nueva tecnología en fase de desarrollo, que utiliza un motor eléctrico al arranque inicial revolucionando el turbo hasta la velocidad de funcionamiento más rápido que le sea posible y trabajar con los gases de escape disponibles. Una alternativa "E-impulsar" es separar completamente: la turbina del compresor, de la turbina-generador y el compresor eléctrico denominándose esto: turbo-compresor híbrido. Esto permite que la velocidad del compresor permita ser independiente de la turbina. Un sistema similar es utilizado en un accionamiento hidráulico con accesorios de embrague de sobre velocidad que fue instalado en 1981 para acelerar el turbocompresor de la compañía: MV canadiense Pioneer (motor 76J4CR Doxford).
Los turbocompresores generan impulso sólo cuando una cierta cantidad de energía cinética está presente en los gases de escape. Sin flujo de gases de escape no habrá giro de los álabes de la turbina, por lo cual el turbo no producirá la fuerza necesaria para comprimir el aire que entra en el motor. El límite del impulso umbral, está determinado por las rpm del motor, y la apertura de la mariposa de aceleracion. Existe un impulso suficiente que proporciona el gas de escape para comprimir el aire que entra en el motor se llama "impulso umbral de rpm". Reducir el "impulso umbral rpm" puede mejorar la respuesta del acelerador.
Elementos para la vida útil del motor C.I. Diésel
En este artículo técnico explicaremos de los elementos que hacen efectiva la vida útil de un motor c.i. diesel y son: las temperaturas óptimas para la combustión del mismo, los requerimientos de su refrigeración, las condiciones operacionales, el servicio tradicional de los talleres los cuales incrementan los costos de operación, frecuencia en las reparaciones y los costos para mantener a la unidad en su punto óptimo de eficiencia.
DISEÑO DEL MOTOR
Los motores de combustión interna están diseñados para operar eficientemente por un largo tiempo mientras se mantenga la temperatura interna en su valor de diseño. Existe un punto óptimo de temperatura en cada marca, pero todos están dentro del rango de diseño.
Si operamos con la temperatura por encima de este rango:
Corremos el riesgo de reducir la viscosidad del aceite, disminuyendo la protección al desgaste
Provocando incremento de fricción entre las piezas móviles.
Incrementamos el calentamiento de las piezas.
Causando inestabilidad al encender el combustible en el cilindro antes de tiempo.
Si se opera con una temperatura por debajo de este rango:
Aumenta el consumo de combustible porque el sistema ajusta la mezcla para la temperatura del motor.
Acumulando agua en el aceite como residuo de la combustión, causando corrosión, herrumbre, formación de lodos, taponamiento del filtro de aceite y además la circulación de aceite "sucio" por el motor.
Se incrementa el consumo de aceite y desgaste de piezas porque ellas están diseñadas para expandir hasta su tamaño y tolerancia normal cuando están en el rango correcto de temperatura.
Se reduce la potencia del motor por la pérdida de compresión y la falta de temperatura para una combustión eficiente.
Causando herrumbre en el sistema de escape por la falta de evaporación del agua residual de la combustión.
EFECTOS DE LA ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR EN EL REFRIGERANTE Y SU SISTEMA
El punto de ebullición del agua varía en diferentes partes del país de acuerdo a la altitud, encontrándose entre 85ºC a 99ºC. Si no mantenemos el sistema trabajando como fue diseñado, tendremos problemas de pérdida de agua, sobrecalentamiento del motor, y su eficiencia.
El sistema de refrigeración está diseñado para operar presurizado a 15 psi (1 bar). Esta presión está determinada por el diseño de la tapa del radiador. La tapa correcta permite que se incremente la temperatura de ebullición del agua aproximadamente. 25ºC, compensando por una parte la eficiencia que perdemos al estar sobre el nivel del mar.
El no instalar el tapón de radiador, ocasiona una baja del punto de ebullición, problemas de pérdida de agua y posibles daños severos en el motor. El tapón del radiador por sus condiciones de diseño, sellara contra el cuello del radiador y mantendrá la presión correcta. El refrigerante, cuando es correctamente mezclado con el agua aumenta la temperatura de ebullición en (+) 16.7ºC. Cuando combinamos un cierre correcto del tapón, refrigerante, y buen inhibidor tenemos una ventaja de casi 42ºC para compensar por la altura o temperatura del ambiente.
EMBRAGUES Y FRENOS NEUMATICOS
Los sistemas mecánicos necesitan controlarse siempre que haya necesidad de cambiar el sentido del movimiento de uno o más de sus componentes. Cuando un dispositivo se arranca y se pone en movimiento desde un principio, tiene que acelerar a partir del estado de reposo hasta alcanzar la velocidad de operación. Según vaya terminando sus funciones, suele ser necesario que el sistema vuelva al estado de reposo. En aquellos sistemas que operan de manera continua, a menudo es necesario cambiar de velocidad para ajustarse a las distintas condiciones de operación. En ocasiones, la seguridad es la que dicta el método para controlar el movimiento que se va a utilizar, como ocurre en una carga que desciende por medio de un malacate
RODAMIENTOS
COMO LOGRAR UN BUEN FUNCIONAMIENTO
El buen estado de la maquinaria se asegura bajo las condiciones de un rodamiento en perfectas condiciones de trabajo, esto nos conduce a que los mantenimientos del mismo sean los adecuados a los programas elaborados para asegurar que el rodamiento nos proporcionara una vida efectiva de trabajo y una larga vida del mismo, es importante determinar el estado de la maquinaria y de los rodamientos mientras operan en buenas condiciones. Un buen mantenimiento predictivo industrial reducirá el tiempo de paro y disminuirá los costes de mantenimiento.
Se han desarrollado una serie de medida que analizan las condiciones críticas que tengan impacto sobre los rodamientos y el funcionamiento de la maquinaria.
Para cubrir los parámetros más importantes se requiere
medir las condiciones y el estado de la misma y un eficiente funcionamiento
del rodamiento, considerando los siguientes:
Temperatura.
Velocidad.
Ruido.
Estado del aceite.
Vibraciones.
Estado del rodamiento.
DESALACION DE AGUA DE MAR PROCESOS
Es un proceso importante para los países de desarrollo y cada vez es más necesario en los países pequeños, estos proceso es para separar la sal del agua de mar con el único fin de obtener agua para consumo humano y actividades industriales y agrícolas. Desalinización es el proceso de eliminar la sal presente en el agua del mar y convertirla en agua potable que pueda ser aprovechada para el del hombre, a través de un proceso físico-químico se busca eliminar los minerales que podemos encontrar en el agua de mar. A través de la desalinización se puede terminar con los problemas que se encuentran a nivel mundial donde el agua es fundamental y a veces su distribución y su adquisición es muy difícil para algunas personas, el hombre siempre está buscando nuevas fuentes para obtener agua, una de estas fuentes principales es el agua salobre.
La desalación de agua de mar es un desarrollo tecnológico que responde a una necesidad, su función es sustentar la vida y las actividades humanas del personal a bordo de los equipos de perforación marinos: plataformas y barcazas.
Hablar de agua de mar es hablar de los procesos de separación que buscan la eliminación de los elementos que contienen el agua de mar, sean de naturaleza física o química, y que plateas dificultades para su utilización de y unos u otros fines.
LOS PRINCIPALES PROCESOS PARA LA DESALACION DE AGUA DE MAR USADOS EN LAS PLATAFORMAS DE PERFORACION SON LOS SIGUIETES
OSMOSIS INVERSA
EVAPORACION
COMPRESION VAPOR
CONGELACION
1.00DESCRIPCION DE PRINCIPALES PROCESOS
Osmosis Inversa es el mecanismo en el cual se logra revertir el proceso natural de la osmosis mediante la aplicación de una alta presión al lado de la membrana con mayor concentración de sales e impurezas. Con esto se logra que el agua pase al otro lado de la membrana logrando así una mayor cantidad de agua pura, eliminando las sales, la cual queda atrapada en la membrana y escurriéndose hacia el fondo del depósito.
En la figura se representa de forma esquemática un proceso de destilación simple para recuperar agua dulce de agua salada, y que ilustra un medio práctico de efectuar estos tres pasos. Aparecen dos cámaras, un evaporador en el que se forma vapor a partir del agua de mar calentada, y un condensador en donde se destila el vapor condensado. Cada cámara consiste en un haz de tubos, con cajas de agua a los extremos de los tubos para permitir el manejo de los fluidos.
El vapor formado sale del evaporador y entra al lado del condensador, donde se licúa en contacto con la superficie fría de los tubos del condensador, y se descarga como destilado.
DESALACION POR ENFRIAMIENTO
La desalación por enfriamiento Otro, que consiste en enfriar el depósito de agua salada hasta su punto de congelación congela, al congelarse se produce un proceso por el cual el agua con sal se hunde al pesar más y no se congela, ya que necesita una menor temperatura para ello, estando el hielo de la superficie con una menor concentración de sal, siendo este hielo extraído y después fundido para la obtención de agua dulce.
DESALCION DE AGUA DE MAR POR COMPRESION DE VAPOR
La desalación del agua por compresión de vapor, se realiza a través de comprimir el vapor mediante un compresor mecánico, proveniente del proceso del calentamiento del agua salada de mar enviándolo a un recipiente donde se enfría y sufre el proceso de condensación, siendo este producto el agua potable o dulce para usarse en forma comercial en industrial.
En si este proceso debido a que se requiere de mucha temperatura y mucha energía para compresión del vapor resulta muy costoso, por lo que queda sujeto a las plantas de energía eléctrica por generación de vapor y las nucleoeléctricas. Por lo que este procedimiento no es aplicable a las plataformas. (Mas si en la flota marina nuclear).
Autor:
Pedro Zamora Moreno
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