Entre los elementos de una máquina, no hay nada más complicado y vital para su correcto funcionamiento que el servicio de una caja de cambios. Las cajas de engranajes se encuentran sobre todo en todas las aplicaciones, ya sean de fabricación pesada o de automatización muy precisa. Cada una tiene su diseño pensado para una aplicación específica. Así que, con tanta variedad disponible, ¿cómo elegir la perfecta? Esta guía ofrece información sobre los distintos tipos de cajas de engranajes industriales modernas, las ventajas exclusivas de cada tipo y consejos útiles para tomar decisiones óptimas en relación con la mejora de la eficacia, la fiabilidad y el rendimiento de su aplicación.
¿Qué es un reductor industrial?
Una caja de cambios industrial se define como un dispositivo mecánico a través del cual se utiliza el par producido por un motor para arrastrar una carga o máquina, y cuya velocidad se divide por esta relación. En sistemas como transportadores, trituradoras, turbinas y mezcladoras, la caja de engranajes desempeña un papel vital en la transferencia de potencia de un equipo a otro. Además de mejorar las condiciones de rendimiento, el tipo de caja de cambios que se utiliza siempre tiene en cuenta un funcionamiento eficiente desde el punto de vista energético, sirve para un mantenimiento sencillo y prolonga la vida útil operativa.
Un tipo incorrecto de caja de cambios puede provocar un desgaste indeseado, sobrecalentamiento e incluso el fallo del sistema; en cambio, una caja de cambios adecuada garantiza un funcionamiento sin problemas en condiciones muy duras. Esto se debe simplemente a que estas cajas de cambios han sido diseñadas para cargas, entornos y tipos de velocidad específicos. Por eso es muy importante entender cómo funcionan las cajas de cambios como cualquier otro componente mecánico de una máquina. Por ejemplo, la caja de engranajes adecuada garantizaría la continuidad de la potencia en la automatización y el procesamiento industrial de alta precisión que implican operaciones de carga muy pesada.
Principales tipos de reductores industriales
Los fabricantes de reductores proponen muchos diseños de reductores industriales, cada uno adaptado a unas necesidades mecánicas específicas. El tipo de caja de engranajes seleccionado puede afectar en gran medida a la eficacia, durabilidad y buen funcionamiento de un sistema. A continuación se describen cinco tipos de cajas de engranajes industriales, los más utilizados en la industria, cada uno con un comentario añadido sobre lo que diferencia a cada tipo y su aplicación habitual.
Reductor de engranajes cilíndricos
Los reductores de engranajes cilíndricos están considerados como unos de los más fiables y ampliamente utilizados en aplicaciones pesadas. Los dientes de los engranajes cilíndricos están dispuestos en ángulo, lo que hace que el engrane de los dientes se produzca gradualmente, garantizando un funcionamiento suave y silencioso. La alta transmisión de par, las bajas vibraciones y la gran capacidad de carga recomiendan su uso en cementeras, trenes de laminación de acero y maquinaria de extrusión de plástico.
Caja de engranajes cónicos
Cuando surge la necesidad de modificar la dirección de un eje, lo primero en lo que se suele pensar es en un reductor de engranajes cónicos. Utilizando engranajes cónicos con ejes de intersección montados normalmente en ángulo recto, pueden transmitir eficazmente el movimiento de un eje a otro en un diseño compacto. Los reductores de engranajes cónicos se utilizan habitualmente en cintas transportadoras, maquinaria de minería y otros sistemas de manipulación de materiales.
Reductor de tornillo sin fin
El reductor helicoidal, compacto y potente, es apreciado por su aplicación cuando el espacio es reducido y se requiere un par elevado a baja velocidad. Funciona mediante un tornillo sin fin que engrana con el engranaje, a menudo con un mecanismo autoblocante. Esta caja de engranajes también tiene un funcionamiento suave y silencioso, por lo que es la más adecuada para ascensores, pequeñas cintas transportadoras y maquinaria de envasado.
Caja de cambios planetaria
Con unas dimensiones reducidas para cubrir una gran precisión y un par elevado, los reductores de tipo planetario en las industrias suelen ser la primera opción. Constan de un engranaje planetario central rodeado de engranajes planetarios, que a su vez están rodeados por una corona dentada. Esto permite una distribución uniforme de la carga, una mayor estabilidad y una alta eficiencia. Las aplicaciones más comunes de las cajas de engranajes planetarios para motores eléctricos se encuentran en sistemas robóticos, sistemas aeroespaciales y prensas de impresión.
Caja de engranajes rectos
Por último, los reductores de engranajes rectos son una solución sencilla y barata para aplicaciones que requieren un par bajo o medio. Emplean dientes rectos y alineados en paralelo al eje de rotación, lo que permite un funcionamiento rápido, pero, bajo carga, suelen generar mucho ruido. Los reductores de engranajes rectos suelen encontrarse en sistemas transportadores, mecanismos de automoción y bombas de engranajes para los que la sencillez y la velocidad son primordiales.
Factores clave para elegir una caja de cambios
Conozca las necesidades de su aplicación y los requisitos técnicos específicos de cada tipo de engranaje para elegir la caja de cambios más adecuada. Una buena adecuación entre la caja de cambios y la aplicación puede mejorar el funcionamiento, la eficacia y los costes de mantenimiento a lo largo del tiempo. Con los numerosos tipos que se ofrecen, cada uno de los cuales ofrece diferentes ventajas, es sumamente importante tener en cuenta las condiciones de funcionamiento, las condiciones de carga y las limitaciones del diseño. Tanto si se trata de un nuevo diseño como de la modificación de uno antiguo, dedicar tiempo a sopesar las opciones puede evitar a una organización errores y paradas costosas. He aquí algunos aspectos que conviene sopesar:
Requisitos de par
Conozca el par de apriete que exige su aplicación. Subestimar el par puede provocar averías y un desgaste prematuro. El par medio no es lo único importante; también hay que tener en cuenta los picos de carga y las sobrecargas en el arranque. Sobredimensionar ligeramente el par hará que dure más, mientras que subdimensionarlo conducirá casi invariablemente a una avería prematura. Consulte siempre las curvas de par del fabricante para ajustar correctamente. El par debe tener en cuenta el ciclo de trabajo, ya sea continuo, intermitente o con carga de choque. Algunas cajas de cambios se fabrican específicamente para atender a cargas de par muy diferentes, con una holgura muy ligera. También hay que tener cuidado con las especificaciones excesivas: una caja de cambios sobredimensionada desperdicia energía y espacio, mientras que no ofrece ninguna ventaja.
Relación de velocidad
Determinar la relación de velocidad de entrada/salida necesaria. Estas cajas de cambios son más adecuadas para reducciones de alta velocidad que otras. Los reductores de tornillo sin fin son perfectos para reducciones de alta relación en una sola etapa, mientras que los planetarios ofrecen sus relaciones con mayor eficacia. Garantizar una velocidad similar conducirá a un rendimiento constante y ayudará a mantener una transmisión de potencia óptima.
Asegúrese de analizar cómo afecta la relación de velocidad a la gama de velocidades de conducción y al tiempo de respuesta de su sistema. Algunas cajas de cambios pueden tener un diseño flexible o modular que permita cambios posteriores de relación. Es importante tener en cuenta la carga y la velocidad del motor para modificar la relación de transmisión deseada a lo largo del tiempo. La relación correcta también lo es todo en términos de desgaste y condiciones de lubricación dentro de la caja de cambios.
Limitaciones de espacio
Tenga en cuenta el espacio de instalación disponible. Los diseños de instalación compactos suelen satisfacerse con reductores planetarios y de tornillo sin fin. Cuando el espacio es reducido, un reductor que proporcione una mayor potencia en relación con su tamaño puede ayudar a conseguir una mayor flexibilidad en el diseño. En el diseño de la instalación, recuerde evaluar la huella de la caja de engranajes, pero también el acceso a la refrigeración y el mantenimiento.
Considera el pensamiento tridimensional: las distancias verticales y horizontales también determinarían la mejor disposición. Aunque compacta, no necesariamente se inclina hacia la ligereza cuando el soporte estructural puede seguir siendo necesario. A menudo, los tipos más pequeños de caja de engranajes en la industria pueden tender a desplazar el centro de gravedad del sistema más abajo para equipos móviles o robótica. La orientación del montaje también influye en el uso del espacio y debe estar bajo las especificaciones de la aplicación.
Eficiencia y consumo energético
Por lo general, los reductores de engranajes cilíndricos y planetarios son más eficientes que los de tornillo sin fin y, por tanto, consumen menos energía a lo largo del tiempo. Los reductores de tornillo sinfín se utilizan cuando el tamaño es importante, pero normalmente, a altas relaciones, su eficiencia es baja. A lo largo de un período prolongado, la eficiencia de incluso unos pocos puntos porcentuales puede suponer un ahorro de costes energéticos. Cuando el consumo de energía importa, elija los tipos de engranajes con menores pérdidas de potencia.
Además, la eficiencia de la caja de cambios se corresponde con una generación de menos calor; así, se reduce el coste de la refrigeración y se prolonga la vida útil del lubricante. Se ha comprobado que el coste oculto de las pérdidas de la caja de cambios en las auditorías energéticas industriales suele ser una de las partidas de costes más importantes. En caso de utilizar variadores de velocidad, considere tipos de cajas de engranajes compatibles con inversores. Algunos diseños también reducen las pérdidas por fricción utilizando materiales avanzados o tratamientos superficiales.
Mantenimiento y durabilidad
Opte por una caja de engranajes de durabilidad probada y bajo mantenimiento en entornos rigurosos o de uso continuo. Las cajas de engranajes utilizadas en entornos polvorientos, húmedos o con muchas vibraciones necesitan juntas resistentes, lubricantes de alto rendimiento y mangueras robustas. Tenga en cuenta la facilidad de acceso y de sustitución de piezas para los puntos de lubricación. Lubrique las cajas de engranajes con intervalos de servicio largos o que se autolubrican; así, el tiempo de inactividad es menor y se gasta menos dinero.
Industrias como la alimentaria o la minera exigen determinadas certificaciones e incluso materiales resistentes a la corrosión. Además, una carcasa resistente a los golpes y una protección contra sobrecargas pueden prolongar la vida útil de la caja de cambios en aplicaciones de servicio pesado. Busque aspectos de diseño como tapones de ventilación, puertos de inspección o válvulas de drenaje. La monitorización rutinaria del estado, es decir, la vibración o el análisis del aceite, puede ir en modelos avanzados y en etapas más avanzadas.
Orientación y disposición de los ejes
Depende de la dirección de la fuerza y de la alineación del eje, ya que en algunos casos las opciones son limitadas (por ejemplo, reductores de engranajes cónicos para ejes en ángulo recto). Algunos ofrecen diversas posiciones de montaje, mientras que otros son más específicos. Una alineación incorrecta puede provocar un desgaste prematuro, vibraciones o el fallo del sistema. Alinee siempre la orientación del reductor con respecto a la configuración mecánica general.
Defina el espacio y las trayectorias de carga con antelación, ya que los reductores en línea y en ángulo recto requieren soluciones de disposición muy diferentes. Los reductores de posición de eje flexible, como los de eje hueco o doble, ofrecen aún más opciones para integrar su diseño. Utilice herramientas de alineación o acoplamientos para garantizar una conexión óptima con los motores y los equipos accionados. Lo mismo se aplica a la orientación inadecuada de la locomoción que interfiere con las vías de flujo internas, con el plan de instalación para la lubricación.
Coste vs. Rendimiento
Su presupuesto debe estar equilibrado con el rendimiento y la fiabilidad. En algunos casos, un precio ligeramente superior merece la pena para reducir el tiempo de inactividad. Fíjese en el coste total de propiedad y no sólo en el precio inicial: hay que incluir el consumo de energía, el mantenimiento y la vida útil prevista. Cuando se invierte en un producto de calidad, un menor número de averías puede significar una mayor productividad y una vida útil más larga del sistema.
También hay que tener en cuenta la duración de la garantía, la asistencia técnica y los plazos de entrega. En los sistemas de misión crítica, el coste de los fallos supera con creces el ahorro inicial. Algunos reductores también pueden ofrecer complementos modulares, como codificadores o ventiladores de refrigeración, que pueden mejorar el rendimiento sin cambiar la unidad central. Realice un análisis de riesgos y beneficios en relación con la criticidad de sus aplicaciones y los costes derivados de los tiempos de inactividad.
Reflexiones finales
Las cajas de engranajes industriales parecerán sólo pequeñas piezas en el puzzle de la maquinaria, pero tienen una penalización que pesa mucho en la productividad, la eficacia y la fiabilidad. Comprender el tipo de diferencia que pueden tener los tipos de cajas de engranajes y saber cuál se ajusta a sus diversas necesidades operativas marcará la diferencia entre el éxito y el fracaso a largo plazo. Seleccionando un nuevo sistema de los principales fabricantes de cajas de engranajes industriales o cogiendo piezas viejas y colocándolas en sistemas nuevos, ahorrará tiempo, dinero y estrés en el futuro si hace una selección inteligente.
