El uso de la rueda ha estado tradicionalmente dirigido a la trasmisión del movimiento giratorio desde un eje a otro o para permitir el desplazamiento de objetos con menor consumo energético, ya que reduce los rozamientos (vehículos, carretillas…).
Existen una amplia variedad de ruedas, entre las que cabe destacar la rueda dentada, que es una rueda perimetralmente rodeada por dientes, los cuales pueden ser de muchos tipos. Se utilizan acoplando múltiples ruedas dentadas (tren de engranajes) o combinándola con una cadena para transmitir el movimiento entre dos ejes separados, pero no necesariamente paralelos. Los trenes de engranajes son muy frecuentes en máquinas para la transformación de polímeros porque permiten convertir el movimiento de un motor en potencia mecánica para el moldeado de los mismos.
Por engranaje se conoce a los órganos formados por, al menos, dos ruedas dentadas (una transmite movimiento/potencia a la otra) que se acoplan de manera que los dientes de una encajan en los huecos de la otra y viceversa. Es un sistema muy frecuente para la transmisión de movimiento en árboles de ejes paralelos, cruzados o que se cortan debido a su gran versatilidad y amplia gama de modelos.
Entre las ventajas principales de los engranajes se encuentran su alto rendimiento para la transmisión y su bajo coste de mantenimiento. Aunque, por el contrario, presentan costes de instalación elevados y un excesivo nivel de ruido.
Las muescas que presentan las ruedas dentadas (también conocidas como dientes) pueden ser rectas, oblicuas, en flecha, en espiral, helicoidal o de otro tipo, en función del uso al que se destine el engranaje.
Esquema de funcionamiento para un sistema de transmisión por engranajes (izquierda) y vista interior de un equipo con transmisión por engranajes (derecha)
Las cadenas son órganos para la transmisión de potencia y movimiento entre árboles o ejes paralelos empleados para conseguir relaciones de transmisión exactas y constantes gracias a un acoplamiento de forma entre los eslabones de una cadena y los dientes de un piñón.
Su uso es frecuente cuando la distancia entre los árboles o ejes implicados en la transmisión se encuentran tan separados que el uso de engranajes es inviable.
Su funcionamiento y relación de transmisión entre piñones es similar, como se podrá observar más adelante, al de los sistemas de transmisión mediante correas.
Cadena
El uso de cadenas está especialmente indicado para la transmisión de altas potencias a bajas velocidades y para alcanzar valores de rendimiento elevados.
Las cadenas se fabrican principalmente en acero al carbono o aleaciones de acero de alta calidad y en dimensiones normalizadas.
Sabía que...
Los tipos de cadena de uso más extendido son las cadenas de eslabones, las cadenas de rodillos y las cadenas de bloque.
Por correas se conoce a los órganos empleados para la transmisión de movimiento entre dos poleas o ruedas que giran en ejes, que no necesariamente han de ser paralelos, y cuya superficie puede ser plana o dentada.
Una de estas poleas forzará el movimiento en la otra, ya que ambas se encontrarán vinculadas por la correa encargada de transmitirlo. La transmisión de fuerza y movimiento emplea el rozamiento entre polea y correa de la misma forma que en los sistemas de cadena se empleaba el acoplamiento de forma entre los piñones y la cadena. Su coste es reducido y tienen un alto rendimiento.
Pueden encontrarse correas de muy diversos materiales: caucho, cuero, acero desnudo, acero recubierto de papel o corcho, etc.
Actividades
3. ¿Conoce algún instrumento, máquina o electrodoméstico que emplee las correas como elementos de transmisión? Nómbrelos.
4. Cite instrumentos, máquinas o electrodomésticos que empleen como elemento de transmisión cadenas.
Los tipos de correa más usuales son las correas trapezoidales y las correas dentadas. Las primeras presentan una sección en forma de trapecio isósceles, cuya base mayor es la que se apoya sobre unas ranuras practicadas sobre la polea; mientras que, las correas dentadas son correas de superficie ondulada, que permiten realizar la transmisión de movimiento aprovechando la mayor tracción que proporcionan las ondulaciones de la correa y las poleas. Estas se emplean para anular por completo los deslizamientos.
Ejemplo de correa dentada (izquierda) y de correa trapezoidal (derecha)
Las poleas son órganos que han de ser empleados en conjunto con correas o cuerdas. Permiten transmitir el movimiento entre árboles o ejes, ya sean paralelos o no (compresores, sierras, taladros...), y/o modificar la dirección de una fuerza (polea fija, polea móvil o polipasto), generalmente, para la elevación de cargas.
Podría decirse que son ruedas con una oquedad perimetral que permite alojar las cuerdas o correas transmisoras del movimiento, aunque en ocasiones, presentan el aspecto de ruedas con forma de cono truncado o de cilindro escalonado en varios diámetros. Siempre van por pares, según la función de cada una de ellas, y se distingue entre conductora y conducida.
En los sistemas de polea y correa o piñón y cadena, se estable una relación matemática entre las velocidades de las poleas y sus radios que cumple la fórmula:
Donde:
1 i es el parámetro que se conoce como relación de transmisión.
2 n1 es el número de revoluciones por minuto de la polea motora.
3 n2 es el número de revoluciones por minuto de la polea conducida.
4 R1 es el radio de giro de la polea motora o conductora.
5 R2 es el radio de giro de la polea conducida.
Si i es mayor que la unidad, la rueda motora gira más rápido que la conducida; mientras que, si es menor que la unidad, la rueda motora gira más lenta que la conducida.
Aplicación práctica
La máquina para torneado de plástico que está instalada en la zona de acabado de la planta de transformación de polímeros para la que trabaja opera basándose en un sistema de correa y poleas. Recientemente, se ha detectado una anomalía en el motor que mueve la polea conductora (de 0,05 m de diámetro) y debe ser sustituido. Para ello, está considerando emplear un motor de dimensiones adecuadas que se ha localizado almacenado en su embalaje original y sin estrenar, que permite alcanzar hasta 700 rpm. La polea que tornea las piezas debe girar, al menos, a 3000 rpm para vencer la resistencia del material a ser torneada; y la polea a la que se encuentra acoplada