Reglas Generales de la Transmisión de Potencia(TEMA 1).pdf

7/26/2019 Reglas Generales de la Transmisin de Potencia(TEMA 1).pdf

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ELEMENTOS DE MQUINAS

Profesores: Sandra Robles - Daniela AlessioAsistente: Adrin UrrestarazuAyudantes:

Lucas Nuciaririca MolinariAriel Ferradas

MARZO2016


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MARTES 18:00 - 22:00

JUEVES 18:00 - 22:00AULA 112(EX 6B) Y 28

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1 PARCIAL : 21/04/2016RECUPERATORIO : 28/04/2016

--------------------------------------------------------2 PARCIAL :16/06/2016RECUPERATORIO: 23/06/2016

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Unidad

SI (MKS)

cgs

Tcnico

Masa

Kg

g

UTM

Longitud m cm m

Tiempo

s

s

s

Fuerza N dina Kgf

Nota: 1[Kgf] = 9,81[N]


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Unidad

SI (MKS)

cgs

Tcnico

Trabajo = F , d [N].[m]= Joule[J]

[dina].[cm]=ergio

[Kgf].[m]=Kgm

Potencia = L/to

Potencia = F , V

Joule/s = Watt

dina.cm/s=ergio/s

Kgm/s

Internacional : Kilowatt:1 [kW]=1000 watts;Tcnico: 1 CV= 75 [Kgm/s] = 0,736 [kW]

Las equivalencias de unidades sern:

1 [kW] = 102 [Kgm/s] = 1,36 [CV] = 1,34 [HP]1 [HP] = 1,0149 [CV] = 0,746 [kW]= 76,12[Kgm/s]

1 [CV] = 0,985 [HP] = 0,736 [kW] = 75 [Kgm/s]

Estas unidades de potencia son de baja magnitud, por lo que se trabaja con magnitudes

mayores. As se expresar la potencia en:


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Todo cuerpo en reposo o en movimiento se mantendr enreposo, o en movimiento rectilneo uniforme, salvo queacten sobre l fuerzas exteriores que lo obliguen a modificaresos estados.

Todo cuerpo en reposo permanecer en reposo, y todocuerpo en movimiento de rotacin uniforme seguir con esemovimiento, salvo que sobre l acten cuplas exteriores quele obliguen a modificar esos estados.


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Principio de masa:

La aceleracin que adquiere un cuerpo bajo laaccin de una fuerza es directamente proporcional

a la fuerza, e inversamente proporcional a su masa.Es usual expresarlo matemticamente a travs dela expresin:

F = m * a


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Cuando analizamos la rotacin, consideremos no la fuerza F

sino su momento M = F*r respecto del eje de rotacin, y laaceleracin angular en lugar de la aceleracin tangencial a.Recordando que: a = * r resulta:

F * r = m * a * r F * r = m** r * r F r = m * * r2

En definitiva: M = m* r2*

LA RESPONSABLE DEL MOVIMIENTO ES LA CUPLA

LA ACELERACIN QUE PROVOCA ES g

LA RESISTENCIA OPUESTA DEL MOVIMIENTO mr2


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En las rotaciones interesa no slo la masa del

cuerpo, sino tambin su distancia al eje derotacinAl hablar de las fuerzas, en las rotaciones

llamamos momento de la fuerza al efectoresponsable de la rotacin.Llamaremos: MOMENTO DE INERCIA de las

masas a la rotacin, a la parte responsable de laresistencia opuesta a la rotacin.


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Llamando I al momento de inercia: I = m * r2resulta: M = I * = M / I

La aceleracin angular de un cuerpo de momento deinercia Icon respecto al eje de rotacin, es directamenteproporcional al momento M (la cupla aplicada), einversamente proporcional al momento de inercia I


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)*(* 22

ii rmdmrI

En consecuencia podemos deducir que elmomento de inercia geomtrico significa la

resistencia a moverse (deformarse) de unelemento estructural.Presenta la ventaja que es una caracterstica

geomtrica de la seccin y lo encontramos tabuladopara la mayora de las secciones que se utilizan en

la construccin de estructuras y mquinas.


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Concepto de cupla, par de fuerzas, torque:

Es toda causa capaz de alterar el estado de reposoo de movimiento de rotacin de un cuerpo.

Significa la fuerza aplicada al movimiento de

rotacin o equilibrio de rotacin de los cuerpos.


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La velocidad angular(): ngulo girado, expresadoen radianes, por unidad de tiempo.

La rapidez con que cambia el ngulo que describe el radio que une el centro del movimiento

con el cuerpo


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=/t

Si 1 vuelta = 2=2* 180Velocidad angular en revoluciones o vueltas

por minuto [rpm] o por segundo [rps]

VELOCIDAD ANGULAR

[rad/s]=2**n[rpm]/60

[rad/s]=2**n[rps]


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En un movimiento circular uniforme, dado que unarevolucin completa representa 2 radianes,

tenemos:

donde Tes el perodo(tiempo en dar una vuelta completa)

yfes la frecuencia(nmero de revoluciones o vueltas porunidad de tiempo).
http://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%ADodo_de_oscilaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%ADodo_de_oscilaci%C3%B3n


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w[rad/s]=2**n[rpm]/60

V [m/s]= w [rad/seg] * r [m]


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El trabajo realizado por unafuerza constante, F, sobre un cuerpo viene dado por: F,d

L = F. r. cos

donde F es el mdulo de la fuerza, rel mdulo de su desplazamiento y el ngulo queforman entre s el vector fuerza y el vector desplazamiento

P = L/t =(F,d)/t = F,V = F*V*cos

POTENCIA

TRABAJO

La Potenciaes el trabajo realizado en la unidad de tiempo. Siendoel trabajo y el tiempo magnitudes escalares, la potencia N ser una

magnitud escalar. As:


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Potencia [Watt] = F(N) *V(m/s)

P = L/t =(F,d)/t = F,V = F*V*cos


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Potencia [Watt] = (Mt[Nm] *2**n[rpm])/60

Potencia [kWatt] = {(Mt[Nm] *2**n[rpm])/60}*{1/1000}

Potencia [kWatt] = {(Mt[Nm] *2**n[rpm])/60000}

Potencia [kWatt] ~ 1.047 10-4* (Mt[Nm] n[rpm])

Mt[Nm] = 9550 P[kW]/n[rpm]

Potencia [Watt] = F[N]*r[m]*w[rad/s]

Potencia [Watt] = Mt[Nm] *w[rad/s]


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El momento de una fuerza con respecto

a un punto da a conocer en qu medidaexiste capacidad en una fuerza o

sistema de fuerzas para cambiar elestado de la rotacin del cuerpoalrededor de un eje que pase por dicho

punto


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El motor de la lavadora tiene una potencia en el rbol de 350 W y gira a 2000 rpm.Calcular:

a)La velocidad de giro del tambor.b)El momento en el rbol del motor.c)El momento en el rbol del tambor.


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El motor de la lavadora tiene una potencia en el rbol de 350 W y gira a 2000 rpm.Calcular:

a)La velocidad de giro del tambor.b)El momento en el rbol del motor.c)El momento en el rbol del tambor.

i=np/nr = Dr/Dp = 32/8 = 4

Mt[Nm] = 9550 P[kW]/n[rpm]


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Conceptos BsicosSeleccin de Elementos de

Transmisin de Potencia


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Balance energtico. Concepto de caja negra.

El concepto de caja negra es utilizado en latermodinmica. Es un artilugio tcnico para

efectuar balances de energa y supone considerar a

un sistema mediante un volumen de control, dentro

del cual no interesa conocer lo que contiene.

Solamente estudia la energa que ingresa y sale del

sistema, de ese volumen de control hipottico.


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Balance energtico. Concepto de caja negra.QI: energa que ingresa al sistema mecnico, representado como caja negraQP:energa perdida por el sistema;

LU: trabajo til que entrega el sistema mecnico;U: variacin de la energa interna acumulada por el sistema.

U LU

QP

QI

La energa aportada al sistema tiene signo positivo, la cedida por el sistema tienesigno negativo. El trabajo que entrega el sistema tienen signo positivo. Del balanceresultar:

QI QP = U + LU


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Energa ingresada o energa aportada al sistema:

QI = U + QP + LU

A un sistema se le debe aportar laenerga QI suficiente para que entregue

un trabajo til LU, compense las prdidasQP y provea la energa para compensar lavariacin de energa interna.


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variacin de energa interna de un sistemamecnico, para poner en movimiento yllevar a la velocidad de rgimen a todas las

masas rotantesSe consumir una cantidad de energa paraacelerar las masas rotantes hasta la velocidad detrabajo, la que ser acumulada como energainterna.Estas masas rotantes producirn el efecto de un volante,acumulando energa y absorbiendo picos de sobrecargas. Al finaldel ciclo de trabajo seguirn girando hasta la desaceleracin de las

masas.

Energa Interna


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Debe tenerse en consideracin enla seleccin del motor deaccionamiento; el mismo deberproveer una cupla de arranquetal para acelerar desde cero las

masas inerciales, de modo que enun cierto tiempo t se llegue a lavelocidad deseada.

Energa Interna


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Trabajo til o trabajo que entrega el sistema:

LU = QI QP UEste trabajo til lo entregar el mecanismoa la mquinaoperadorapara el proceso tecnolgico.

Rendimiento

Ser la razn entre el beneficio y el gasto, o sea, el trabajo til obtenidodividido la energa aportada o ingresada al sistema

= LU/ QIComo QI resulta siempremayor que LU , entonces 1, o sea [%] 100%


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POTENCIACapacidad de realizar trabajopor unidad de tiempo


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Potencia de accionamiento, Potencia til y Potencia perdida.

Si ahora referimos el balance energtico con relacin a launidad de tiempo, vale decir derivamos la energa o trabajocon respecto al tiempo, estaremos efectuando el balancede las potencias en juego, as:

d (QIQP) / d t = d (U + LU) / d tReagrupando trminos

d QI/ d t = d (U + LU + QP) / d tQI/ t = U / t + LU / t + QP/ t

PI= P

U+ P

P+ P

U


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Potencia ingresada o potencia aportada al sistema

Potencia til o potencia que entrega el sistema

Potencia perdida o de prdida

Potencia para modificar la energa interna del sistema


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Factores intrnsecos o internos

Rendimiento de la transmisinDenominamos factores internos a todas las causas yparticularidades del mecanismo que tienen influencia sobre

el funcionamiento y las prdidas inherentes que afectarn elrendimiento del mecanismo.

Podemos mencionar en general a las caractersticas propiasdel tipo de mecanismo, grado de terminacin superficial,forma de trabajo, precisin, etc. Estos afectarn elrendimiento de la transmisin pues tendrn influencia

directa sobre las prdidas.


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D t i i d l t i t i


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La potencia PI PMotriz que debe suministrar el motor al

sistema caja negra, para asegurar a la salida delmecanismo de transmisin la potencia til PU que ingresara la mquina operadora, deber ser tal que compense lasprdidas debidas a los factores internos o intrnsecos del

mecanismo.

PMotriz = PU/

Determinacin de la potencia motriz

COMO SELECCIONO EL MOTOR?


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PMotriz = PU/

COMO SELECCIONO EL MOTOR?


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Potencia Velocidad de giro

rbol del motor


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Factores extrnsecos o externos


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Factores extrnsecos o externosFactor de clculo

Diversas causas externas producirn efectos sobre los

elementos de la transmisin;Las cargas de trabajo producirn esfuerzos internos sobreel mecanismo y las correspondientes tensiones deformaciones;Asimismo:La cantidad de arranques por hora, horas de trabajo por da,el tipo de motor de accionamiento, la temperatura de

trabajo, el grado de contaminacin del ambiente en quetrabaja el elemento, entre otros.Estas causas externas debern ser evaluadas en el diseo;clculo o seleccin de los elementos de transmisin a fin

de lograr piezas con la adecuada resistencia mecnica

Ejemplo


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Ejemplocomparemos dos mecanismos de transmisin parados mquinas diferentes:

1. Ventilador centrfugo de una secadora2. Garlopa mecnica de carpintera.

Ambos mecanismos accionados por motores delmismo tipo e igual modelo, de igual potencia PMy de igual velocidad n

M

[r.p.m.]

Ambos mecanismos reducen la velocidad aiguales velocidades nU[r.p.m.] a la salida para la

operacin de trabajo, [ i = nM / nU].

Estos datos nos informan que:


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q

El ventilador centrfugo en rgimen de trabajo

mantendr una marcha parejao continua y la cargaque recibir la transmisin debida al proceso ser sinchoque.

En la transmisin del segundo caso; llegar lamquina a la velocidad de trabajo y operar en vaco,hasta que a las cuchillas ingrese la pieza de madera a

mecanizar. En ese momento se producir una cargaimportante sobre la transmisin, al final de laoperacin se reducir la carga. En este segundo caso

la carga debida al proceso ser con choquefuerte.


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La potencia PM

entregada por el motor enambas mquinas es la misma;

La velocidad a la salida del mecanismo

reductor nUes la misma;

La cargasobre cada transmisin ser distinta

pues en un caso es sin choquey en el otro conchoque fuerte.


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Lo anterior nos da indicios para poder afirmar

que los mecanismos de transmisin tendrndiferencias

Debido a las cargas dinmicasa que est sometida latransmisin de la garlopa, sta deber ser capaz desoportar esas cargas aplicadas en forma violenta.Deducimos que la transmisin deber ser en este casomsrobustaque en el primero.

RECORDANDO


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Determinacin de la potencia de clculo, diseo oseleccin del mecanismo de transmisin de una

mquina.

PC= Pd= Ps= FC. PMotor

Potencia de clculo, diseo o seleccin


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FACTOR DE CLCULO Fc

Es el factor que combin a las acc ion es dinm icas

externas, la confiabi l idad requerida y la du racin

deseada del sistema de transm isin de potenc ia, (ejemp lo

reduc tor) mediante el cual co rregimos la po tencia de

seleccin del elemento de transm isin,

para adecuar el servicio real de la aplicacin, a las

cond ic iones nom inales de los catlogos tcn icos

comerciales de selecc in.


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POTENCIA NOMINAL

Es la potencia que es capaz de transmitir un

elemento de transmisin considerada a laentrada del mismo a una velocidad

determinada, que figura en el catlogo tcnico

comercial.


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Pd= Ps= FC. Pmotor Pnominal

Potencia de diseo calculo o seleccin Potencia Nominal


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RESUMEN


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RESUMEN


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Mayor


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PMotriz = PU/


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1 etapa

2 etapa

3 etapa

4 etapa


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Potencia Motriz

Potencia til

1 etapa

2 etapa

3 etapa


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T = 1*2*3


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= 1 2 3


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Determinacin de la potencia de clculo, diseo oseleccin del mecanismo de transmisin de una

mquina.

PC= Pd= Ps= FC. PMotor

Potencia de clculo, diseo o seleccin


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FACTOR DE CLCULO Fc

Es el factor que combin a las acc ion es dinm icas

externas, la confiabi l idad requerida y la du racin

deseada del sistema de transm isin de potenc ia, (ejemp lo

reduc tor) mediante el cual co rregimos la po tencia de

seleccin del elemento de transm isin,

para adecuar el servicio real de la aplicacin, a las

cond ic iones nom inales de los catlogos tcn icos

comerciales de selecc in.


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POTENCIA NOMINAL


82/91

POTENCIA NOMINALEs la potencia que es capaz de transmitir un elemento de transmisin

considerada a la entrada del mismo a una velocidad determinada, quefigura en el catlogo tcnico comercial.

Esta potencia, salvo especificacin en contrario, se asume como la que es capaz de

transmitir un elemento de transmisin en servicio de 8 10 horas continuo por da, con

carga uniforme y menos de 5 arranques por hora.(Fabricante de reductores ERHSA)


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?????

POTENCIA DE DISEO, CLCULO O SELECCIN


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EL FABRICANTE OPTIBELT LA DENOMINA :


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Pd= Ps= FC. Pmotor Pnominal

Potencia de diseo calculo o seleccin Potencia Nominal

El proceso en la mquina operadora requerir una potencia de trabajo o potenciatil PU La potencia PU es un dato del proceso


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El rendimiento total contempla las prdidas de todas las etapa de latransmisin Con los rendimientos de las distintas etapas detransmisin, se puede estimar el rendimiento total mediante:

= 1

til PU. La potencia PU es un dato del proceso.

POTENCIA

MOMENTO

TORSOR

VELOCIDADDE

ROTACIN

Debido a las prdidas en el mecanismo de transmisin, ser el


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rendimiento < 1 y el motor deber proveer una potencia (potenciamotriz) mayor que la potencia de trabajo PU, a fin de compensar lasprdidas. Entonces:

PMotriz > PU.

Se determina la potencia motriz mediante:PMotriz= PU/ .

Se selecciona un motor de potencia nominal:PMotor> PMotriz

Por medio de los factores externos se establecer el factor


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de clculo FC con el tipo de motor seleccionado, lascondiciones de servicio y ambientales, tipo de mquina y

proceso, cargas dinmicas.

Se establece la potencia de clculo, diseo o seleccin:

PC= FC.PmotorEsta potencia de clculo se utiliza como dato para el clculo resistentedel elemento de mquina. Entonces resultar PC > PMotor.


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=

=

Multiplicador? Reductor?

=

=

> 1


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La siguiente tabla muestra algunas relaciones de ejemplo de engranajes para


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una caja de cambios manual de 5 velocidades (en este caso un Subaru Impreza).

Marcha

Relacin

Revoluciones del eje de salida

de lacaja de cambios cuando

el motor gira a 3000rpm

1 3,166:1 947

2 1,882:1 1594

3 1,296:1 2314

4 0,972:1 3086

5 0,738:1 4065

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