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Entendiendo las tecnologías de transmisión de energía para torres de enfriamiento

Busque el balance correcto entre el costo inicial y el costo de por vida

Por Jerome Jennings, Gerente de producto global - Componentes, SPX Cooling Technologies

Jerome Jennings, Gerente de Producto Global, SPX Cooling Technologies


Jerome Jennings, Gerente de Producto Global, SPX Cooling Technologies

Las torres de enfriamiento pueden usar varias tecnologías de transmisión de potencia, incluida una transmisión por engranajes, transmisión por correa, transmisión directa y transmisión conmutada electrónicamente (EC).

Cada uno tiene ventajas y desventajas. La selección adecuada logra un equilibrio adecuado entre el costo inicial y los costos operativos.

Visión general de las tecnologías de transmisión de potencia disponibles

Los engranajes ofrecen un costo moderado con bajos costos de operación de por vida

La transmisión por engranajes es un sistema común utilizado que transmite potencia y se ha utilizado durante décadas. Una transmisión por engranajes se basa en un engranaje interno que engrana para transmitir potencia.

En una aplicación de torre de enfriamiento, la transmisión por engranajes reduce la potencia de alta velocidad del motor a la velocidad más baja requerida para alimentar el ventilador. El motor de inducción es relativamente pequeño porque la caja de engranajes multiplica el par.

Los engranajes son efectivos en todos los niveles de potencia de la torre de enfriamiento. Sus carcasas fundidas gruesas que albergan los dientes de los engranajes y el baño de aceite pueden soportar el alto calor y la humedad dentro de la torre de enfriamiento.

Las cajas de engranajes requieren una potencia adicional "sin carga" para superar la fricción de los componentes internos y la viscosidad del aceite. La eficiencia neta de la caja de engranajes varía según la aplicación, pero generalmente está cerca del porcentaje de 96.

Torre de enfriamiento de transmisión de energía

La transmisión por engranajes reduce la potencia de alta velocidad del motor a la velocidad más baja requerida por el ventilador.

El engranaje requiere poco mantenimiento. Por ejemplo, algunas cajas de engranajes que usan aceite sintético no requieren un cambio de aceite durante cinco años, pero los propietarios de torres de enfriamiento y los contratistas de servicio deben ser diligentes en la inspección de posibles fugas.

Otra característica positiva de la unidad de engranajes es que funciona con potencia directa en línea. No se requiere un variador de frecuencia (VFD), pero puede incluirse para un mayor control de la velocidad del motor y beneficios de uso de energía.

Las transmisiones por correa presentan un bajo costo inicial pero un mayor costo de operación

Las transmisiones por correa han existido incluso más tiempo que las transmisiones por engranajes. Se utilizan para transmitir el movimiento de un eje a otro con la ayuda de un bucle de material flexible que se extiende sobre dos poleas (también llamadas poleas) para unir los ejes giratorios.

Esta tecnología ofrece una transmisión de potencia suave y efectiva entre ejes, incluso si se encuentran a una distancia considerable.

Torre de enfriamiento de transmisión de energía

Las transmisiones por correa transmiten el movimiento de un eje a otro con la ayuda de un bucle de material flexible.

En una aplicación de torre de enfriamiento, el tamaño de las poleas determina la velocidad; Correas de diferentes tamaños proporcionan la reducción de velocidad requerida. La polea más pequeña se conecta al motor, mientras que la polea del ventilador más grande está conectada a un eje del ventilador.

La relación entre esos tamaños dicta la reducción de velocidad. Las correas que coinciden con el perfil y los requisitos de longitud de las poleas transmiten potencia.

A diferencia de los engranajes, las transmisiones por correa están expuestas al ambiente cálido y húmedo de la torre de enfriamiento. El costo inicial de una transmisión por correa es bajo, pero los costos de mantenimiento continuo crecen con el tiempo. Las gavillas y otros componentes se corroen; Los cinturones se estiran y pierden tensión.

A partir de aproximadamente el 95 de eficiencia, las transmisiones por correa pueden caer a los 90 bajos o incluso más bajos a medida que las correas se estiran y desgastan. El mantenimiento incluye el reemplazo regular de la correa y la lubricación del cojinete del eje del ventilador varias veces al año, lo que contribuye a su mayor costo operativo de por vida.

Las transmisiones por correa a menudo se emplean en torres de refrigeración con requisitos de menor potencia. Al igual que una transmisión por engranajes, la transmisión por correa no requiere un VFD.

Los motores de transmisión directa tienen bajos requisitos de mantenimiento, pero el costo inicial suele ser mucho más alto que otras alternativas

Existen múltiples opciones de accionamiento directo en las que el motor acciona directamente el ventilador de la torre de enfriamiento. El motor de accionamiento directo ofrece fiabilidad con requisitos mínimos de mantenimiento.

Una opción de accionamiento directo común utiliza un motor de imán permanente. Este es un tipo de motor eléctrico con imanes permanentes de tierras raras incorporados en el rotor. El uso de esta tecnología ha crecido en la última década y ahora se usa ampliamente en vehículos, drones, computadoras y muchas otras aplicaciones que necesitan motores potentes pero relativamente compactos.

El motor de imán permanente acciona directamente el ventilador, eliminando una serie de componentes, entre los que se incluyen la caja de engranajes, el eje de transmisión, los cojinetes de almohada y los acoplamientos. Esto a su vez elimina la necesidad de alineación de los componentes mecánicos, lo que acelera la instalación, reduce los costos de instalación y aumenta la eficiencia del sistema.

Una desventaja de la opción de imán permanente es el costo inicial: un accionamiento directo con un motor de imán permanente suele ser el costo más alto de todas las opciones de transmisión de potencia.

Para los requisitos de torsión de las aplicaciones de torres de refrigeración, los motores de imán permanente se vuelven más pesados ​​y altos que los motores de inducción estándar, debido a que se elimina la transmisión de engranajes.

Los motores de imán permanente requieren un VFD para funcionar. Aunque es un costo inicial adicional, el VFD permite a los operadores controlar la velocidad y conservar energía.

Torre de enfriamiento de transmisión de energía

El motor de imán permanente acciona directamente el ventilador, produciendo un campo magnético

Garantizar una operación segura es una preocupación potencial. Con otras opciones de transmisión de energía, cuando el motor se desconecta, no hay energía, lo que hace que sea seguro para el servicio.

El motor de imán permanente puede generar electricidad incluso cuando se apaga la alimentación, lo que puede crear una situación peligrosa. Si, por ejemplo, el viento hace girar el ventilador y el eje del ventilador, la electricidad podría viajar a donde un técnico está trabajando en el equipo.

Otra preocupación de seguridad es el campo magnético producido, que podría afectar a cualquier persona que use un marcapasos que trabaje cerca del motor.

Una transmisión directa generalmente tiene el menor costo de mantenimiento durante su vida útil porque no hay necesidad de reemplazar el aceite, no hay sellos de aceite que puedan desgastarse, y no hay necesidad de alineación de rutina.

Se recomienda la lubricación anual. Los costos iniciales pueden ser de dos a tres veces más que una caja de cambios. Debido al alto costo inicial, el reembolso puede extenderse a diez o más años.

Torre de enfriamiento de transmisión de energía

Motor conmutado electrónicamente combina motor, controlador y ventilador.

El motor de alta eficiencia conmutado electrónicamente (EC) es una tecnología más nueva que combina un pequeño motor de CC y un inversor / controlador de velocidad en un solo paquete.

La parte del rotor del motor normalmente utiliza imanes permanentes de tierras raras y el control de velocidad integral elimina la necesidad de un VFD externo. Para aplicaciones de torres de enfriamiento, el ventilador, la cubierta del ventilador y la protección del ventilador se incorporan a menudo para proporcionar un paquete de accionamiento mecánico completo.

Esto proporciona una disposición simple y compacta que es fácil de instalar en la fábrica y de reemplazar en el campo según sea necesario.

Las torres de enfriamiento que usan motores EC suelen ser de menor capacidad y tamaño con un tamaño máximo de aplicación de 10 hp o diámetros de ventilador de un metro. En comparación con las transmisiones por correa y otros motores de baja potencia (menos de 5 hp), los motores EC son siempre más eficientes.

En aplicaciones de pequeña potencia, el motor EC no presenta pérdida de transmisión de potencia, mientras que otros motores de baja potencia y las transmisiones por correa pueden experimentar pérdidas de transmisión de potencia del 5-20 por ciento.

Debido a que los motores EC usan rodamientos sellados, prácticamente no hay mantenimiento. El uso de esta tecnología para torres de enfriamiento es nuevo y actualmente solo se presta para diámetros de ventilador pequeños y de baja potencia.

La tabla 1 proporciona una comparación general de las tecnologías de transmisión de potencia disponibles. Las transmisiones por correa tienen un bajo costo inicial pero un alto costo de operación. Las unidades directas tienen un alto costo inicial con un menor costo operativo. Las transmisiones por engranajes generalmente caen en algún punto intermedio. Los motores EC ofrecen un bajo costo de operación, pero los tamaños y las aplicaciones son más limitados.

Torre de enfriamiento de transmisión de energía

Seleccionar la opción correcta es un acto de equilibrio.

Al elegir entre las tecnologías de transmisión de energía, los especificadores de torres de enfriamiento, los contratistas y los propietarios deben evaluar los costos en todo el ciclo de vida de la torre de enfriamiento.

Factores como la eficiencia energética, la facilidad de mantenimiento, la confiabilidad y la vida útil deben equilibrarse con la inversión inicial, los costos de instalación, la complejidad operativa y el impacto ambiental.

Referencias

Una mirada a la tecnología de correa, cadena y transmisión de engranajes, Ingeniería de transmisión de potencia, https://www.powertransmission.com/blog/a-look-at-belt-chain-and-gear-drive-technology/, obtenido 5 / 17 / 18

Informador de la industria de procesos

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