TRANSMISIONES HIDRODINÁMICAS

TRANSMISIONES HIDRODINÁMICAS: En este post tocaré un tema bastante técnico pero que es utilizado comúnmente. Hace unos días platicaba con un amigo que tenía un taller automotriz y en la conversación explicaba el funcionamiento de una caja de velocidades automática, es por eso que me tomé la tarea de tocar este tema y regresar al funcionamiento de un acoplamiento hidrodinámico.

Para transmitir potencia a corta o larga distancia existen diferentes soluciones, eléctrica, mecánica e hidráulica. Estas se empezaban a utilizar en barcos, con una turbina y su hélice, un barco movido con turbina de vapor presenta un problema en particular, que la turbina debe girar a grandes velocidades mientras que su hélice a poca velocidad.

Transmisión eléctrica: consistía en que la turbina hiciera girar un generador cuya potencia se transmitiría al motor que movería la hélice.

Transmisión mecánica: consistía en utilizar engranajes helicoidales reductores (en otras aplicaciones las transmisiones mecánicas pueden incluir palancas, cadenas, correas, levas, etc.).

Transmisión hidráulica se dividen en dos:

• Transmisiones hidrostáticas: donde la bomba y el motor son de desplazamiento positivo.
• Transmisiones hidrodinámicas: la bomba y el motor (turbina) son turbomáquinas y el conjunto de la transmisión es una turbomáquinas compuesta, de los cuales existen dos tipos distintos de transmisiones hidrodinámicas: Acoplamiento hidrodinámico y Convertidores de par hidrodinámicos

La historia de esta gran proeza de la ingeniería se debe al ingeniero eléctrico Hermann Föttinger, en 1905 trató de combinar en la industria de la construcción naval el funcionamiento a gran velocidad de las, por entonces emergentes turbinas de vapor, con el lento funcionamiento de los propulsores de los barcos.

Föttinger consistió en resolver dos problemas, el primero fue la conversión de par y velocidad entre la máquina conductora y la máquina conducida y el segundo consistió en encontrar la forma de implementar un sistema eficaz que permitiera el giro del propulsor en ambos sentidos para permitir que el barco se desplazara tanto hacia atrás como hacia adelante. Rápidamente descartó la posibilidad de emplear un reductor de velocidad puesto que los engranajes de la época no resistían grandes esfuerzos. Otro de los primeros intentos fue utilizar la conversión eléctrica indirecta mediante un transformador diferencial de rotación. Sin embargo, el considerable volumen y masa del equipo de alta tensión que era necesario meter a bordo hacía que esta solución se descartase como opción. De forma sistemática, los estudios teóricos de resolución de problemas llevaron a Föttinger al uso de la hidrodinámica, desarrollando el convertidor hidrodinámico de par (convertidor Föttinger) un método extremadamente eficiente para transmitir potencia entre máquina conductora y conducida.

El convertidor de par es un reductor de velocidad. El acoplamiento hidráulico, un embrague fluido. Los motores diésel gigantes de los barcos presentaban el problema de las vibraciones torsionales, que se utiliza también mucho en los autobuses urbanos, Este acoplamiento suaviza los tirones originados por las paradas y arranques bruscos y continuos de estos vehículos.

En la siguiente figura se muestra el esquema de un acoplamiento hidrodinámico.

Consta de una bomba centrifuga y de una turbina centrípeta alojadas en la misma carcasa. Ambas forman como dos medias naranjas. Los alabes de la bomba y de la turbina son radiales y rectos. Los alabes radiales son más económicos y tienen la ventaja de su simetría en el giro en ambos sentidos. El eje conductor o eje de entrada mueve la bomba, que impulsa radialmente hacia el exterior el aceite que llena la carcasa. Cuando la transmisión está funcionando, la trayectoria del fluido es una hélice enrollada alrededor de un circulo concéntrico con el eje de rotación del acoplamiento. EL rendimiento de estos acoplamientos puede alcanzar el 98%.

Las ventajas de este embrague fluido son: eliminación de las vibraciones torsionales del motor y del acoplamiento brusco, gracias al deslizamiento, utilizándolos en autobuses urbanos, camiones y los de gran potencia en los motores diésel de los barcos.

Según el teorema de momento cinético, el par de entrada es un acoplamiento hidrodinámico ha de ser igual al par de salida, porque el momento cinético comunicado por la bomba al fluido es igual que el comunicado por el fluido de la turbina. Este fluido suele ser aceite mineral de lubricación y de aquí surge el convertidor de par, este se diferencia del acoplamiento en que no solo transmite potencia, sino que multiplica el par transmitido disminuyendo la velocidad.

Para ello, a las dos coronas móviles, bomba y turbina, se añade una corona fija con alabes, que dirigen el flujo de la turbina de nuevo a la bomba; de manera que el fluido al cambiar de dirección aumenta su momento cinético; en este momento cinético sumado al que le imparte la bomba hace que la disminución del momento cinético en la turbina sea mayor que el aumento del momento cinético que experimenta el fluido en la bomba, con lo que el par transmitido es mayor.

Los requerimientos de cada transmisión en particular determinarán el comportamiento de estos equipos y, por tanto, definirán la cantidad o volumen de fluido a utilizar, esta cantidad de aceite debe introducirse antes de la puesta en marcha. Suele llamarse nivel de llenado del acoplamiento a la relación entre el volumen de fluido con el que llenamos el equipo y el volumen total del mismo, este nivel de llenado hace trabajar al acoplamiento según una determinada curva hidrodinámica que determina el comportamiento del mismo, si añadimos o quitamos fluido de trabajo podremos adaptar el comportamiento de la transmisión a diferentes curvas de operación.

Así es como obtenemos las transmisiones automáticas modernas de los coches, empleando convertidores de par junto con cajas de engranajes.

Otras transmisiones como la Hydramatic, utilizada en los Cadillac, y otros coches de la General Motors, consta de un acoplamiento hidráulico, tres sistemas de engranaje planetarios y los controles necesarios para actuar estos sistemas, la unidad tiene además un sistema hidráulico con dos bombas, un regulador y válvulas de control y cilindros hidráulicos, formando un circuito compacto análogo.

La industria hace uso cada vez mayor tanto del acoplamiento fluido como del convertidor de par en las formas más variadas como accionamiento de bombas y ventiladores, así como en centrifugadoras, mezcladoras, cintas transportadoras, maquinaria textil, etc.

Con esto entendemos el funcionamiento y el origen de la transmisión automática, espero le sea de utilidad y ¡ nos leemos la próxima !