Transmisión de un secador industrial: reductor, cadena y velocidad de tambor
La lavandería de un hotel de Palma utiliza un tambor secador accionado por un motor trifásico de 0,75 kW a 1440 rpm. La transmisión es un reductor sinfín-corona de i = 25 y rendimiento 0,70, seguido de una cadena con piñón de 17 dientes y corona de 51 dientes; el tambor tiene 300 mm de diámetro. El tambor debe girar entre 18 y 22 rpm y arrastrar una carga desequilibrada equivalente a 120 kg en el radio del tambor. El ventilador y la resistencia no forman parte de esta transmisión. En la última revisión se midió un consumo de 0,62 kW en el motor y un calentamiento del reductor. El operario propone cambiar el piñón de 17 dientes por uno de 13 para «dar más fuerza» y reducir el consumo.
1. Calcula la velocidad del tambor, el par necesario y la potencia mecánica requerida en el motor. Determina si el motor de 0,75 kW es suficiente y valora el consumo medido de 0,62 kW.
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Velocidad: el reductor entrega 1440/25 = 57,6 rpm. La cadena reduce 51/17 = 3,0, luego el tambor gira a 57,6/3,0 = 19,2 rpm, dentro del intervalo 18-22 rpm.
Par de carga: T = F·r = 120×9,81×0,15 = 176,6 N·m. Velocidad angular: ω = 2π×19,2/60 = 2,01 rad/s. Potencia en el tambor: P = T·ω = 176,6×2,01 = 355 W.
Rendimiento total: η = 0,70×0,95 = 0,665 (se admite 0,95 en la cadena). Potencia a la entrada: 355/0,665 = 534 W. El motor de 750 W queda al 71 % de su potencia nominal, por lo que es suficiente.
El consumo medido de 620 W es un 83 % de la nominal y superior a los 534 W calculados. Es plausible que haya pérdidas extra por desalineación, tensión excesiva de cadena, lubricante inadecuado o ventilación insuficiente del reductor. No indica que el motor sea pequeño, sino que la transmisión no trabaja en su punto eficiente. Conviene medir temperatura, alineación y tensión antes de cambiar relaciones.
2. Evalúa numéricamente la propuesta de cambiar el piñón a 13 dientes. ¿Aumenta la fuerza útil o el par en el tambor?
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Con 13 dientes, la relación de cadena pasa a 51/13 = 3,92; la relación total es 25×3,92 = 98,1 y la velocidad del tambor cae a 1440/98,1 = 14,7 rpm, por debajo del mínimo de 18 rpm. El par en el tambor para la misma carga sigue siendo 176,6 N·m, porque lo impone la carga (peso por radio), no la relación de transmisión. Lo que cambia es la velocidad y, por tanto, la potencia: P = 176,6×2π×14,7/60 = 272 W, menor que antes.
El par que ve el reductor también disminuye: T_reductor = 176,6/(3,92×0,95) = 47,4 N·m, frente a 62,0 N·m con 17 dientes. Por tanto, no «da más fuerza» al tambor: reduce la velocidad y baja la potencia demandada. Si el problema fuese falta de par, habría que aumentar la relación en el reductor o el tamaño del motor, no reducir el piñón. Además, una velocidad menor puede empeorar el secado y la refrigeración del motor.
Para obtener 18 rpm: relación total = 1440/18 = 80; cadena = 80/25 = 3,2; con 17 dientes, corona = 17×3,2 = 54,4, luego 54 dientes darían 17,9 rpm. Esa sería la corrección coherente si se busca el límite inferior.
3. El reductor se calienta y el operario quiere reducir la carga. Propón una secuencia de diagnosis y dos medidas correctoras justificadas.
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Secuencia:
- Medir temperatura del aceite y del cuerpo del reductor, comparando con el límite del fabricante; comprobar nivel, color y presencia de partículas.
- Verificar alineación motor-reductor y tensión de la cadena; una tensión excesiva añade carga radial y pérdidas.
- Medir corriente por fase y comparar con la calculada (534 W equivalen a unos 0,9 A por fase a 400 V con cos φ 0,8); una fase alta indica desequilibrio o sobrecarga.
- Comprobar el factor de servicio y el tiempo de funcionamiento; un reductor sinfín-corona tiene rendimiento bajo y calienta por diseño, pero no debe superar el régimen térmico.
Medidas:
- Corregir alineación y tensión de cadena, y sustituir el lubricante por el grado recomendado. Reduce pérdidas y carga radial.
- Mejorar la ventilación o instalar un ventilador en el reductor; si el régimen térmico sigue al límite, aumentar el tamaño del reductor o usar uno de tornillo sinfín de mayor rendimiento. No se debe reducir la velocidad del tambor por debajo de 18 rpm solo para bajar carga, porque se sale de especificación.