Las industrias que requieren disipación del calor de los procesos suelen utilizar torres de refrigeración instaladas en el campo para mantener el ritmo de su carga térmica. Las torres de refrigeración tienen ventiladores grandes y motores potentes, lo que puede presentar una serie de desafíos, incluidos el ruido excesivo, la vibración y los gastos. Para abordar estos desafíos se utilizan cajas de cambios.
Las cajas de cambios juegan un papel clave para multiplicar el par
Las cajas de engranajes se utilizan como reductores de velocidad para reducir la velocidad de rotación del motor de entrada al ventilador de salida de una torre de refrigeración. Las empresas que operan plantas de producción de alta capacidad, como las de las industrias de procesos químicos y de energía, requieren torres de refrigeración con una gran capacidad de rechazo de calor. Sin la tecnología de caja de engranajes, los motores de las torres de refrigeración serían enormes para manejar directamente el par requerido por el ventilador. Algo tan grande y pesado sería demasiado caro y poco práctico. En cambio, la reducción de velocidad de la caja de engranajes actúa como un multiplicador de par, manteniendo el motor de un tamaño razonable y el sistema mecánico en general más rentable.
La reducción de velocidad de las cajas de engranajes también optimiza el rendimiento del ventilador de la torre de enfriamiento. A medida que aumenta el diámetro del ventilador, la velocidad del ventilador debe disminuir para mantener niveles aceptables de ruido y vibración, así como para garantizar la integridad estructural del propio ventilador. Un tamaño inadecuado de la caja de engranajes en relación con el motor y el ventilador puede provocar vibraciones excesivas, un funcionamiento ruidoso y daños estructurales en la torre.
En las aplicaciones de torres de enfriamiento de gran tamaño, el ventilador normalmente funciona a una velocidad de entre 100 y 200 rpm. La velocidad de motor más común es de 1800 rpm, lo que requiere que la caja de cambios promedio reduzca la velocidad del motor aproximadamente entre 9 y 18 veces para lograr la velocidad deseada del ventilador. La combinación exacta de esta relación de la caja de cambios, el diseño de las aspas del ventilador y el paso del ventilador contribuye al rendimiento específico y la eficiencia energética de la torre de enfriamiento en una aplicación determinada.
Los clientes de torres de enfriamiento buscan soluciones a problemas comunes en las cajas de cambios
Los operadores de torres de enfriamiento y los ingenieros de mantenimiento citan varios problemas comunes asociados con la operación y el servicio de la caja de engranajes:
- Número 1: Altas temperaturas de funcionamiento, que pueden contribuir a ciclos operativos más cortos, fallas prematuras de la caja de cambios y tiempos de inactividad no planificados.
- INúmero 2: Niveles excesivos de sonido y vibración, que pueden generar violaciones a las normas municipales de ruido, problemas de seguridad de los empleados, fatiga del equipo y fallas prematuras.
- Número 3: Condiciones extremas de temperatura y humedad dentro de la torre de enfriamiento, que pueden degradar rápidamente los sistemas mecánicos, afectando el nivel de sonido y la vida útil de los rodamientos.
- Número 4: Falla prematura del cojinete y desgaste excesivo del eje del piñón.
- Número 5: Pocas opciones de caja de cambios y alternativas para soportar mantenimiento y reemplazo programados o no programados.
Los avances en el diseño de cajas de cambios responden a las necesidades de los usuarios
Las actividades continuas de investigación y desarrollo de productos han dado lugar a varias innovaciones de diseño y mejoras de productos recientes. Los ingenieros de SPX Cooling Technologies identificaron las siguientes soluciones para abordar los cinco problemas operativos de las cajas de cambios que citan con más frecuencia los gerentes de planta y los ingenieros de mantenimiento:
Solución #1: Para hacer frente a las altas temperaturas de funcionamiento, seleccione una transmisión por engranajes con “aletas de refrigeración” integradas diseñadas en la carcasa. En lugar de una fundición lisa, las aletas de refrigeración aumentan el área de superficie, lo que permite un mejor rechazo del calor a medida que el aire pasa por la caja de engranajes mediante el ventilador de la torre de refrigeración. Por ejemplo, las cajas de engranajes de la marca Marley Geareducer® incluyen aletas de refrigeración, que aumentan el área de superficie entre un 25 y un 47 por ciento en comparación con otras transmisiones por engranajes de torres de refrigeración. Los Geareducer también incorporan grandes puertos de aceite internos para mantener una buena circulación del aceite y contribuir a temperaturas de funcionamiento generales más frías.
Los resultados: Se prolonga la vida útil del aceite, se requieren menos cambios de aceite y los engranajes y cojinetes se lubrican adecuadamente para maximizar el rendimiento y la vida útil.
Solución #2: Para amortiguar los niveles excesivos de ruido y vibración asociados con las cajas de engranajes, seleccione fundiciones de metal resistentes. Elija una caja de engranajes diseñada para minimizar la deflexión de la caja asociada con las inmensas cargas de torsión y empuje específicas del servicio de torres de enfriamiento. Por ejemplo, los reductores Marley cuentan con fundiciones hasta un 40 por ciento más gruesas y están diseñados y construidos expresamente para el servicio de torres de enfriamiento.
Los resultados: Condiciones de trabajo más silenciosas y seguras, menor fatiga del metal y mayor vida útil.
Solución #3: Para contrarrestar las condiciones extremas de temperatura y humedad a las que están sometidos los engranajes de las torres de refrigeración, las cuñas de acero en los puntos de conexión de la caja ofrecen ventajas. Por ejemplo, en todos los diseños de Marley Geareducer se incorporan cuñas de acero en lugar de versiones de plástico. Las cuñas de plástico expuestas a las condiciones de temperatura y humedad dentro de la torre pueden deslizarse con el tiempo, lo que provoca cambios en la tolerancia que afectan el sonido y la vida útil de los cojinetes.
Los resultados: Las calzas de acero mantienen los ajustes adecuados de los engranajes y controlan el sonido de los mismos en condiciones de funcionamiento extremas.
Solución #4: Para protegerse contra fallas prematuras de los cojinetes y el desgaste excesivo del eje del piñón, utilice cojinetes de doble hilera de alta resistencia entre etapas. Se puede lograr una vida útil de los cojinetes de 100 000 horas de forma habitual. También se recomienda un sello de aceite de cojinete tipo aislador de primera calidad con superficie de sellado del estator fija para evitar el desgaste del eje en lugar de un sello tipo labio que se desgasta contra el eje del piñón. A modo de ejemplo, los Geareducers de Marley incorporan un aislador de cojinetes Inpro/Seal* que extiende la vida útil del sello sin el inconveniente del desgaste excesivo del eje.
Los resultados: El uso de cojinetes de doble hilera de alta resistencia y sellos de aceite puede proteger las cajas de engranajes contra el desgaste prematuro y extender la vida útil.
Solución #5: Para ampliar las opciones de reparación o reemplazo de cajas de engranajes y las opciones para mantenimiento programado o no programado, elija un proveedor confiable con conocimiento específico sobre transmisiones por engranajes y un amplio inventario de componentes para torres de enfriamiento. Por ejemplo, SPX Cooling Technologies ofrece un equipo interno dedicado de evaluación de cajas de engranajes, con experiencia en la inspección, reparación y reconstrucción de cajas de engranajes de las marcas Marley y Amarillo. Las reparaciones de cajas de engranajes se realizan en la planta de fabricación de SPX, en lugar de contratarlas a talleres. Para acelerar la finalización, evitar demoras y costos adicionales, se incluye el transporte hacia y desde la planta.
Nueva opción para simplificar el proceso de reemplazo
Una innovación reciente de ingeniería de SPX ha sido la expansión de la línea Marley Geareducer. El nuevo Geareducer Serie M, que debutó a principios de 2017, simplifica el reemplazo de cajas de engranajes en torres erigidas en campo que actualmente no emplean un Geareducer Marley. La Serie M es un reemplazo directo de las cajas de engranajes de la marca Amarillo, con un tamaño adecuado que simplifica enormemente los procedimientos de cambio de caja de engranajes.
Una nueva alternativa viable para los reemplazos de cajas de engranajes es importante para los operadores de planta. La Serie M elimina las piezas de conversión que consumen mucho tiempo, como los cubos de ventilador, los ejes de transmisión y las placas adaptadoras, y los costos adicionales de material y el tiempo de trabajo en campo que requieren. La reducción del tiempo y el esfuerzo en el sitio significa una instalación más segura y menos tiempo de inactividad general para la torre, y una instalación más confiable y asequible para la planta.
La Serie M combina la longevidad y el rendimiento comprobados de carcasas y cojinetes robustos con mejoras modernas en los sellos y montaje de transductor de vibración integrado. Se puede esperar que brinde un servicio confiable durante 12 a 15 años con el mantenimiento adecuado antes de que se requieran reparaciones importantes o reconstrucciones. No requiere bombas, filtros ni refrigeradores externos para funcionar correctamente, lo que evita a los clientes costos adicionales inesperados y otros componentes adicionales que podrían volverse problemáticos. El reductor de la Serie M brinda las soluciones que los clientes esperan de una caja de engranajes para torres de enfriamiento de grado industrial.
Las cajas de cambios fiables alivian la “ansiedad por el servicio”
Los operadores de planta y los ingenieros de mantenimiento deben gestionar de manera eficaz una variedad de problemas de servicio de torres de enfriamiento, ya sean programados o no planificados. Encontrar soluciones de sentido común y a largo plazo para los problemas más comunes no solo simplifica las operaciones de mantenimiento y reparación de rutina, sino que también contribuye en gran medida a aliviar la ansiedad por el servicio. Las cajas de cambios confiables y los proveedores confiables brindan una sensación de seguridad de que los problemas de mantenimiento y servicio se pueden gestionar metódicamente en lugar de en modo de crisis.
Acerca del autor: Jerome Jennings
Jerome Jennings es gerente de productos global para componentes montados en campo en SPX Cooling Technologies, con sede en Overland Park, Kansas.
