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EQUIPOS DE
CONTROL

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Equipos de Control Tecsup
Agosto 2007

INDICE

1. Variadores de velocidad ................................................................... 3
2. Objetivos ............................................................................................. 5
3. Variadores de velocidad mecánicos................................................ 5
3.1. Ruedas dentadas................................................................... 6
3.2. Reductores de velocidad...................................................... 8
4. Otros variadores de velocidad....................................................... 41
4.1. Variadores de velocidad electrónicos .............................. 41
4.2. Variadores de velocidad hidráulicos ............................... 48
4.3. Otros variadores de velocidad mecánicos....................... 50
5. Válvulas de control.......................................................................... 51
5.1. Introducción ........................................................................ 51
5.2. Objetivos .............................................................................. 51
5.3. Componentes de la válvula de control ............................ 52
5.3.1. Cuerpo de la válvula.......................................... 53
5.3.2. Tapa de la válvula .............................................. 55
5.3.3. Servomotores ...................................................... 58
5.3.4. Accesorios............................................................ 59
6. Funcionamiento de las válvulas de control ................................. 67
6.1. Válvulas de compuerta ...................................................... 67
6.2. Válvulas de globo ............................................................... 70
6.3. Válvulas de mariposa......................................................... 72
6.4. Válvulas de macho ............................................................. 74
6.5. Válvulas de bola.................................................................. 77
6.6. Válvulas de aguja................................................................ 79
6.7. Válvulas en ángulo ............................................................. 79
6.8. Válvulas de diafragma ....................................................... 80
6.9. Válvulas en Y....................................................................... 82
6.10. Válvulas de retención (CHECK)....................................... 82
6.11. Válvula de tres vías ............................................................ 84
7. Selección de las válvulas de control .............................................. 85
7.1. Dimensionamiento de la válvula de control................... 87
7.2. Utilización con líquidos ..................................................... 88
7.3. Utilización con gas, vapor y vapor de agua.................... 89
8. Principales actividades de mantenimiento aplicadas a las
válvulas de control .......................................................................... 96
9. Resumen.......................................................................................... 101
10. Glosario para Válvulas de Control.............................................. 107
11. Anexos............................................................................................. 108

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Tecsup Equipos de Control
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1. Variadores de velocidad

En aplicaciones industriales y mineras existen máquinas y/o
estructuras giratorias que son accionadas por motores eléctricos o
algún otro tipo de motor, pero en muchos de los casos se requiere
que la máquina giratoria o impulsada gire a una velocidad
diferente a la que gira el motor impulsor. Para satisfacer dicha
necesidad existen equipos denominados VARIADORES DE
VELOCIDAD los cuales logran que la máquina impulsada gire a
la velocidad requerida. Los variadores de velocidad más
utilizados son:

• Variadores de velocidad mecánicos.
• Variadores de velocidad electrónicos.
• Variadores de velocidad hidráulicos.

Como ya se mencionó el uso de los variadores de velocidad es
muy difundido en casi todos los procesos productivos en
industrias como por ejemplo:

• Equipos de transporte.
• Agitadores.
• Extrusoras.
• Elevadores.
• Textilería, etc.

A manera de ilustración presentamos algunas aplicaciones en las
que encontramos variadores de velocidad.

Reductor de velocidad usado en un agitador horizontal de
líquidos.

Figura 4.1

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Figura 4.2
Reductor de velocidad usado en una máquina extrusora

Figura 4.3

Alimentador de correa para 10 000 t/h de mineral de cobre, con un ancho de correa
de 3,2 m y largo de 13 m. Uno de los mayores alimentadores en el mundo.

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Figura 4.4

Esquema del uso de un variador de velocidad electrónico
para un sistema de elevación.

2. Objetivos

• Identificar los equipos de variación de velocidad utilizados en
aplicaciones industriales.
• Describir el funcionamiento de los variadores de velocidad
utilizados en aplicaciones industriales.
• Seleccionar reductores de velocidad de acuerdo a las
especificaciones de la aplicación.
• Reconocer las principales actividades de mantenimiento
aplicadas a los variadores de velocidad.

3. Variadores de velocidad mecánicos

Son los llamados reductores de velocidad los cuales cumplen su
propósito mediante la adecuada combinación de ruedas dentadas.

Resulta importante entonces hacer un breve repaso de los tipos de
ruedas dentadas antes de estudiar a los reductores de velocidad.

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3.1. Ruedas dentadas

• Rueda dentada cilíndrica de dientes rectos.

Figura 4.5

Figura 4.6 Figura 4.7

Este tipo de rueda cilíndrica de dientes rectos se
caracteriza por:

- Tiene los dientes paralelos al eje de rotación.
- Se utiliza para transmitir movimientos de un eje a otro
eje paralelo.
- Es de fabricación sencilla.

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• Rueda dentada cilíndrica de dientes helicoidales.


Este tipo de rueda se caracteriza por:

- Dientes inclinados respecto al eje de rotación.
- Debido al engrane más gradual que presenta, no son
tan ruidosas como las ruedas de dientes rectos.
- Se pueden utilizar para transmitir movimiento entre
ejes no paralelos.
- Producen cargas de empuje y pares flexionantes.

• Ruedas dentadas cónicas.

Figura 4.10


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Este tipo de rueda se caracteriza por:

- Se emplean para la transmisión de movimiento entre
ejes que se intersecan.
- Los dientes pueden ser rectos o helicoidales.

• Tornillo Sin Fin – Corona

Figura 4.13

Este tipo se caracteriza por:

- Transmiten el movimiento de rotación entre ejes no
paralelos que se intersecan.
- Se emplean cuando las relaciones de transmisión de
los ejes son muy altas.

3.2. Reductores de velocidad

Esta lección describe los reductores de velocidad más
comunes, que incluyen reductores de ejes paralelos y en
línea. También se explican los reductores de engranajes de
ejes en ángulos rectos y verticales.

Como se fabrica una variedad tan amplia de reductores,
esta lección presenta información general sobre tipos
básicos de reductores. Esta descripción de reductores de
velocidad y sus características de construcción aumentará
sus conocimientos sobre su funcionamiento.

¿Por qué usar reductores de velocidad?

Los reductores de velocidad generalmente se utilizan en
plantas industriales para reducir la velocidad entre un
motor y la parte impulsada por el mismo.

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Esta reducción de velocidad en el reductor puede ser
parcial o completa tal como lo muestra la Figura 4.14.
Cuando la reducción es parcial, se emplea otro medio para
reducir la velocidad, frecuentemente transmisiones de
banda en V o transmisiones de cadena. Cuando el
reductor realiza la reducción completa, el eje de entrada
del reductor va acoplado al motor impulsor y el eje de
salida va acoplado directamente a la máquina impulsada.

Los reductores utilizados en plantas industriales varían en
su tamaño, de reductores de potencia menor de un
caballo, de reducción sencilla, a reductores de reducción
múltiple que pesan toneladas, impulsados por motores de
más de cien caballos de fuerza. Generalmente es el
fabricante del equipo, que suministra la máquina, el que
determina el tamaño, tipo y selección del reductor
utilizado con un componente específico de equipo. Si una
planta compra un reductor, la selección del reductor
normalmente está a cargo del ingeniero de la planta.
También es posible consultar al departamento de
mantenimiento para determinar si se desea un reductor
específico.

Reductor
Motor
Máquina
a)

Máquina
Reductor
Motor

b)

Figura 4.14

a) Reducción Completa, b) Reducción Parcial

a) Definiciones de reductores

Antes de comenzar a estudiar la construcción de los
distintos reductores, conviene revisar algunos tér-
minos utilizados para describir las piezas móviles, el
diseño y la selección de reductores.

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Tamaño.- Los reductores se describen en función de
su “tamaño”. A menudo, el tamaño de la unidad es
un indicio de la distancia entre los centros del eje de
entrada y el eje de salida. El sistema de numeración
utilizado para describir el tamaño del reductor es
determinado por el fabricante.

El tamaño real de un reductor es función de su
potencia mecánica nominal y su relación de transmi-
sión. Una potencia nominal alta requiere engranajes
de cara más ancha, mayor distancia entre centros, ejes
y cojinetes más pesados, y una caja más fuerte que
una unidad de potencia nominal baja. Además, una
unidad con una relación de transmisión alta será de
mayor tamaño que una con una relación de
transmisión baja, aunque las potencias nominales sean
iguales.

Potencia Mecánica.- La potencia mecánica nominal de
un reductor, nos indica cuanta potencia mecánica, la
unidad puede transmitir con ciertas condiciones
dadas. Este valor es función de la velocidad y del par
reductor, tal como en el caso de los motores. El valor
del par es determinado por la capacidad mecánica de
los engranajes, el eje, los cojinetes y la caja. La variable
principal es la velocidad. Al bajar la velocidad,
aumenta la potencia y viceversa.

Potencia Térmica.- Un reductor tiene un régimen
térmico que se refiere a la potencia que la unidad
puede transmitir en funcionamiento continuo sin un
aumento excesivo de temperatura. La potencia
térmica nominal puede ser más alta o más baja que la
potencia mecánica nominal.

Capacidad de Sobrecarga.- Principalmente son los
factores de desgaste, que dependen directamente de la
superficie y dureza del diente, los que determinan la
capacidad de sobrecarga continúa. La capacidad de
sobrecarga intermitente es determinada por la
resistencia de los dientes de engranaje. Muchas
unidades de engranaje pueden aceptar cargas
máximas equivalentes al 200 por ciento de la potencia
nominal indicada por el fabricante, si no se producen
por períodos de más de unos pocos minutos en 10
horas de operación. (Esto se basa en las normas de los
fabricantes).

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Factor de Servicio.- El factor de servicio es
determinado por el estado y la cantidad de carga y no
por la capacidad de la unidad. (También es posible
llamarlo factor de servicio de carga.) El factor de
servicio de base estandarizado por AGMA (American
Gear Manufacturers’ Association) es 1,00. Otros facto-
res de servicio son 1,25; 1,50; 1,75; 2,00; 2.25 y 2,50. Los
fabricantes de reductores siguen normas standard al
establecer la potencia y el par nominales de sus
reductores.

El factor de servicio de un reductor de velocidad debe
incluir tres cosas: tipo de motor primario; tipo de
carga y ciclo de trabajo. La potencia básica nominal de
un reductor se basa en un factor de servicio de 1,00.
En una aplicación específica que requiere un factor de
servicio de carga de 1,50, el reductor de engranajes
seleccionado debe ser capaz de transmitir 50% de
potencia más. Por ejemplo, una carga de 20 hp con un
factor de servicio de 1,50 requiere un reductor de
engranajes de 30 hp nominales. Los factores de
servicio se obtienen de tablas de selección y se basan
en una combinación de horas de operación y
rigurosidad de carga.

Relación de Transmisión.- La relación de un reductor
de engranajes es simplemente la relación de la
velocidad de entrada a la velocidad de salida. Se
calcula mediante la fórmula:

RPM de entrada = i
RPM de salida

Una relación de transmisión es un factor que tiene
poco significado por sí mismo. Se la utiliza
principalmente junto con la velocidad de entrada para
determinar el resultado final, es decir, la velocidad de
salida.

Unidades de Reducción Sencilla.- Estas representan
los tipos más simples de disposición de reducción de
engranajes. Hay sólo dos componentes, a saber, el
PIÑON IMPULSOR, cuyo eje se conecta de alguna
forma al motor impulsor, y el ENGRANE
IMPULSADO cuyo eje generalmente es el eje de salida
de la unidad de engranes. Estos dos componentes de
engranes se combinan para formar un tren de
engranes de reducción sencilla (o engranaje de
reducción sencilla).

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Unidades de Reducción Doble.- Básicamente, un
reductor de doble reducción consiste en dos unidades
de reducción sencilla en un mismo alojamiento. La
primera etapa es similar a la disposición de reducción
sencilla y consiste en un piñón impulsor y un engrane
impulsado. El piñón impulsor de segunda etapa, sin
embargo, va montado en el mismo eje que el engrane
impulsado de la primera etapa. Este piñón engrana
con el engrane impulsado de la segunda etapa cuyo
eje pasa a ser entonces el eje de salida de la unidad.

Unidades de Reducción Triple.- Esta disposición se
basa en el mismo principio de las unidades de
reducción sencilla y reducción doble. En este caso, hay
tres juegos de piñón y engranes impulsados y por lo
tanto, tres etapas de reducción.

b) Tipos de reductores

Reductores de Ejes Concéntricos

Los reductores de EJES CONCÉNTRICOS son uno de
los tipos más comunes utilizados en la industria. Tal
vez sepa, además, que también se los llama reductores
EN LÍNEA, MOTORES DE ENGRANAJE y
MOTOREDUCTORES. Es posible utilizar
correctamente cualquiera de estos nombres.

Los reductores concéntricos pueden ser impulsados
por un motor, o por otros medios. Si se trata de un
reductor concéntrico, el motor puede estar montado
en la misma base que el reductor, o montado en una
base atornillada al reductor mismo. Además, algunos
motores tienen montaje INTEGRAL con el
alojamiento del reductor concéntrico (es decir, forman
parte del alojamiento). En la Figura 4.15 se ilustra un
reductor concéntrico. Se los explicará con más detalle
más adelante.

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Figura 4.15

Reductor de ejes concéntricos

Básicamente, los alojamientos de reductores son de
hierro fundido, acero fundido o acero soldado, según
el fabricante. Cada tipo de alojamiento tiene sus
propias ventajas específicas. La mayoría de los
reductores de ejes concéntricos se pueden instalar en
unidades standard, de reducción sencilla hasta
reducción cuádruple. Todos los reductores
concéntricos cuentan con bloques o patas de montaje
en el fondo o base del reductor. Estas patas permiten
el montaje del reductor sobre una máquina u otra
estructura. Es posible montar los reductores con los
ejes en posición horizontal (derechos o girados) o
lateral en un muro. También se los puede montar con
el eje vertical a través de sus montajes normales de
patas. Además, se fabrican soportes con formas
especiales para la mayoría de los reductores, que
permiten montarlos con el eje vertical sobre una
superficie horizontal.

Los montajes verticales deben realizarse con cuidado
como consecuencia de los requerimientos especiales
de los obturadores de aceite. Con los ejes en una
posición horizontal, el nivel del aceite no es lo
suficientemente alto como para que se produzcan
fugas, y los sellos de aceite suministrados son
adecuados.

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La mayoría de los fabricantes de reductores
concéntricos utilizan ENGRANES DE CORTE HE-
LICOIDAL (cortados en ángulo) para sus reductores.
Los engranes se cortan a distintos ángulos y en
distintos PASOS DE DIENTES (distancia entre los
dientes), según su tamaño y ubicación dentro de la
unidad. El uso de engranes helicoidales es común, ya
que los mismos ofrecen una transferencia uniforme y
silenciosa de energía entre los engranajes. Algunos
tipos de reductores, no obstante, utilizan engranes
RECTOS (dentadura recta) y uno o dos utilizan
engranes PLANETARIOS (dispuestos en círculo).

Además de los distintos cojinetes utilizados, cada eje,
de entrada y salida, cuenta con SELLOS DE ACEITE.
Estos sellos de aceite pueden estar colocados por
presión en el alojamiento, o bien insertados en una
cubierta separada y atornillada en su posición en el
extremo del alojamiento. Tal como en el caso de los
cojinetes, el método y los tipos de sellos utilizados son
determinados por los distintos fabricantes. Hay que
tener en cuenta que estos sellos están destinados
solamente a retener el aceite lubricante salpicado en el
alojamiento al operar la unidad. La mayoría de los
sellos suministrados no deben retener un nivel alto de
líquido en el alojamiento. Los sellos de este tipo son
de carácter especial y los fabricantes los suministran
para casos especiales.

Cuando los motores tienen un apoyo independiente al
del alojamiento de un reductor concéntrico,
frecuentemente se dice que el reductor es del tipo
TODO MOTOR. En estos casos, el motor va conectado
al eje de entrada del reductor por medio de un acopla-
miento. En caso de falla del motor, se lo puede retirar
sin afectar al reductor. Cuando se utiliza un montaje
del tipo INTEGRAL, el reductor es del tipo DE
BRIDAS “C” (montaje frontal o posterior) que se
atornilla directamente al lado de entrada del reductor.
Esto generalmente se obtiene mediante una brida
adaptadora de un tipo u otro. En estos reductores, el
eje del motor tiene un engrane montado que engrana
con un engrane interno del alojamiento del reductor.
En la mayoría de los casos, se dice que ésta es la
reducción primaria o primera reducción de la unidad.

Los reductores suministrados para transportadores
inclinados u otros mecanismos de elevación
frecuentemente cuentan con topes de retención o

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embragues unidireccionales. Se los instala en el reduc-
tor para evitarla rotación o movimiento inverso en
caso de falta de energía. Generalmente, se los
reconoce porque hay una parte o extensión alargada
del alojamiento en el eje de entrada o de salida.

La instalación adecuada de estos topes de retención es
importante. Sus placas de indicaciones generalmente
indican la dirección de rotación. Sin embargo, si se ha
quitado esta placa o si se le ha pintado, es posible que
usted no sepa cuál es la dirección de rotación. Es muy
fácil determinar la rotación haciendo girar el
manguito interno. Sólo gira en una dirección.
También es posible verificar el montaje correcto
haciendo girar el eje de entrada en el reductor.

Figura 4.16

Métodos de retención de cojinetes

Reductores de ejes paralelos

Después de los reductores en línea, el segundo tipo de
reductores utilizados en la industria, en orden de
importancia, es el de reductores DE EJES
PARALELOS. Estos reductores generalmente se
construyen en un alojamiento en forma de caja. Los
alojamientos son de hierro fundido, acero fundido y
acero soldado, tal como los reductores concéntricos.
Frecuentemente, los fabricantes que producen
alojamientos fundidos también producen alojamientos
de acero soldado para modelos especiales que no
forman parte de su gama standard.

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Tal como se ilustra en la Figura 4.17, los reductores de
EJES PARALELOS son de distintos tamaños y formas.

Por su diseño de tipo abierto, generalmente tienen
engranes más grandes y por lo tanto, tienen mayor
capacidad en cuanto a la potencia y al par, y una
variedad más amplia de relaciones de reducción, que
los reductores del tipo concéntrico más compactos.
Por este motivo, los reductores de ejes paralelos son
más versátiles en su uso.

Figura 4.17

Reductores de ejes paralelos

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Los reductores de ejes paralelos se utilizan para el
manejo de materiales a granel, transportadores y otros
equipos. Además, los reductores se utilizan
frecuentemente en grandes hornos secadores de la
industria del cemento, de abonos y otras materias
primas, que requieren el secado o la limpieza en
tambor de los productos. Los reductores de ejes
paralelos pueden tener reducciones sencillas, dobles o
triples, con relaciones de transmisión de hasta 300:1.

Las velocidades de entrada o motrices varían entre
varios cientos y varios miles de RPM. Cuando un
motor de 3600 RPM impulsa un reductor con una
relación de 40:1, la velocidad del eje de salida es de 90
RPM. Las unidades de ejes paralelos están destinadas
a funcionar como reductores de velocidad, y pocas
veces se utilizan como incrementadores de velocidad.

La mayoría de los reductores de ejes paralelos tienen
engranes helicoidales sencillos, aunque en algunos
casos se utilizan engranes rectos. Para reducir el
empuje del eje generado por los engranes helicoidales,
algunos fabricantes utilizan engranes helicoidales do-
bles. Estos están cortados como para que los ángulos
de los dientes formen una configuración en y, sin que
los dientes se encuentren en el centro. Además,
algunos fabricantes de reductores utilizan engranes
bihelicoidales en los que los dientes del engrane se
encuentran en el centro.

Los cojinetes de los reductores de ejes paralelos, al
igual que en el caso de los reductores de ejes
concéntricos, pueden ser cojinetes de bolas de una o
dos hileras, o bien cojinetes de rodillos cónicos. Los
cojinetes generalmente se mantienen en su posición
por una combinación de salientes de retención, anillos
sujetadores y placas de fijación. Pueden estar en el
alojamiento de engranes y en los ejes. Aunque los
cojinetes antifricción son los más utilizados, por su
rendimiento probado y su vida de servicio
prolongada, algunas unidades más antiguas que
siguen en servicio tal vez estén equipadas con
cojinetes colados o guarnecidos con metal blanco.

La lubricación utilizada comúnmente en los
reductores de ejes paralelos es la del tipo de salpica-
dura, pero con limitaciones. En la mayoría de los
casos, las RPM lentas de algunas unidades no
proporcionan aceite suficiente en todos los puntos de

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lubricación. Normalmente se lo complementa con
sistemas de lubricación a presión.

También surgen otros problemas cuando se utiliza
lubricación de salpicadura en los reductores de
engranes paralelos. Uno de estos problemas resulta de
los distintos diámetros de los engranes. Si sólo se
utilizara el engrane más grande para hacer salir aceite
del depósito, sería muy poco el aceite que llegaría a
los ejes de entrada de alta velocidad cuando la unidad
fuera puesta en marcha por primera vez. Por
consiguiente, los dientes de engrane se desgastarían
mucho y se picarían después de un período breve de
funcionamiento. Para superar este inconveniente, la
mayoría de los fabricantes suministran sistemas de
lubricación a presión, o más frecuentemente, una serie
de depósitos secundarios o presas de aceite para
retenerlo a distintos niveles dentro de la caja de
engrane. Esto garantiza la lubricación constante de
todos los engranes, sea cual fuere su posición dentro
de la caja, su velocidad o su altura relativa. Además,
los cojinetes que sustentan al eje también tienen a
veces pequeños depósitos de retención que mantienen
el nivel adecuado de aceite en el cojinete. Esto
garantiza un suministro de aceite para los cojinetes en
todo momento. Al introducirse más aceite salpicado a
los cojinetes, el exceso rebasa el depósito y vuelve al
depósito principal de aceite, tal como lo ilustra la
Figura 4.18.

Otro problema de lubricación se produce a menudo
cuando los reductores de ejes paralelos se acercan a su
NIVEL TÉRMICO NOMINAL. Cuando se genera
calor excesivo dentro del reductor, hay que recurrir a
algún medio para enfriar la unidad, y frecuentemente,
para enfriar también el aceite lubricante. Para enfriar
la unidad, la mayoría de los fabricantes monta un
ventilador en el eje de alta velocidad de la unidad
para que haga atravesar aire por la unidad. Esto
elimina el calor por el método de convección y es muy
eficaz. En casos en los que el nivel térmico nominal
supera la capacidad de enfriamiento del ventilador, el
enfriamiento del aceite lubricante ayuda a enfriar los
engranes y otras piezas. En estos usos, el aceite circula
por acción de un sistema a presión. El aceite sale del
depósito (de ubicación interna o externa en el
reductor), circula a través del intercambiador de calor,
y luego llega a los engranes. En temperaturas frías, se
utiliza un sistema a presión con unidades calefactoras

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en lugar de unidades enfriadoras. Estas aumentan la
temperatura del aceite y contribuyen a calentar el
reductor.

Figura 4.18

Depósito de aceite de cojinetes utilizados
con lubricación de salpicadura

Reductores de ejes en ángulo recto

Los reductores de ejes en ÁNGULO RECTO se
pueden considerar como una combinación de
reductores concéntricos y de ejes paralelos.

Frecuentemente, el reductor de ejes paralelos se
utiliza como base de construcción del reductor en
ángulo recto. En otros casos, el reductor concéntrico
sirve de componente básico, con el agregado de un
cabezal de ángulo recto.

La Figura 4.19 ilustra varios de estos tipos.

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Figura 4.19

Los alojamientos, tal como en el caso de todos los
otros reductores, son de hierro, acero fundido o de
acero soldado, según el fabricante y la aplicación. Los
engranajes utilizados en los ejes intermedios general-
mente son del tipo helicoidal. En los ejes en ángulo
recto (frecuentemente en el eje de entrada) los
engranajes son normalmente del tipo CÓNICO DE

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DENTADURA ESPIRAL (con un diseño curvo de
dentadura).

Se utilizan unos pocos tipos con engranes CÓNICOS
EN ÁNGULO RECTO (con un diseño de dientes
rectos). Al igual que los engranes helicoidales, los
engranes cónicos de dentadura espiral resultan en un
funcionamiento más uniforme y silencioso.

Las transmisiones en ángulo recto normalmente se
utilizan cuando las limitaciones de espacio impiden el
montaje de un motor en un reductor paralelo concén-
trico, que interferiría con otros equipos. Cuando se
utilizan los reductores concéntricos como transmisio-
nes de ángulo recto, se instala un cabezal adicional en
el eje de salida. El eje de salida se acorta, y se monta
un engrane sobre el mismo. Este engrane de salida
engrana con el engrane acuñado al eje en ángulo
recto.

Estos engranes adicionales dan reducción adicional de
engranes a la unidad. En ciertos casos, hay dos ejes de
salida formando una “T”, en lugar de uno.

En los casos en los que el régimen térmico nominal de
la unidad es de importancia crítica (tal como en el
caso de los reductores de ejes paralelos), se agrega un
ventilador de enfriamiento al eje de alta velocidad de
entrada. Es posible instalar también enfriadores de
aceite y bombas para el aceite en caso de necesidad.

Como lo mencionamos anteriormente, los cojinetes
son del tipo de rodillos cónicos o de bolas. La
lubricación es básicamente del tipo de salpicadura,
aunque en caso de necesidad se recurre a la
lubricación por presión.

Reductores de eje vertical

Los reductores de EJE VERTICAL son una
modificación de los reductores del tipo de ángulo
recto.

Sin embargo, en lugar de tener montaje de patas con
un eje de salida horizontal, el alojamiento
generalmente tiene una base plana y el eje de salida
va montado verticalmente (hacia arriba o hacia abajo).
Al igual que los reductores de ángulo recto, la unidad
básica de construcción se asemeja al reductor del tipo

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de ejes paralelos o al reductor del tipo de ejes
concéntricos, tal como se ilustra en la Figura 4.20.

Nótese que en el caso del reductor de ejes
concéntricos, el cabezal de salida está en una posición
vertical y no horizontal como en el caso del reductor
de ángulo recto. No hay nada más que cambie en la
unidad. Cuando se utiliza la construcción del tipo de
ejes paralelos, hay que hacer cambios considerables en
el alojamiento. En realidad, los ejes verticales se
asemejan a un reductor de ejes paralelos o en ángulo
recto parados sobre un costado.

Figura 4.20

Como en los casos anteriores, los engranes del eje
pueden ser del tipo helicoidal, cónico de dentadura
espiral o cónica en ángulo recto. Frecuentemente se
combinan al utilizarse unidades de reducción
múltiple.

Aunque la mayoría de las unidades ilustradas tiene el
eje vertical extendido verticalmente a través de la
parte superior, no hay motivo por el que no se pueda
extender el eje verticalmente a través del fondo del
alojamiento. En el caso del reductor de tipo
concéntrico, el cabezal se colocaría hacía abajo,
mientras que en el caso del reductor del tipo de ejes
paralelos, se debería cortar la parte inferior del
alojamiento como para permitir el paso del eje a

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través del fondo. Al igual que con la transmisión en
ángulo recto, los ejes verticales pueden extenderse en
ambas direcciones formando una configuración en
“T”.

Lo que se ha dicho sobre lubricación, cojinetes,
enfriamiento y otros puntos, en relación a los reducto-
res de ejes paralelos y en ángulo recto, también es
cierto para los reductores de eje vertical. Los
procedimientos de mantenimiento también son de
importancia crítica, por la alineación vertical de los
ejes, similar a la alineación paralela de los ejes en los
reductores paralelos.

Reductores montados en el eje

Los reductores MONTADOS EN LA FLECHA (o EN
EL EJE), al igual que todos los componentes de
transmisión, son producidos por muchos fabricantes
diferentes. La mayoría de los fabricantes producen
varios tipos, además de las unidades montadas en el
eje. Para la construcción de las transmisiones
montadas en el eje se utilizan varios tipos básicos de
diseño de reductores, que incluyen los tipos de ejes
concéntricos y paralelos. El fabricante determina los
tipos de construcción.

Las cajas de engranes son de hierro fundido, acero
forjado o acero soldado. Como consecuencia de su
método de montaje inusual, la mayoría de las
transmisiones montadas en el eje permite que el
motor se apoye directamente sobre la caja del
reductor de una forma u otra. Esto elimina la
necesidad de contar con una base separada para el
motor y permite obtener una unidad completa.
Cuando se monta el motor en el reductor, hay que
analizar la carga sobre el eje para garantizar que los
cojinetes del eje proporcionen apoyo adecuado.

En la Figura 4.21 se ilustran varios tipos de reductores
montados en el eje. La mayoría de los reductores
montados en el eje tiene un eje de salida hueco, que
permite la extensión parcial o total del eje impulsado
a través de la transmisión. El fabricante especifica el
largo mínimo aceptable del eje. Naturalmente, cuanto
más eje soporte a la unidad, mejor será el montaje.
Algunos reductores, como el del tipo concéntrico, sólo
permiten la inserción del eje de montaje hasta la mitad
de la caja del reductor.

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Cuando se utiliza transportadores de tornillo sin fin o
reductores del tipo con bridas, el largo del eje no tiene
crítica.

Figura 4.21

Vista interna de reductores montados en el eje

Los reductores más comunes tienen ejes con un
diseño descentrado en lugar del diseño de eje concén-
trico. En el diseño descentrado, el eje de entrada está
descentrado hacia un costado respecto al eje de salida.
Un buen ejemplo del diseño descentrado sería una
unidad de reducción sencilla. Aun con unidades de
reducción múltiple, se utiliza el diseño descentrado.
Los juegos de engranes de reducción adicionales se
instalan descentrados respecto al eje de entrada como
lo muestra la Figura 4.21. Algunos de los reductores
montados en el eje, de tamaño más grande, que se
asemejan a las unidades standard de ejes paralelos,
utilizan ejes descentrados para una reducción de
engranajes por lo menos.

Para los reductores montados en el eje se utilizan casi
exclusivamente engranes helicoidales. Tal vez haya
uno o dos tipos diferentes, pero éstos no son muy
comunes. El engrane helicoidal proporciona la
transmisión de energía uniforme y silenciosa que se
desea.

Como los reductores montados en el eje van
conectados directamente a la máquina que impulsan,
usualmente no proporcionan la reducción total reque-
rida, tal como las unidades con patas de montaje. Por
lo tanto, son un tipo incompleto de unidad de
reducción y requieren otros medios para llevar a cabo
la reducción total requerida.

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La reducción adicional generalmente se obtiene
mediante transmisiones de banda en V. Por su diseño,
las transmisiones de banda en V son seleccionadas
frecuentemente para ayudar al reductor a producir las
RPM específicas de salida. El tamaño y tipo de las
transmisiones de banda en V depende de la potencia y
las RPM de entrada.

Cuando se utilizan transmisiones de banda en V, se
requieren medios para mantener la tensión adecuada
en las bandas. Si el motor está montado a un costado
del reductor, una base deslizante o agujeros alargados
en la estructura de apoyo proporcionan los medios
necesarios de tensionamiento. Si el motor está unido
al reductor, la tensión apropiada se obtiene mediante
tornillos de ajuste en la placa de base del motor.
Como las bandas en V se utilizan frecuentemente
cerca de otro equipo operativo, es importante instalar
guardas de seguridad para proteger al personal de la
planta contra lesiones.

La mayoría de los reductores montados en el eje están
equipados con un TENSOR DE TORNIQUETE. Este
mecanismo impide la rotación del reductor durante el
funcionamiento, especialmente cuando el motor está
montado directamente en el reductor. En ciertos
casos, el tensor también sirve para mantener la
tensión apropiada de la transmisión por banda en V.

Como alternativa del tensor de torniquete, la mayoría
de los fabricantes de reductores montados en el eje
también ofrecen tensores con RESORTE, Figura 4.22.

Figura 4.22
Tensor con resorte

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Los tensores con resortes se clasifican como
ALIVIADORES DE SOBRECARGA y se les instala en
una posición que desenganche la transmisión de
banda en V cuando se produce sobrecarga. Estos
desenganches de sobrecarga se pueden ajustar como
para que se suelten a cualquier límite de sobrecarga
dentro de cierto rango. Cuando están sobrecargados y
desenganchados, el eje de entrada del reductor se
acerca al motor. Esto afloja las bandas de transmisión,
y permite así que la polea de entrada gire libremente
cono en la Figura 4.23. La mayoría de los dispositivos
de sobrecarga se construyen con terminales eléctricas.
Cuando se produce un sobre-carga y el mecanismo se
desengancha, se envía una señal al operario en un
panel de control. En los grandes sistemas de manejo
de materiales, esta alarma también puede estar
conectada de modo que detenga el equipo que
precede a la unidad.

Figura 4.23

Tensor con resorte en las posiciones
de operación y desenganche

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Algunos reductores montados en el eje se clasifican
como reductores MONTADOS SOBRE BRIDAS o
reductores para TRANSPORTADOR DE TORNILLO
SIN FIN. Estos reductores tienen cajas con agujeros
perforados y roscados o una placa de montaje que se
puede atornillar directamente a la estructura. No se
necesitan tensores que sirvan de sujetadores para
estos reductores, ya que su montaje es rígido.

Los reductores montados en el eje generalmente
utilizan cojinetes de rodillos cónicos como apoyo para
los ejes, debido al empuje generado y al espacio muy
reducido dentro del reductor. Sin embargo, también
se utilizan cojinetes de bolas o una combinación de
cojinetes de bolas y rodillos. El diseño y el fabricante
de la unidad determinan el tipo de cojinete utilizado.
Al igual que en el caso de otros tipos de reductores,
los cojinetes se sujetan mediante anillos de sujeción.
Salientes (en los ejes y la caja) o una combinación de
cualesquiera de éstos. Los sellos del eje normalmente
van apretados contra la caja y se les retiene por
apriete.

Como los reductores montados en el eje son de diseño
compacto, principalmente se utiliza lubricación de
salpicadura para los cojinetes y engranes. Hay
algunos pocos reductores que utilizan sistemas de
circulación, pero no son muy comunes. El
rendimiento nominal de los reductores montados en
el eje se determina sobre la base de los standards
AGMA. Esta clasificación se basa en factores de
servicio similares a las unidades con patas de montaje.
Al final de esta lección se incluye una guía de
referencia de los factores dé servicio para los distintos
componentes de equipo.

Reductores de tornillo sin fin

Los REDUCTORES DE TORNILLO SIN FIN que
ilustra la Figura 4.24 también se utilizan con bastante
frecuencia en plantas industriales. Su diseño y cons-
trucción compactos permiten colocarlos en un espacio
relativamente limitado. La mayoría de los reductores
de tornillo sin fin se utiliza para aplicaciones de
potencia fraccional o muy pequeña. Sin embargo,
también hay muchas industrias que utilizan
reductores de tornillo sin fin impulsados por motores
de gran potencia.

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Figura 4.24

Al igual que la mayoría de los reductores, las cajas de
engranes de los reductores de tornillo sin fin se
fabrican en hierro fundido, acero fundido, y en
algunos casos acero soldado. Además, algunos
fabricantes utilizan un alojamiento de aluminio
fundido. El tipo y estilo de caja de engranaje utilizado
es determinado por el fabricante y el uso dado.

El reductor de tornillo sin fin es compacto como
resultado directo de la colocación del TORNILLO SIN
FIN (engranes de entrada) en su eje y del engrane de
salida impulsado por el tornillo. El tornillo cumple la
misma función que el piñón de alta velocidad en otros
reductores. Obsérvese, en la Figura 4.24, que la
transmisión de fuerza a través del reductor de tornillo
sin fin se realiza en ángulos rectos en todo momento.
Esta transmisión de fuerza en ángulo recto,
combinada con el diseño del tornillo, permite al
reductor funcionar solamente en una dirección. No se
puede producir rotación inversa de esta unidad.

La mayoría de los engranes de tornillo sin fin de
reducción sencilla varían en su relación, de 5:1 a 60:1.
La relación se determina por el número de ROSCAS
del tornillo sin fin y el número de dientes del engrane
impulsado. Generalmente, hay una sola rosca en el
tornillo sin fin. Esta rosca única se cuenta como un

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diente cuando se pone en contacto con el engrane
impulsado. Si el tornillo sin fin tiene más de una rosca
(dos, cuatro, seis u ocho), la relación cambia reflejando
el distinto número de roscas.

La relación se obtiene al dividirse el número de
dientes del engrane por el número de roscas (o
ranuras) en el tornillo sin fin, de la misma forma que
la relación de transmisión de un engrane cilíndrico de
dentadura recta se obtiene al dividirse el número de
dientes del engrane por el número de dientes del
piñón. Por ejemplo, si se utiliza un tornillo sin fin de
rosca sencilla con un engrane de tornillo sin fin con 50
dientes, la relación de transmisión o reducción es de
50:1. Si el tornillo sin fin tiene dos roscas y el número
de dientes del engrane sigue siendo de 50, la
reducción pasa a ser de 50:2 o sea, 25:1.

En los casos en los que se requiere una relación más
alta que la disponible, se utiliza un reductor de
reducción doble. La unidad de reducción doble de
tornillo sin fin opera en forma muy similar a los otros
reductores de reducción doble. Es decir, el eje de
entrada de la segunda reducción es impulsado por el
engrane de salida de la reducción de la primera etapa.

Los materiales de los engranes varían de unidad en
unidad. El tornillo sin fin de entrada generalmente es
de acero, con la rosca desarrollada a partir del eje
mismo. Los dientes son endurecidos y esmerilados, lo
que los hace muy resistentes al desgaste. El engrane
impulsado normalmente es de bronce fundido o de
otro material blando que puede formar el engrane
completo o simplemente el segmento de engrane. El
material más blando se utiliza para permitir el
desgaste provocado por la acción deslizante del
tornillo sin fin sobre los dientes del engrane. Esta
acción deslizante también impide que el reductor
invierta su sentido de rotación. Cuando se utilizan
engranes helicoidales combinados con el reductor de
tornillo sin fin, los engranes helicoidales son de acero.

Los cojinetes utilizados en reductores de tornillo sin
fin generalmente son del tipo de rodillos cónicos,
adecuados para recibir la carga de empuje del tornillo
sin fin y del engrane impulsado. Algunos fabricantes
utilizan cojinetes de bolas en los ejes de entrada, pero
éstos no son muy comunes.

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Normalmente, los reductores de tornillo sin fin se
lubrican por salpicadura. Si el eje de entrada va
montado debajo del engrane impulsado, está en baño
de aceite. Si está por encima del engrane impulsado,
el engrane impulsado suministra suficiente aceite para
lubricar todas las piezas de la caja.

Como el reductor es tan compacto y genera calor
durante el ciclo de funcionamiento, los niveles
térmicos nominales son importantes en los reductores
de tornillo sin fin. Por este motivo, generalmente se
utiliza algún medio para impedir el recalentamiento
de la unidad. El método más fácil de enfriamiento de
la unidad consiste en montar un ventilador en el
extremo más alejado del eje de entrada. Este
ventilador hace pasar aire a través de la caja. Además,
la mayoría de los fabricantes utiliza un diseño de caja
fundida, con aletas situadas de sus superficies
exteriores. Estas aletas sobre funcionan como
radiadores y disipan el calor generado dentro de la
unidad.

Los motores de los reductores de tornillo sin fin
pueden ir montados sobre una base separada y
acoplados al eje de entrada o bien tener montaje
integral con la unidad, en cuyo caso se utiliza un
motor con bridas en “C’’. Las unidades integrales son
muy similares a los reductores del tipo concéntrico
para los que se utilizan cajas integrales del motor.
Frecuentemente, estas unidades integrales incorporan
el engrane helicoidal como reducción primaria, pero
no en todos los casos.

En ocasiones, el engrane de salida tiene un eje hueco
en lugar de un eje sólido, que se extiende más allá del
costado de la caja. En estas aplicaciones, el eje hueco
permite convertir al reductor de tornillo sin fin en
reductor montado en el eje. También se puede utilizar
la unidad con el eje de salida hueco y montada sobre
patas en una estructura. La aplicación específica
determina el tipo de reductor requerido.

En las siguientes figuras mostramos algunas
posibilidades de presentación de los reductores de
tornillo sin fin y corona.

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a)

b)

c)

Figuras 4.25

Presentaciones del reductor de tornillo sin fin – corona:
a) Árbol de entrada y salida sólidos.
b) Árbol de entrada y salida huecos.
c) Árbol de entrada hueco y de salida sólido.

Selección de reductores

Al momento de elegir el tipo de reductor adecuado
para el tipo de aplicación nos encontramos con que
existe diversidad de fabricantes los cuales presentan

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en sus catálogos información detallada sobre sus
productos. Como es de esperar cada fabricante sigue
sus propios procedimientos para el uso de sus
catálogos y selección de sus productos, resulta
entonces muy difícil detallar el procedimiento de
selección de cada fabricante, es por ello que a
continuación sólo damos a conocer los parámetros
generales necesarios para la selección de un reductor:

1. Determinar la relación de transmisión "i"
n1
i=
n2
Donde: n1: RPM de entrada al reductor, n2: RPM
de salida del reductor.

2. Determinar el factor de servicio "fs" de acuerdo a
los siguientes parámetros:

• Aplicación en la industria.
• Utilización diaria.
• Frecuencia de arranque.

Esta información se obtiene en tablas dadas por el
fabricante. A continuación mostramos un ejemplo
con el uso de dos tablas típicas para determinar el
factor de servicio.

Ejemplo: Un reductor de velocidad se utiliza para
accionar una bomba centrífuga de solución ligera
a 200 rpm, de manera que la bomba funciona
nueve horas por día. Determine el factor de
servicio para dicha aplicación si el reductor es
accionado por motor eléctrico.

Solución:

• De la tabla 4.2 determinamos el tipo de carga
para nuestra aplicación, debemos aclarar que
en dicha tabla U significa carga uniforme, M
significa carga moderada y H significa carga
pesada. En nuestro caso:
Tipo de carga: U

• De la tabla 4.1 según la frecuencia diaria de
operación y el tipo de carga obtenemos:
fs = 1,00

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Tabla 4.1

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Factores de servicio

Carga Carga Carga
Duración
uniforme Moderada pesada
Motor primo Horas /día
(U) (M) (H)
Motor eléctrico, Hasta 3h 0,90 1,00 1,50
hidráulico,
neumático o turbina De 3 a 10 h 1,00 1,25 1,75
de vapor
Más de 10h 1,25 1,50 2,00
Motor de Hasta 3h 1,00 1,25 1,75
combustión interna
de mediana potencia De 3 a 10 h 1,25 1,50 2,00

Más de 10h 1,50 1,75 2,25
Motor de Hasta 3h 1,25 1,50 2,00
combustión interna
de alta potencia De 3 a 10 h 1,50 1,75 2,25

Más de 10h 1,75 2,00 2,50

Tabla 4.2

3. Determinar la potencia requerida o el torque
requerido, según de que información
dispongamos con la siguiente relación:

T2 .n2
P=
9550
Donde:

P : Potencia requerida en kW.
T2 : Torque de salida del reductor.
n2 : RPM de salida del reductor.

Ejemplo: Un motoreductor acciona una correa de
transporte de botellas que opera 24h por día. El
torque requerido en el árbol de salida es 200 Nm
a 35 rpm. Determine la potencia requerida.

Solución:

200 * 35
P=
9550

P = 0,73kW

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4. Elegir el tipo y tamaño del reductor que cumpla
con los requerimientos anteriores y que además
cumpla con las condiciones de
montaje/instalación, es decir algunos aspectos
como por ejemplo si los ejes de entrada/salida
deben ser horizontales, verticales, sólidos o
huecos, etc.

5. Verificar si la capacidad mecánica del reductor
elegido satisface los requerimientos de carga, nos
referimos al torque, potencia, fuerzas radiales,
fuerzas axiales y otros parámetros que se pueden
incluir en el catálogo.

Importante: No olvide que el procedimiento
anterior es un procedimiento GENERAL DE
SELECCIÓN que va a tener variantes según el
fabricante, el tipo de reductor, el tamaño del
reductor, la potencia térmica y otros aspectos.
Pero Ud. no se preocupe ya que como se dijo
anteriormente el procedimiento exacto de
selección de cada fabricante es detallado en sus
respectivos catálogos.

c) Ejemplos de selección

Para el siguiente ejemplo hemos utilizado un extracto
de un catálogo del fabricante RENOLD GEARS
(Tablas 4.3 y 4.4) en el cual se tienen especificaciones
de reductores de tornillo y corona de eje montado con
motor incluido.

Una unidad reductora de tornillo y corona con motor
eléctrico incluido (n1= 1 470 rpm) es requerida para
accionar un transportador de mineral no triturado lo
que origina una carga variable moderada. El torque
requerido en la salida del reductor es 3 000 Nm a 50
rpm, operando 10 horas por día.

Seleccione el reductor más apropiado del extracto de
catálogo.

Solución:

1. Determinamos la relación de transmisión.
n1
i=
n2

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1470
i= = 29,4 : 1
50

2. De la tabla 4.1 y 4.2 elegimos el factor de servicio:

fs = 1,25

3. Determinamos la potencia requerida.

T2 .n2
P=
9550
3000.50
P= = 15,70kW
9550

Como se trata de unidades con motor incluido
esta potencia ya nos va a permitir elegir la
potencia del motor, de manera que esta sobrepase
a la requerida y según las tablas la más adecuada
es de 18,5 kW. (Tabla 4.4).

4. De la tabla 4.4 elegimos el reductor que satisface o
que mejor satisface los requerimientos, dicho
motor tiene como código de producto:

PW 830 D 4 P185

5. Verificando en la tabla 4.4 podemos observar que
el torque de salida del reductor seleccionado es
mayor que el requerido por lo tanto es correcta la
selección.

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Tabla 4.3

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Tabla 4.4

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d) Principales actividades de mantenimiento

Es muy poco probable que un reductor requiera
mucho mantenimiento. La mayoría de los reductores
sólo requieren engrase de vez en cuando y control o
cambio del aceite. Entre los pasos importantes de
mantenimiento que hay que tener en cuenta al
verificar el nivel de aceite o engrasar los cojinetes, se
incluye escuchar si ¡a unidad emite ruidos anormales
cerciorarse de que los cojinetes no se recalienten, y
verificar que no haya fugas de aceite. Estas
comprobaciones deben realizarse siempre en forma
segura, sin remover las guardas.

Estas comprobaciones menores de mantenimiento son
muy importantes ya que generalmente eliminan
problemas y averías mayores. Además, las fugas de
aceite constituyen un peligro de incendio y de
seguridad. Si los problemas potenciales se descubren
a tiempo, es posible programar períodos de
mantenimiento para realizar durante horas de poca
producción.

A la hora de trabajar con reductores, es importante
que lea el manual de instrucciones del fabricante antes
de comenzar. Frecuentemente, hay que seguir secuen-
cias específicas de montaje y desmontaje del equipo.
Además, es posible que haya garantías específicas que
exigen que no se trabaje con ciertas piezas. Es mejor
leer el manual de instrucciones durante unos pocos
minutos antes de empezar a trabajar con una unidad,
que descubrir demasiado tarde que se ha cometido un
error.

El cambio de los sellos es una de las tareas más
comunes que hay que cumplir con un reductor. Al
instalar un sello, la caja debe estar limpia, sin rebabas,
y cubierto con una capa de compuesto sellante a lo
largo de sus bordes. El sello debe ser colocado
correctamente en la caja e introducido en el
alojamiento por presión o con un martillo. Si se utiliza
un martillo, hay que colocar un bloque de madera
blanda o un forro blando sobre el sello. Nunca hay
que golpear un sello directamente con un martillo.

Si usted debe desmontar un reductor, verifique
siempre les engranes para ver si hay grietas por fatiga
y zonas desgastadas o picadas. Esto le dará un buen

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indicio de la alineación interna del reductor. En la Fig.
4.8 se ilustran ejemplos de engranajes desgastados.

Al levantar ensambles de flechas, hay que asegurarse
de que se los levanta en los puntos correctos y de que
se han retirado todos los tornillos. Si un conjunto de
flecha no se levanta libremente, generalmente basta
con dar unos pocos golpes suaves con un martillo de
cara blanda.

Al volver a colocar conjuntos de ejes. hay que
asegurarse de que se vuelven a colocar todas bis
lainas retiradas, exactamente en el mismo lugar y en
la misma cantidad. Además, hay que asegurarse de
que los ejes y caja no presente rebabas, muescas u
otras irregularidades superficiales.

También es importante, cuando se trabaja con un
reductor, tener en cuenta las preocupaciones
apropiadas de seguridad y buenos hábitos de trabajo.
Entre ellos, cabe mencionar el uso de las herramientas
apropiadas, dejar las herramientas en lugares desde
donde no se puedan caer, mantener en la zona y todas
las piezas limpias, y poner carteles adecuados en el
equipo para asegurarse de que nadie lo pone en
marcha mientras usted está trabajando en él.

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Figura 4.26

Contacto inadecuado entre engranes

4. Otros variadores de velocidad

4.1. Variadores de velocidad electrónicos

En la parte anterior hemos estudiado a los reductores de
velocidad los cuales servían de “intermediarios” entre el
motor y la máquina impulsada.

Motor Máquin
a

Figura 4.27

Con un reductor la máquina impulsada sólo puede girar a
una sola velocidad de acuerdo a la relación de
transmisión, es decir no había una variación continua de
velocidad en la máquina impulsada.

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Si eliminas el “intermediario” y conectamos directamente
el motor a la máquina impulsada.

Claramente podemos observar que la máquina va a girar a
las mismas rpm que el motor eléctrico impulsor. Por lo
tanto si en tales condiciones deseamos variar las rpm de la
máquina debemos variar las rpm del motor eléctrico, esto
se consigue conectando en la alimentación eléctrica del
motor un variador de velocidad el cual puede variar
continuamente la velocidad del motor eléctrico y por
derecho la velocidad de la máquina.

Variador
De Motor Máquin
Velocida
d

Figura 4.28

Figura 4.29

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Para entender mejor la forma en que trabajan estos
variadores de velocidad es necesario conocer algunos
aspectos relacionados con los motores eléctricos, en el
siguiente punto vamos a tratar sobre los motores de
inducción de corriente alterna ya que son ampliamente
usados en la industria.

RPM EN UN MOTOR DE INDUCCIÓN
¿De qué dependen las rpm en un motor de inducción?
Cuando alimentamos eléctricamente a un motor de
inducción se produce en el estator un campo magnético el
cual induce en el rotor otro campo magnético originando
que el rotor gire y de esta manera se hace girar a la
máquina impulsada a las mismas rpm del motor eléctrico.
Las rpm a las que gira el motor eléctrico están definidas en
la siguiente fórmula:

120 f
n= P (1-s)

Donde:

n : rpm del motor eléctrico (y por tanto de la
máquina impulsada).
f : frecuencia de suministro al motor en Hz.
p : número de polos en el estator.
s : deslizamiento del motor.

De esta forma pude verse que la velocidad del motor
puede ser variada de tres formas:

Cambiando el número de polos.
Cambiando el deslizamiento.
Cambiando la frecuencia.

Si conocemos poco de motores no te preocupes mucho por
el número de polos ni por el deslizamiento ya que el mejor
método para cambiar la velocidad es variando la
frecuencia de suministro al motor y eso es lo que hace un
variador de velocidad electrónico. VARÍA LA
FRECUENCIA Y COMO CONSECUENCIA VARÍA LAS
RPM.

PRIMERA CONCLUSIÓN: Si variamos la f de suministro
variamos las rpm.

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TORQUE EN UN MOTOR DE INDUCCIÓN
¿Cómo se relacionan el torque de salida de un motor con
las rpm?
Es importante saber que depende el torque en un motor ya
que si bien nuestro objetivo es variar las rpm esto no debe
afectar el torque que acciona a la máquina, impulsado y en
lo posible este torque debe mantenerse constante.

El torque en un motor de inducción depende
eléctricamente de la denominada corriente magnetizante
IM la cual circula por el estator de tal forma que:

Si IM es constante el torque se mantiene constante.
Si IM varía entonces también varía el torque del motor.

El valor de esta corriente IM puede ser calculado mediante
la siguiente expresión:

V
IM =
2πfL

Donde:

V = tensión de alimentación al motor.
F = frecuencia de suministro.
L = inductancia magnetizante del estator.

Si no recuerdas tus conceptos de electricidad NO
IMPORTA, sólo analiza la fórmula donde está IM y de
darás cuenta que si la frecuencia varia entonces afectamos
a la corriente de magnetización IM y como consecuencia
variamos el torque o par motor.

Juntando las dos conclusiones y las dos fórmulas
estudiadas:

120 f V
n= (1-s) IM =
P 2πfL

Llegamos a la conclusión que para variar las rpm del
motor se debe variar la frecuencia sin afectar el par motor
(es decir sin afectar IM) y la única manera de hacerlo es
variando V en la misma proporción que variamos la
frecuencia es decir V/f debe ser constante.

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¿Cómo varía la velocidad un variador electrónico?
De todo lo anterior podemos concluir que un variador
electrónico varía las rpm del motor eléctrico al variar no
sólo la frecuencia de suministro sino también el voltaje de
alimentación al motor es decir manteniendo el mismo
ratio voltaje / frecuencia (V/Hz) y tenga teóricamente la
misma performance como cuando el motor está
funcionando con la alimentación fija desde la red. Analice
las siguientes figuras (Figuras 4.30).

Al motor:
V = 220 V
f= 60 Hz

Del suministro: Motor Máquina
V = 220 v τ = cte
f = 60 Hz
1750
rpm

Figura 4.30

a) Sin variador de velocidad

Al motor:
V = 44 V
f= 12Hz
Variador
Del suministro: De Motor Máquina
Velocidad τ = cte
V = 220 V
f = 60 Hz 350
rpm

Figura 4.30

b) Con variador de velocidad

En la Figura 4.30 b) el variador de velocidad reduce la
frecuencia a la quinta parte y por lo tanto las rpm a la
quinta. Pero a la vez el variador mantiene la relación
Voltaje/Frecuencia constante, la cual mantiene constante
la performance del torque del motor.

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La siguiente es una familia de curvas que nos muestra
como varía el torque nominal del motor en función de las
rpm al variar la frecuencia de suministro.

Figura 4.31

La siguiente es una práctica que nos permite observar que
el control de velocidad tiene como límite máximo aquel
punto en que la tensión de alimentación al motor se iguala
con el de la red. El variador puede seguir subiendo la
frecuencia pero ya no la tensión de suministro.

Figura 4.32

COMPONENTES DE UN VARIADOR DE
VELOCIDAD ELECTRÓNICO
Los componentes de un variador de velocidad electrónico
básicamente son tres, sin contar la interfaz de control.

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Del
suministro Al motor
Rectificador Filtro Inversor

Figura 4.33

Sus componentes en bloque son: Rectificador, Filtro y el
Inversor.

La alimentación del suministro puede ser monofásica o
trifásica la cual al entrar al variador de velocidad:

• Es rectificada de A.C. senoidal a D.C. pulsante en el
rectificador.
• Es linealizada de DC pulsante a D.C. continua en el
filtro.
• Es invertido de D.C. continua a A.C. modulada en el
inversor.

Es decir el motor se alimenta de una corriente alterna de
cada cuadrado obtenido en el inversor mediante un
método conocido como la modulación del ancho de pulso.
(PWM: Pulse Width Modulation) y se muestra en la
Fig.ura 4.34.

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Figura 4.34

Modulación del ancho de pulso

Obsérvese que la corriente que alimenta al motor
permanece con su forma senoidal y es lo que hace que el
motor gire a la misma perfomance de torque que sin el
variador.

4.2. Variadores de velocidad hidráulicos

Son en realidad unidades hidráulicas de bombeo que
aprovechan el comportamiento de un motor hidráulico en
función a la siguiente relación:

Q
n=
Ve

En donde:

n : RPM del motor hidráulico.
Ve : Desplazamiento volumétrico del motor
hidráulico (cm3/rev).
Q : Caudal de alimentación al motor en cm3/min.

Como se puede apreciar en la ecuación anterior la manera
de variar las RPM de un motor hidráulico es variando el
caudal de alimentación o variando su desplazamiento
volumétrico. De esta manera se puede variar también la
velocidad de la máquina impulsada por el motor
hidráulico.

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Q

Máquina
Impulsada

Motor
Hidráulico

Figura 4.35

Lo anteriormente explicado sólo constituye el principio de
cómo se varía la velocidad, pero en sí el variador de
velocidad en un esquema más o menos completo está
constituido por un sistema hidrostático como se muestra a
continuación:

3

1

2
6

4 5

Figura 4.36

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Este sistema es un sistema de bucle cerrado que permite
variar la velocidad del motor y por lo tanto de la máquina
impulsada mediante la variación del caudal de
alimentación al motor.

Entre los principales componentes de un sistema
hidrostático podemos mencionar:

1. La bomba principal de pistones de desplazamiento
variable que envía el caudal necesario hacia al motor
de acuerdo a lo mandado en la válvula de control.
2. La bomba de carga que compensa las pérdidas de
aceite en el bucle cerrado.
3. Las válvulas de recarga, son las válvulas check que
facilitan la compensación de caudal en el bucle.
4. Las válvulas de alivio que limitan la presión máxima
en el bucle.
5. La válvula de lanzadera que descarga el caudal del
bucle hacia el tanque.
6. El motor hidráulico que acciona la máquina
impulsada.

Este sistema hidrostático entrega el caudal necesario al
motor hidráulico de acuerdo al requerimiento de
velocidad.

Entre las principales aplicaciones de estos variadores
hidráulicos las podemos encontrar en mecanismos que
requieran un alto torque de accionamiento como por
ejemplo:

• Mezcladoras de concreto
• Accionamiento de tornamesas de gran carga
• En sistemas de chancadoras.
• Cintas transportadoras
• Control de velocidad en equipo pesado.

4.3. Otros variadores de velocidad mecánicos

Uno de los más sencillos es la polea extensible (Figura
4.37) que se monta en el árbol motor, mientras en el árbol
conducido se instala una polea fija. Mediante la variación
de la distancia entre centros de ambas poleas, se consigue
modificar el diámetro de actuación de la polea extensible
y, en consecuencia, la velocidad del árbol conducido. Para
grandes márgenes de variación (9:1, por ejemplo) se
emplean dos poleas extensibles. Estos variadores emplean
una correa trapecial ancha, de gran resistencia y
flexibilidad.

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Figura 4.37

5. Válvulas de control

5.1. Introducción

La válvula de control es el elemento final del control
automático más usuales y se les encuentra en las plantas
de proceso industriales.

Actúa como una resistencia variable en la línea de proceso;
mediante el cambio de su apertura se modifica la
resistencia al flujo y, en consecuencia el caudal del fluido
de control.

En esta sección se presenta la acción de la válvula de
control (en condición de falla), su dimensionamiento y sus
características.

5.2. Objetivos

Esta unidad de Válvulas de Control tiene por objetivos:

• Identificar los componentes de las válvulas de control.

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• Describir el funcionamiento de las válvulas de control.
• Seleccionar las válvulas de control de acuerdo a las
especificaciones.
• Reconocer las principales actividades de
mantenimiento aplicadas a las válvulas de control.

5.3. Componentes de la válvula de control

Una válvula de control consiste en dos partes principales:
el cuerpo y el actuador (servomotor). El líquido en flujo
pasa por el cuerpo. La función del actuador es responder a
la señal del controlador automático y mover las
guarniciones de la válvula para variar el flujo.

En la Figura 4.38, puede verse una válvula de control
típica. Se compone básicamente del cuerpo y del
servomotor.

Figura 4.38

Válvula de control representativa

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El cuerpo de la válvula contiene en su interior el
obturador y los asientos y está provisto de rosca o de
bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador
es quien realiza la función de control de paso del fluido y
puede actuar en la dirección de su propio eje o bien tener
un movimiento rotativo. Está unido a un vástago que pasa
a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el
servomotor.

5.3.1. Cuerpo de la válvula

El cuerpo de la válvula debe resistir la
temperatura y la presión del fluido sin pérdidas,
tener un tamaño adecuado para el caudal que
debe controlar y ser resistente a la erosión o a la
corrosión producida por el fluido. Según su
acción, los cuerpos de las válvulas se dividen en
válvulas de acción directa, tiene que bajar para
cerrar e inversa cuando tienen que bajar para
abrir. Esta misma división se aplica en los
servomotores, Figura 4.39.

Figura 4.39
Tipos de acciones en las válvulas de control

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Al combinar estas acciones se considera siempre
sin aire sobre su diafragma.

Por ejemplo, en la válvula de la Figura 4.51, el aire
entra por la parte superior del diafragma,
empujando el obturador hacia abajo, luego la
acción es “aire cierra”.

El cuerpo y las conexiones a la tubería (bridadas o
roscadas) están normalizados de acuerdo con las
presiones y temperaturas de trabajo en las normas
DIN y ANSI.

Figura 4.40

Tipos de conexiones del cuerpo de la válvula a la tubería

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Los materiales de construcción son importantes
para el cuerpo y las guarniciones de las válvulas
de control. Las piezas que hacen contacto con el
flujo deben ser compatibles en el aspecto de
resistencia a la corrosión.

Los cuerpos están disponibles hechos con todos
los metales y aleaciones que se puedan “vaciar”.
También se utilizan mucho los plásticos y los
revestimientos.

5.3.2. Tapa de la válvula

La tapa de la válvula de control tiene por objeto
unir el cuerpo al servomotor. A su través desliza
el vástago del obturador accionado por el motor.
Este vástago dispone generalmente de un índice
que señala en una escala la posición de apertura o
de cierre de la válvula.

Según las temperaturas de trabajo de los fluidos y
el grado de estanqueidad deseada existen los
siguientes tipos de tapas:

Tabla 4.5

Temperaturas de trabajo

1. Tapa normal (Figura 4.41a) adecuada para
trabajar a temperaturas del fluido variables
entre 0 y 220 ºC.
2. Tapa con aletas de radiación (Figura 4.41b)
circulares o verticales que puede trabajar
entre – 20 a 450 ºC, recomendándose que por
encima de 350 ºC, la válvula se monta
invertida para facilitar el enfriamiento de la
empaquetadura.
3. Tapa con columnas de extensión (Figura
4.41c). Las columnas son adecuadas cuando el
fluido está a temperaturas muy bajas.

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