ACOPLAMIENTOS HIDRODINAMICOS

ACOPLAMIENTOS HIDRODINAMICOS FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁMICA UNAH-VS Asignatura:  Turbomáquinas Presentado por: Rocío Herrera  Javier Bravo Christian David Mejía

Introducción a acoplamientos hidrodinámicos

Un acoplador hidrodinámico (también llamado acoplamiento hidráulico, acople hidráulico o turbo acoplador) es un elemento de transmisión de potencia que basa su funcionamiento en el Principio de Föttinger escrito por Hermann Föttinger (1877-1945). 

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De acuerdo con ese principio, una determinada potencia puede ser transmitida de un eje rotante (eje de entrada o eje motor) a otro eje (eje de salida) a través de dos ruedas alabeadas y un fluido de transmisión.

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Una idea de el acoplamientos hidráulico es el de un ventilador en funcionamiento enfrente de otro, la impulsión del aire hará gira el otro ventilador ventilad or..

Acoplamientos hidrodinámicos 

El acoplamiento hidráulico se distingue por la presencia de un cárter que se llena con aceite especial, dentro del cual hay un rotor solidario del árbol que es móvil y rige la rotación del mecanismo.

Elementos que lo constituyen los acoplamientos hidrodinámicos  Turbina interna (bomba) montada en el eje motriz.  Turbina externa montada en el eje conducido. Carcasa fijada a la turbina tur bina externa y que comprime la junta.

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Un Impulsor o Bomba es un dispositivo cuyo funcionamiento consiste en transmitir una cierta energía cinética a un fluido, impulsándolo a través de un volumen y con una determinada velocidad. Una Turbina es un dispositivo cuyo funcionamiento consiste en recibir un fluido en movimiento y transformar la energía cinética del fluido en energía mecánica de rotación.

¿Cómo funcionan los acoplamientos hidrodinámicos? 

Las dos turbinas actúan como una bomba centrífuga y una turbina hidráulica. Al conectar una máquina motriz (motor eléctrico o diesel) a la turbina interna, la energía cinética se transmite al aceite en el interior del acoplamiento, y el aceite, por fuerza centrífuga, se desplaza hacia el exterior del circuito atravesando la turbina con un movimiento centrípeto.

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De este modo, la turbina externa absorbe la energía cinética generando un par siempre igual al par suministrado a la entrada. Al no existir ninguna unión mecánica entre las turbinas, el desgaste es prácticamente inexistente.

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El rendimiento sólo depende de la diferencia de velocidad (deslizamiento) entre la bomba y la turbina. El deslizamiento es esencial a efectos de funcionamiento del acoplamiento. Por tanto, no existirá trasmisión de par sin deslizamiento. En condiciones de carga nominal el deslizamiento puede variar del 1,5% (grandes potencias) al 6% (pequeñas potencias).

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Una transmisión hidráulica sujeta a pérdidas (aproximadamente (aproximadamente un 3% de pérdidas en velocidad si la cantidad de fluido de transmisión es la adecuada). Lo que el principio de Föttinger dice es que el par se mantiene constante en ambos ejes, de forma que las pérdidas de velocidad equivalen a pérdidas de potencia.

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Los acoplamientos hidrodinámicos siguen las leyes de toda máquina centrífuga:

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1) El par transmitido tr ansmitido es proporcional proporcional al cuadrado de la velocidad de entrada. 2) La potencia transmitida es proporcional propor cional al cubo de la velocidad de entrada y a la quinta potencia del diámetro externo externo de las turbinas.

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Convertidor de par 

El acoplamiento hidráulico descrito anteriormente, crearía un gran desperdicio de energía si en el diseño no se tienen en cuenta las fuerzas hidráulicas entre la Bomba, el fluido y la Turbina. Al convertidor par se conoce como embrague hidráulico.

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El convertidor de par tiene un funcionamiento que se asemeja al de un embrague hidráulico pero posee una diferencia fundamental, y es que el convertidor es capaz de aumentar por sí sólo el par del motor y transmitirlo gracias a un dispositivo denominado Reactor que permite organizar mejor el flujo del fluido que viene de devuelto por la Turbina, y contribuyendo a incrementar el par en la Bomba.

Funcionamiento del convertido par Al girar la Bomba accionada directamente por el movimiento del cigüeñal, el aceite se impulsa 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 y como esta diseñado para no poder realizar ese giro, se transmite a través del aceite sobre la Bomba.

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El 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 dos veces superior.

Convertidor par

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Cuando las velocidades de giro de  Turbina e impulsor se igualan, el reactor gira incluso en su mismo sentido sin producirse ningún empuje adicional de forma que la transmisión de par no se ve aumentada comportándose el convertidor como un embrague hidráulico convencional. A esta situación se le llama "punto de embrague"

inconvenientes de los embragues hidráulicos 

Este tipo de embrague presenta los inconvenientes: 1. Mayor consumo entorno al 10% 2. Perdida entorno del 2% de la potencia y par generados por el motor 3. Menor retención en bajadas.

Ventajas de los embragues hidráulicos 

1. Ausencia de desgaste y por lo tanto duración ilimitada, incluso mucho mayor que la vida útil del vehículo. 2. Las vibraciones por torsión en la transmisión están fuertemente amortiguadas, cualidad muy importante para su utilización en los motores Diesel. 3. No cala el motor y garantiza un arranque muy suave, debido a la progresividad en el deslizamiento 4. Bajo coste de entretenimiento, no exigiendo más atención que el cambio periódico de aceite cada unos 25 000 km.

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Acoplamientos hidrodinámicos con cámara de retardo 

Los acoplamientos hidrodinámicos tienen un par de arranque bajo, con el circuito estándar y con el máximo llenado de aceite permiten no superar el 200% del par nominal del motor. Es posible limitar éste disminuyendo la cantidad de aceite del circuito, de esta forma se puede disminuir el par de arranque hasta el 160% del par nominal.

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Un sistema muy válido para disminuir el par de arranque es la incorporación de la cámara de retardo en el circuito. Ésta forma parte integrante del circuito externo exter no y está comunicada con el circuito c ircuito de trabajo. En posición de reposo el aceite está contenido, en parte, dentro de la cámara de retardo, reduciendo de esta forma la cantidad de aceite dentro del circuito de trabajo. Por Por este motivo, en la fase de arranque el acoplamiento transmite una resistencia muy débil, permitiendo que el motor alcance rápidamente la velocidad de régimen.

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Las ventajas y características de los acoplamientos hidrodinámicos: Arranque con el motor en cortocircuito con reducción instantánea de la punta de corriente (el motor arranca prácticamente sin carga). Arranque suave y muy gradual. Protección ante sobrecargas puntuales, del motor y de la máquina má quina conducida, gracias al deslizamiento. Ausencia de desgastes mecánicos al no existir ningún contacto mecánico entre ambos elementos de la trasmisión.

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Ahorro de energía y ahorro de los costes de producción debido principalmente a la caída instantánea de la corriente absorbida. Capacidad para aguantar arranques frecuentes, incluso con frenado invirtiendo el sentido de giro del motor (frenado contra corriente). Limitación del par de arranque a menos del 140% con la aplicación de la cámara de retardo.

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Par de salida igual al par de entrada: el motor puede desarrollar su máximo par aun con la máquina conducida bloqueada. Reparto de la carga en el caso c aso de transmisiones con varios motores: no se precisa sincronizar los motores ya que el acoplamiento hidráulico permite que los motores adecuen su velocidad. Sustitución de motores especiales, seleccionados en función de las necesidades de arranque, por motores trifásicos normales asíncronos (jaula de ardilla).

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Absorción de las vibraciones torsionales en los motores diesel. Ventaja económica y prolongación de la vida de la totalidad de la cadena cinemática (mecánica y eléctrica) como consecuencia de la eliminación de vibraciones. Rendimiento elevado. Componentes en acero y fundición protegidos mediante tratamiento anticorrosivo.

CONCLUSIONES Los fluidos y en este caso el aceite son un medio efectivo de trasmisión de potencia llamada transmisión hidráulica. 

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Mediante los acoples hidráulicos se da la transición de potencia automática en un automóvil.

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Una aplicación importante de los acoples hidráulicos es el convertidor par, el cual nos da mayor fuerza al eje, al disminuir la velocidad.

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Los acoples hidrodinámicos permiten permiten eliminar la vibración y la transmisión brusca de potencia debido al deslizamiento del fluido.

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Gracias por su atención