Poleas y Bandas i

POLEAS Y BANDAS I

El sistema de poleas y banda es una forma simple, barata y efectiva de transmitir movimiento entre dos ejes. Normalmente los ejes son paralelos y giran en el mismo sentido, pero es posible, mediante el uso de bandas planas, hacerlos girar en sentidos opuestos y con ciertas restricciones, también es posible transmitir entre ejes colocados a 90°. Este sistema ofrece flexibilidad en la distancia entre los centros de los ejes, su montaje no exige una alineación tan precisa como otros sistemas, no requiere lubricación, requiere poco mantenimiento y la elasticidad de la banda amortigua cargas pico y vibraciones torcionales. Se pueden emplear bandas con superficie de contacto lisa (planas o de sección trapezoidal) que no generan ruido ni vibraciones o poleas y bandas dentadas para evitar el deslizamiento y mantener la sincronización entre los ejes. La eficiencia de una transmisión por poleas y banda es alta, las principales pérdidas son producto del arrastre o "creep", condición inevitable, provocada por las deformaciones que la banda sufre al tomar la forma de la polea. Cuando la banda trabaja adecuadamente hay arrastre sin deslizamiento, y la temperatura se eleva muy poco (la temperatura de una banda detenida es soportable al tacto), pero si además del arrastre hay deslizamiento, la temperatura se eleva mucho más, con posibles daños a las poleas y las bandas. En la práctica la relación de reducción de velocidades en un sistema de poleas y banda se limita a 10:1 por paso, aproximadamente. Es posible lograr relaciones mayores, pero esto puede requerir poleas muy grandes o mucha separación entre los ejes, por lo que, generalmente, es preferible usar más de un paso de reducción, en el primer paso se usan poleas, y los sucesivos pueden ser con poleas, engranes o cadenas . Gracias a avances en las tecnologías de fabricación y al empleo de nuevos materiales, la capacidad de transmisión de las bandas se ha venido incrementando continuamente durante los ultimos años. Este incremento en capacidad hace posible reducir el número de bandas al sustituir las de una transmisión que se haya diseñado tiempo atrás.

TIPOS DE BANDAS Las bandas pueden ser de construcción continua, también llamada sinfín, o abiertas, en las que la unión de los extremos se hace durante el montaje. Este último sistema se emplea cuando el reemplazo de una banda sinfín es problemático y tardado. La clasificación más común se basa en la forma de la sección de la banda. La banda plana tiene una sección rectangular y el contacto con la polea se da en la superficie interior de la banda. En la banda trapezoidal tipo V, el contacto es en las paredes cónicas de la banda. En la banda de sección redonda tipo O, el contacto en en el semicírculo interior de la sección de la banda. Y en las poleas y bandas dentadas, el contacto es entre los dientes de ambos elementos.

BANDA PLANA Este tipo de banda tuvo un amplio uso en fábricas en que la potencia motriz venía de un motor general y se tenían ejes comunes de los que se tomaba fuerza para todas las máquinas de la planta. Comparada con diseños más modernos, la banda plana requiere de una tensión elevada para transmitir un par determinado. Esta condición hace necesarios el uso de ejes y soportes más robustos. Por otra parte, resulta relativamente fácil reducir la tensión en la banda para permitir que deslice en el arranque o ante cargas elevadas, lo que puede hacerla atracticva para algunas máquinas.

BANDA TRAPEZOIDAL Desde su aparición y con el uso generalizado de motores eléctricos individuales para cada máquina, las bandas trapezoidales han ido desplazando a las bandas planas. Hoy en día las bandas trapezoidales son las más usadas en vehículos, aparatos de línea blanca, ventiladores y máquinas industriales. El ángulo de las paredes de la banda tiene un efecto multiplicador sobre la fuerza de contacto entre las superficies de fricción, permitinedo transmisiones más pequeñas y menor tensión en la banda. En el estándar de los Estados Unidos, el diseño tradicional comprende las secciones designadas con las letras A, B, C, D y E. De diseño más reciente son las bandas tipo L para trabajo ligero y las secciones de diseño V que han reemplazado a las secciones tradicionales porque permiten transmisiones más pequeñas para requerimientos similares. La siguiente tabla nos muestra las dimensiones principales para las diferentes secciones estandar de banda que existen:

SECCIÓN

L

H

3L

3/8

7/32

4L 5L

1/2 21/32

5/16 3/8

3V 5V 8V

3/8 5/8 1

5/16 17/32 29/32

A B C D E

1/2 21/32 7/8 1 1/4 1 1/2

5/16 13/32 17/32 3/4 29/32

Banda Trapezoidal Estandar

Banda Trapezoidal Tipo “V”

Banda Trapezoidal Tipo “L” Tanto las bandas tradicionales como las de diseño V se fabrican en conjuntos unidos de 2 a 5 bandas, llamados bandas múltiples, con los que se evita la necesidad de igualar bandas para trabajar en poleas de varias ranuras y dando estabilidad a la transmisión. Ver figura No. 1

Figura No. 1 Otra variante son las bandas trapezoidales dentadas, que, teniendo la misma sección de las bandas estándar, son más flexibles y permiten el uso de poleas de menor diámetro. Estas bandas comúnmente se designan con una X después del número básico, 3VX, por ejemplo. A diferencia de las bandas lisas, las bandas dentadas comúnmente tienen los cantos en bruto, es decir, que no estan recubiertos, lo que permite una mayor capacidad de transmisión.

Banda Trapezoidal Dentada

BANDA Y POLEAS DENTADAS Las poleas dentadas no dependen de la fricción para transmitir potencia, permitiendo una tensión mínima en las bandas. Además, al no haber deslizamiento entre la polea y la banda, hay sincronización entre los ejes. Entre los avances tecnológicos destaca la modificación de los perfiles de los dientes de las poleas y sus bandas para ofrecer transmisiones cada vez más silenciosas y durables. Ver figura No. 2

Figura No. 2 Algunas bandas con dientes modificados pueden trabajar con poleas de perfil estándar, pero otras requieren de poleas con dientes compatibles. Un diseño reciente incorpora dientes de doble hélice desfasada, que ofrece una transmisión más sileciosa, con menos vibraciones y mayor eficiencia. Las poleas con dientes rectos pueden tener paso en pulgadas, series MXL (1/12"), XL (1/5"), L (3/8"), H (1/2"), XH (7/8") y XXH(1-1/4"), o las series 3M, 5M, 8M, 14M y 20M , donde los dígitos representan el paso en milímetros. Debido a que algunas poleas y bandas se fabrican con geometría diferente a la estándar, al reemplazar las bandas es importante verificar que las bandas nuevas sean compatibles con las poleas instaladas. Al especificar la banda deseada se debe indicar el diseño, HPR, por ejemplo, el número de dientes, digamos 1778, el paso, 14 mm, y el ancho, 55 mm. El modelo será HPR 177814M-55. BANDA HEXAGONAL Y DE ESLABONES Se fabrican también bandas hexagonales para transmitir por ambos lados ( figura No. 3 ) y bandas de eslabones, con capacidad menor a las bandas continuas, pero que permiten reemplazarlas o ajustar la tensión, sin necesidad mover los ejes (figura No. 4).

Figura No. 3

Figura No. 4 BANDAS REDONDAS TIPO O Las bandas redondas se utilizan en transmisiones de poca potencia, como maquinas de oficina y enseres domésticos. Debido a la simetría de una sección redonda, es muy sencillo trabajar con ejes múltiples u oblicuos, por lo que pueden ser útiles en aparatos con transmisiones complicadas. BANDA DENTADA DUAL La mayoría de los fabricantes ofrecen también bandas con dientes en la superficie interior y en la exterior, que permiten transmitir movimientos por ambos lados de la banda, tal y como se muestra en la figura No. 5

Figura No. 5 OTROS TIPOS Además de los tipos de bandas que se han mencionado, hay una variedad de diseños para resolver problemas específicos, especialmente para transmisiones pequeñas. A través de variaciones en materiales, geometría o construcción, se obtienen bandas más flexibles, que permiten desalineación y el uso de poleas de menor diámetro, reduciendo peso, momento de inercia y espacio de una transmisión. SELECCION

Los cálculos para la selección de una banda pueden ser algo complejos. Afortunadamente, muchos fabricantes ofrecen programas de computadora e incluyen en sus catálogos y páginas electrónicas formas simplificadas, que nos llevan de la mano paso a paso, usando sencillas fórmulas, gráficas y tablas de datos, para hacer una selección adecuada. Estos procedimientos son aceptables para la mayoría de las máquinas, pero hay transmisiones que por las velocidades, cargas o condiciones de trabajo, requieren de un análisis más detallado. En estos casos es recomendable consultar al fabricante. A grandes rasgos se siguen los siguientes pasos: La información que se requiere para seleccionar una transmisión es:   

 



La potencia y el tipo de motor (motor eléctrico de 5 Hp, por ejemplo) Diámetro de los ejes de la polea motriz (1.125" ) y de la polea conducida (1.750" ) El tipo de máquina y el régimen de trabajo (transportador de banda a granel, trabajo continuo 10 hrs diarias) La distancia aproximada entre los centros de los ejes (13") La velocidad de la polea motriz (1750 rpm) y de la polea conducida (400 rpm aproximadamente) Colocación de la polea loca o tensora, si se va a emplear (sin polea loca)

El primer paso es escoger el factor de servicio en el cuadro adecuado, tomando en cuenta tipo de motor, tipo de máquina, régimen de trabajo y la colocación de la polea loca, si es que se emplea. La potencia de diseño es igual al factor de servicio por la potencia del motor. Factor de servicio recomendado: 1.2, la potencia de diseño será 1.2 x 5 = 6 Hp En seguida, utilizando una gráfica, se selecciona la sección adecuada para la combinación de potencia de diseño y velocidad. 3V o 3VX para transmitir 6 Hp a 1750 rpm.

Luego, en una tabla se verifica diámetro mínimo de polea recomendado para el motor que se va a emplear (entre menor sea el diámetro de una polea, mayor será la carga en voladizo

sobre al eje del motor). Para un motor eléctrico estándar de 5 Hp a 1750 rpm se recomienda que el diámetro de la polea motriz sea mayor o igual a 3.0"

Potencia del Motor Electrico [rpm] 1/2 3/4 870

1

1 1.5

2.2 2.4 2.4 2.2 2.4

2

3

5

7.5 10 15 20 25 30 40 50

2.4

3.0 3.0 3.8 4.4 4.4 5.2 6.0 6.8 6.8 8.2 8.4

2.4

2.4 3.0 3.0 3.8 4.4 4.4 5.2 6.0 6.8 6.8 8.2

1160

-

1750

-

-

2.2

2.4

2.4 2.4 3.0 3.0 3.8 4.4 4.4 4.4 5.2 6.0 6.8

3500

-

-

-

2.2

2.4 2.4 2.4 3.0 3.0 3.8 4.4 4.4

-

-

-

Diametro minimo recomendado para poleas montadas en motores La relación de reducción es igual a la velocidad de la polea motriz entre la velocidad de la polea conducida (1750 / 400 = 4.375). En las tablas de selección que proporciona el fabricante, correspondiente a la sección de banda determinada en el segundo paso (banda 3V), se escoge una combinación de poleas que ofrezca la relación deseada y que tenga un diámetro mayor al minino recomendado. Para el caso del ejemplo, se obtiene una selección con las siguientes caracteristicas: relación 4.23:1, polea motriz 3.35", polea conducida 14". Esta tabla indica la capacidad, en Hp por banda, para la velocidad de la polea motriz, 3.66 Hp en este ejemplo. Esta capacidad debe multiplicarse por un factor de ajuste para la distancia entre centros deseada, que aparece en la misma tabla. Para la banda 3VX560, la distancia entre centros es 13.3" y el factor de ajuste es 0.90, por lo que la capacidad: 0.87 x 3.35 = 2.91 Hp por banda.

Poleas de Inventario Relacion Diametro Ext.

Potencia Factor Distancia Por De Entre Banda Ajuste Centros

Motriz

Conducida

1750 [rpm]

[pulg]

.....

.....

.....

.....

.....

..... .....

.....

.....

.....

.....

.....

..... .....

4.23

3.35

14.00 14.00

3.66

0.87

3V560 13.3

.....

.....

.....

.....

.....

..... .....

.....

.....

.....

.....

.....

..... .....

Tabla de Potencia por Banda y Factor de Ajuste Finalmente, se divide la potencia de diseño entre la capacidad por banda, ajustada a la distancia entre centros, para obtener el número de bandas requeridas en la transmisión. 6 /  2.91 = 2.06. Un diseño conservador nos llevaría a usar 3 bandas, otras opciones serían: usar dos bandas, sacrificando un poco el factor de servicio; o, incrementar la distancia entre centros de los ejes. TENSION DE LAS BANDAS Las bandas que trabajan en fricción requieren de la tensión correcta para transmitir el par deseado. Como se ha dicho anteriormente, si la tensión es baja habrá deslizamiento entre la polea y la banda. Hemos dicho también que esta condición puede ser deseable, pero también debe decirse que representa pérdida de eficiencia y disminución en la vida útil de la transmisión. En la actualidad la amplia disponibilidad y economía de bandas trapezoidales, que no se adaptan muy bien a un deslizamiento prolongado, hace preferible utilizar en conjunto con la transmisión de este tipo de poleas, otros elementos, como inversores de frecuencia, embragues y coples hidráulicos, diseñados específicamente para permitir arranques suaves y para proteger la máquina y su transmisión contra los efectos de cargas elevadas. Tampoco es conveniente permitir demasiada tensión en la banda porque ésto puede provocar daño prematuro en ejes, rodamientos o en la misma banda. La forma más sencilla de encontrar la tensión adecuada de una banda consiste en separar los ejes hasta que la banda alcance una tensión que permita poco arco en los tramos libres de la banda. Se hace trabajar el equipo, observando la transmisión para detectar un chillido que indique deslizamiento en el arranque o durante periodos de carga elevada, o movimiento excesivo en el lado suelto de la banda. Si por falta de experiencia o porque la máquina lo requiere este método no es aceptable, se puede lograr un ajuste más exacto mediante la medición de la fuerza requerida para deformar la banda una distancia determinada, como se indica en la figura No. 6.

Figura No. 6

Debido a la elongación de las banda y el asentamiento entre poleas y bandas, es conveniente ajustar la tensión de bandas nuevas poco arriba del máximo recomendado para operación normal, y será necesario verificar la tensión después de las primeras 24 horas de trabajo.