1. Acoplamiento Hidráulico 1.1.Introducción

El desarrollo de acoplamientos hidráulicos comenzó en los años 60 pasando, pasando a los acoplamientos de alta potencia y alta velocidad de rotación, así como la segunda generación de acoplamientos hidráulicos de velocidad de rotación media a finales de los años 80.

Desde la década de los 90 hasta nuestros días, los acoplamientos hidráulicos han seguido mejorándose y no han dejado de aparecer nuevos productos que en la actualidad alcanzan una potencia de transmisión de 6000 kW, un rango de regulación de hasta 5:1 y una velocidad giratoria de salida que puede diseñarse con engranajes de aumento en función de las necesidades del cliente. Actualmente, los acoplamientos se han aplicado con éxito a bombas de alimentación de calderas con capacidades de 300 MW, 200 MW, 135 MW y 125 MW para centrales térmicas; dichas bombas de agua admiten variación continua de velocidad. Toda esta serie de productos de acoplamiento puede aplicarse también a máquinas que precisen ajuste de velocidad, como bombas en línea, ventiladores de aire, bombas de ceniza y material, y amoladoras de carbón.

Los engranajes de transmisión del acoplamiento hidráulico se componen principalmente de algunos mecanismos, dispositivos e instrumentos eléctricos, incluyendo acoplamientos de alta velocidad de rotación, engranajes de aceleración, engranajes de ajuste de velocidad, bombas de alimentación de aceite, bombas de aceite lubricante estructurada de engranajes planetarios, bombas auxiliares, filtros, válvulas de control, válvulas de descarga, accionadores eléctricos y controles de presión. Además, los engranajes de transmisión cuentan también con dos sistemas: el sistema de trabajo y el sistema de lubricación. Cuando se define la velocidad de rotación de entrada, la velocidad de rotación de los engranajes de cambio puede producir un aumento de la velocidad del eje de salida.

1.2.Principio de Funcionamiento

Un acoplador hidráulico (también llamado acoplamiento hidráulico, acople hidráulico o turboacoplador) es un elemento de transmisión de potencia que basa su funcionamiento en el Principio de Föttinger escrito por Hermann Föttinger (1877-1945).

De acuerdo con ese principio, una determinada potencia puede ser transmitida de un eje rotante (eje de entrada o eje motor) a otro eje (eje de salida) a través de dos ruedas alabeadas y un fluido de transmisión. Una de las ruedas alabeadas (rueda primaria o rueda bomba) gira solidariamente al eje motor o a la máquina que genera la potencia a transmitir. La otra rueda (rueda secundaria o rueda turbina) está mecánicamente unida a la máquina que va a ser accionada. Ambas ruedas alabeadas se colocan cara a cara, con una separación mínima entre ellas pero sin contacto mecánico entre ambas y envueltas en un compartimiento cerrado que contiene una determinada cantidad de fluido de transmisión (por ejemplo, aceite hidráulico). En cuanto la rueda bomba, accionada por el eje motor, empieza a girar, la energía mecánica de rotación se transforma en energía cinética del fluido de transmisión, que es impulsado por los álabes de dicha rueda bomba. El fluido impulsa a su vez a la rueda secundaria, transformándose su energía cinética de nuevo en energía mecánica, pero ya en el eje de salida.

Se obtiene, por tanto, una transmisión hidráulica sujeta a pérdidas (aproximadamente un 3% de pérdidas en velocidad si la cantidad de fluido de transmisión es la adecuada). Lo que el principio de Föttinger dice es que el par se mantiene constante en ambos ejes, de forma que las pérdidas de velocidad equivalen a pérdidas de potencia.

Mediante esta forma de transmisión se consigue:

Poder arrancar progresivamente el eje secundario, venciendo así la inercia que pueda tener ese eje.

Separar mecánicamente ambas partes, para que un bloqueo o sobrecarga en la máquina accionada (eje secundario) no impacte directamente sobre la máquina motriz.

Poder variar la velocidad del eje secundario (velocidad de salida), mediante un control adecuado de la cantidad de fluido de transmisión presente entre las ruedas alabeadas.

La utilización del acoplador hidráulico como elemento de arranque y de variación de velocidad es habitual en cintas transportadoras, ventiladores, bombas, molinos y diversa maquinaria industrial.

Debe tenerse en cuenta que las pérdidas de potencia inherentes a la transmisión hidráulica serán transformadas en calentamiento del fluido de transmisión, por lo que debe calcularse si el acoplador hidráulico es capaz de disipar ese calentamiento a través de su superficie o si es necesario un sistema de refrigeración para el mismo.

1.2.1. Modos de funcionamiento

El acoplamiento funciona con una cantidad constante de fluido de operación, que suele ser aceite mineral. Pueden crearse diseños para funcionamiento con agua. El par transmitido por el motor de accionamiento es convertido en energía cinética del fluido de operación en la rueda bomba donde se conecta el motor. En la rueda de la turbina, esta energía cinética se convierte de nuevo en energía mecánica. Existen tres modos de funcionamiento definidos:

- Detención o paradaLa totalidad del fluido de operación que se encuentra en el acoplamiento no circula

- ArranqueCuando la velocidad aumenta, el fluido de operación en el circuito de servicio se acelera mediante la rueda de la bomba. El flujo de circulación creado de esta forma es confrontado por la rueda turbina, provocando el movimiento de esta última. El desarrollo del par se determina por medio de la curva característica del acoplamiento, mientras que las características de arranque pueden modificarse con una disposición apropiada de las cámaras de compensación (cámara de retardo, cámara anular)

- Operación NominalLa baja diferencia de velocidad entre la rueda de la turbina y de la bomba (el denominado deslizamiento nominal) hace que la condición del flujo en el acoplamiento sea estacionario. Solo se transmite el par requerido por la máquina accionada.

1.3.Ventajas del uso de acoples hidráulicos

La velocidad del mecanismo propulsado puede ajustarse de forma continua, permitiendo alcanzar objetivos de ahorro de energía.

Es posible realizar arranques sin carga o con carga parcial, lo cual hace más sencillo el arranque del mecanismo propulsado.

Las máquinas y equipos están protegidos, las unidades funcionan con seguridad y se mejora su fiabilidad.

Es más cómodo conseguir el ajuste íntegro del proceso y la automatización. Se reducen los impactos y las vibraciones, aumentándose así la vida útil de las máquinas y

equipos. Aceleración fluida de las masas más grandes.

Adecuado para motores jaula de ardilla. Arranque y aceleración del motor sin carga. No se requieren modifi caciones del motor. Limitación del par durante el arranque. Amortiguación de golpes efectiva. Protección de sobrecarga para el motor y la máquina accionada. Compensación de carga para accionamientos con varios motores.

1.4.Aplicaciones

Manejo de materiales y transporte

Cintas transportadoras Elevadores de rueda de álabes Transportadoras de cadena Apiladoras y recuperadores Dispositivos de carga para puertos

Maquinas de procesamiento mineral

Chancadores Trituradoras Molinos Transportadoras con blindaje delantero Cargadoras de etapa Cintas transportadoras Perforadoras de túneles Rotopalas

Industria química

Centrifugadoras Bombas Ventiladores Mezcladoras

1.5.Selección de Acoplamiento Voith

Los factores fundamentales de diseño de un acoplamiento hidráulico son la potencia y la velocidad del motor. Después de definir la potencia nominal y la velocidad nominal necesarias, el diagrama que aparece a la derecha permite determinar el tamaño adecuado del acoplamiento. Las distintas condiciones requieren procedimientos de arranque diferentes (curva característica) para el

acoplamiento. Los criterios más importantes en este sentido son el momento de inercia de la masa, la limitación de par y la frecuencia de los arranques.

Acoplamiento Hidráulico tipo T y DT

El acoplamiento hidráulico de tipo T es la versión básica de los acoplamientos con llenado constante, y están formados por una rueda de bomba, una rueda de turbina y un armazón exterior. La incorporación de otros componentes en esta configuración básica ha permitido crear una gama amplia de opciones. El acoplamiento hidráulico suele montarse en el eje de la máquina o en el eje de la caja de transmisión que debe accionarse (accionamiento de la rueda exterior). Para poder compensar las ligeras imprecisiones de la instalación, se utiliza un acoplamiento de conexión flexible para unir el acoplamiento y el eje de entrada. La utilización de este tipo de acoplamiento hidráulico se recomienda cuando se necesita amortiguación de vibración y protección de sobrecarga para el motor y la máquina accionada. Además, también pueden usarse para sistemas más sencillos en el rango de rendimiento inferior. El acoplamiento de tipo DT tiene dos circuitos de trabajo coaxiales que funcionan en paralelo. Utilizando un doble circuito, la salida del acoplamiento del mismo tamaño puede duplicarse de forma efectiva.

Acoplamiento Hidráulico tipo TV y TVV

La versión "TV" cuenta con una “cámara de retardo” que se conecta mediante flange a la rueda exterior del acoplamiento. En el estado de detención, una proporción del fluido de operación permanece en esta cámara para reducir el volumen en el circuito de servicio.

Acoplamiento Hidráulico tipo TVVS

Bibliografia

- Wikipediahttps://es.wikipedia.org/wiki/Acoplador_hidr%C3%A1ulico

- Acoplamientos Hidráulicos Voithhttp://voith.com/en/374_sp_cr128_es_voith-acoplamientos-hidraulicos-con-llenado-constante.pdf

- Shenyang Blower Works Grouphttp://www.sbw-turbo.com/Sp/product_show.asp?productid=153&TypeAid=14&TypeBid=118&TypeCid=0