TRANSMISIONES HIDRÁULICAS !"#$%$ '
5 TRANSMISIONES HIDRÁULICAS
Mecanismo hidráulico que transmite a las ruedas la potencia desarrollada por el motor. En la transmisión hidráulica, la unión mecánica directa entre motor y ruedas está substituida por un motor hidráulico, cuyo elemento dotado de mayor inercia (generalmente, el estator) está unido al motor, y el otro elemento (rotor) a la caja de cambios. El uso de esta solución tiene su justificación en el hecho de que con ella puede prescindirse del embrague, aprovechando la posibilidad de deslizamiento entre elemento motor y elemento movido por el motor hidráulico. 5.1 CLASIFICACIÓN
Existen 2 tipos de transmisión hidráulica: hidrostática e hidrocinética, correspondientes al empleo de un motor de tipo volumétrico o de turbina. La primera, especialmente para bajas velocidades operativas, no se usa ya en los modernos y veloces motores. Sin embargo, la segunda ha tenido una creciente aplicación en 2 versiones: - transmisión de par constante o junta hidráulica: en ella, y dentro de su cárter, total o parcialmente lleno de aceite, existen 2 discos dispuestos uno frente a otro, dotados de paletas radiales, de los cuales uno, movido por el motor, empuja centrífugamente el aceite hacia la periferia, el cual, desviado por el cárter, entra en las paletas del otro disco arrastrándolo en su rotación; - convertidor de par: en él, las paletas están escantilladas y, además, entre las paletas giratorias existe un tercer elemento fijo, denominado estator, cuyas paletas son variamente orientables de manera que puedan desviar el flujo de aceite entre las 2 giratorias. Dicha desviación permite multiplicar el par transmitido, obteniendo una variación de 1 a 6 entre par entrante y par saliente de la junta. Para extender con buenos rendimientos el campo de funcionamiento del convertidor de par a un intervalo más amplio de relaciones de velocidad es necesario fraccionar el sistema de palas del estator, del rotor y de la bomba, obteniendo de ese modo convertidores de varias fases. Merced a sus características, el convertidor de par se emplea eficazmente, en unión con un cambio automático de 2-3 velocidades, para realizar transmisiones automáticas.
5.2 SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE ACOPLAMIENTOS HIDRODINAMICOS
Un acoplamiento de fluido es un dispositivo hidrodinámico utilizado para transmitir potencia mecánica giratoria. Se ha utilizado en las transmisiones de automóviles como una alternativa a un embrague mecánico. También tiene una amplia aplicación en unidades de máquinas marinas e industriales, en los que es esencial el funcionamiento a velocidad variable y/o controlada por la puesta en marcha sin carga de choque del sistema de transmisión de potencia. El fluido hidráulico se dirige por la "bomba" cuya forma se obliga a que el flujo en la dirección de la 'turbina de salida'. Aquí, cualquier diferencia en las velocidades angulares de 'etapa de entrada' y resultado 'etapa de salida' en una fuerza neta sobre el 'turbina de salida' causando un par de torsión, lo que causa que gire en la misma dirección que la de la bomba. El movimiento del fluido es efectivamente toroidal (Que se desplaza en una dirección en los caminos que pueden ser visualizadas como en la superficie de un toro): •
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Si hay una diferencia entre la entrada y la salida de velocidades angulares de movimiento tiene un componente que es circular Si las etapas de entrada y salida tienen velocidades angulares idénticas no hay fuerza centrípeta red - y el movimiento del fluido es circular y coaxial con el eje de rotación, no hay flujo de fluido de una turbina a la otra.
LA VELOCIDAD DE CALADO
Una característica importante de un acoplamiento de fluido es su velocidad de pérdida. La velocidad de pérdida se define como la velocidad máxima a la que la bomba puede girar cuando la turbina de salida está bloqueado y se aplica potencia máxima de entrada. Bajo condiciones de calado toda la potencia del motor se disiparía en el acoplamiento de fluido en forma de calor, que puede dar lugar a daños.
PASO CIRCUITO DE ACOPLAMIENTO
Una modificación a la simple acoplamiento de fluido es el acoplamiento-circuito de paso que anteriormente se fabrica como el "acoplamiento STC" por la empresa de ingeniería Fluidrive. El acoplamiento STC contiene un depósito a la que algunos, pero no todos, de la aceite gravita cuando se ha detenido el eje de salida. Esto reduce el "arrastre" en el eje de entrada, lo que resulta en la reducción del consumo de combustible al ralentí y una reducción en la tendencia del vehículo a "arrastrarse". Cuando el eje de salida empieza a girar, el aceite es lanzado fuera del depósito por la fuerza centrífuga, y vuelve al cuerpo principal del acoplamiento, de manera que se restablece la transmisión de energía normal. DESLIZARSE
Un acoplamiento de fluido no puede desarrollar par de salida cuando las velocidades angulares de entrada y salida son idénticos. Por lo tanto un acoplamiento de fluido no puede alcanzar el 100 por ciento de eficiencia de transmisión de potencia. Debido al deslizamiento que se producirá en cualquier acoplamiento de fluido bajo carga, algo de energía siempre se perderá en la fricción del fluido y la turbulencia, y se disipa en forma de calor. La mejor eficiencia de un acoplamiento de fluido puede alcanzar es 94 por ciento, que es por cada 100 revoluciones de entrada, habrá 94 revoluciones de salida. Al igual que otros dispositivos dinámicos de fluidos, su eficacia tiende a aumentar gradualmente con el aumento de escala, tal como se mide por el número de Reynolds. EL FLUIDO HIDRÁULICO
Como un acoplamiento de fluido opera cinéticamente, se prefieren fluidos de baja viscosidad. Se utilizan aceites de motor. En términos generales, multigrado o fluidos de transmisión automática. Aumento de la densidad del fluido aumenta la cantidad de par que puede ser transmitido a una velocidad de entrada dada. HIDRODINÁMICA DE FRENADO
Acoplamientos de fluido también puede actuar como frenos hidrodinámicos, disipando energía de rotación en forma de calor a través de fuerzas de fricción. Cuando un acoplamiento de fluido se utiliza para el frenado que también se conoce como un retardador.
APLICACIONES
INDUSTRIAL Acoplamientos de fluido se utilizan en muchas aplicaciones industriales que implica potencia de rotación, especialmente en las unidades de máquina que implican arranques de alta inercia o carga cíclica constante. TRANSPORTE FERROVIARIO Acoplamiento hidrodinámico se encuentran en algunas locomotoras diesel como parte del sistema de transmisión de potencia. Engranajes auto transformación hicieron transmisiones semiautomáticas para la British Rail, y Voith fabricación turbo transmisiones de vagones y unidades múltiples diesel que contienen diversas combinaciones de acoplamientos hidráulicos y convertidores de par. AUTOMOTOR Acoplamientos de fluido se utiliza en una variedad de primeras transmisiones semi-automáticas y transmisiones automáticas. Desde finales de la década de 1940, el convertidor de par hidrodinámico ha sustituido el acoplamiento de fluido en aplicaciones de automoción. En aplicaciones de automoción, la bomba normalmente se conecta al volante de inercia del motor-de hecho, la carcasa del acoplamiento puede ser parte de la rueda volante adecuado, y por lo tanto es girado por el cigüeñal del motor. La turbina está conectada al eje de entrada de la transmisión. Mientras que la transmisión está en marcha, como velocidad del motor aumenta el par se transfiere desde el motor hasta el eje de entrada por el movimiento del fluido, propulsar el vehículo. En este sentido, el comportamiento del acoplamiento de fluido se parece mucho a la de un embrague mecánico conducir una transmisión manual. Volantes fluidos, a diferencia de los convertidores de par, son mejor conocidos por su uso en automóviles Daimler junto con una caja de cambios preselector Wilson. Daimler utiliza estos a través de su gama de coches de lujo, hasta el cambio a cajas de cambio automáticas con el 1958 Majestic. Daimler y Alvis fueron también conocida por sus vehículos militares y vehículos blindados, algunos de los cuales también se utiliza la combinación de la caja de cambios de pre-selección y el líquido del volante. AVIACIÓN El uso más importante de los acoplamientos de fluido en aplicaciones aeronáuticas era en el motor alternativo de turbo-compuesto Wright, en el que tres turbinas de recuperación de energía extrajeron aproximadamente el 20 por ciento de la energía o alrededor de 500 caballos de fuerza de los gases de escape del motor y, a continuación, el uso de tres acoplamientos y fluido engranaje, convertida bajo par de giro de la turbina de alta velocidad a la salida, de alto par a baja velocidad para accionar la hélice.
5.3 SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE CONVERTIDORES DE PAR
Un convertidor de par es un acoplamiento fluido más un estator. Al igual que el acoplamiento fluido, el convertidor de par acopla al motor con la transmisión, y transmite la potencia necesaria para mover la máquina. Los componentes básicos del convertidor de par son un impelente, la turbina, el estator y el eje de salida. A diferencia del acoplamiento fluido, el convertidor de par puede también multiplicar par desde el motor, lo que incrementa el par a la transmisión. El convertidor de par utiliza un estator que redirige el fluido de regreso al impelente en la dirección de giro. La fuerza del aceite desde el estator incrementa la cantidad de par transferido desde el impelente a la turbina y hace que el par se multiplique.
COMPONENTES DEL CONVERTIDOR DE PAR
BOMBA ! TURBINA ! ESTATOR !
BOMBA También conocido como impelente. Este elemento tiene paletas que se encargan de impulsar el aceite a la turbina. Se considera el elemento conductor, debido a que es el que recibe el movimiento del motor, al que está unido, e impulsa el aceite contra él. La bomba está fijada al volante del motor y la turbina está fijada al eje de entrada de la transmisión. Cuando se arranca el motor, la bomba comienza a girar y empuja el aceite desde su centro hacia el borde. TURBINA El elemento conducido se llama turbina, y va acoplada a la caja de cambios. La bomba dirige aceite presurizado contra la turbina para hacerla girar. La turbina está conectada a una flecha, para transferirle potencia a la transmisión. Tiene como misión recibir el aceite enviado por la bomba. La turbina gira en conjunto con el eje de salida ya que estos están unidos en un mismo eje. ESTATOR El convertidor de par incluye un tercer elemento que viene a mejorar las condiciones de funcionamiento en la circulación del aceite, se trata del estator. Tiene como misión redirigir el aceite ocupado por la turbina y entregarlo a la bomba, este cambia de dirección el flujo de aceite lo que permite aumentar el impulso del aceite. Dentro del estator se encuentra un cojinete de un solo sentido, lo que permite que este solo gire en un determinado sentido. El estator se usa para redirigir el flujo de la turbina de regreso hacia la parte de la bomba, para completar el flujo de aceite. Está montado sobre un mecanismo de rueda libre que le permite desplazarse libremente cuando los elementos del convertidor giran a una velocidad aproximadamente igual. SU PRINCIPAL FINALIDAD ES: •
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Absorber cargas de choque. Evita que el motor se sobrecargue y llegue a calarse, permitiendo el funcionamiento a la vez del sistema hidráulico. Proporciona las multiplicaciones de par automáticamente para hacer frente a la carga, sin tener que cambiar de velocidad dentro de unos límites. Se elimina la necesidad de embrague.
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La carga de trabajo va tomándose de forma gradual.
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Se precisan menos cambios de velocidad.
FUNCIONAMIENTO
Al girar la bomba accionada directamente d irectamente por el movimiento del cigüeñal, el aceite se impulsa desde la rueda de bomba hasta la rueda turbina. A la salida de ésta el aceite tropieza con los alabes del reactor que tienen una curvatura opuesta a los de las ruedas de bomba y turbina. Esta corriente de aceite empuja al reactor en un giro de sentido contrario al de la bomba y la turbina. Como el reactor no puede realizar ese giro ya que está retenido por la rueda libre, el aceite se frena y el empuje se transmite a través del aceite sobre la bomba. De esta forma mientras exista diferencia de velocidad de giro entre la bomba y la turbina el momento de giro (par) será mayor en la turbina que en la bomba. El par cedido por la turbina será pues la suma del transmitido por la bomba a través del aceite y del par adicional que se produce por reacción desde el reactor sobre la bomba y que a su vez es transmitido de nuevo sobre la turbina. Cuanto mayor sea la diferencia de giro entre turbina y bomba mayor será la diferencia de par entre la entrada y la salida del convertidor, llegando a ser a la salida hasta tres veces superior.
Conforme disminuye la diferencia de velocidad va disminuyendo la desviación de la corriente de aceite y por lo tanto el empuje adicional sobre la turbina con lo que la relación de par entre salida y entrada va disminuyendo progresivamente.
Cuando las velocidades de la bomba y la turbina son iguales termina la reacción sobre el estator y éste gira en el mismo sentido que los rodetes, por el motivo que el aceite choca con la parte interna de las aspas, funcionando el conjunto como un embrague hidráulico y con una relación de velocidad y par de 1:1: es decir, el eje conducido unido a la turbina gira a igual velocidad y con la misma fuerza que el eje motor.
