Las cajas de engranajes de las torres de enfriamiento han evolucionado para abordar los requisitos de los clientes

Las industrias que requieren el rechazo del calor del proceso a menudo usan torres de enfriamiento montadas en el campo para mantener el ritmo de su carga de calor. Las torres de enfriamiento tienen ventiladores grandes y motores potentes, que pueden presentar una serie de desafíos, incluido el ruido excesivo, la vibración y los gastos. Las cajas de cambios se emplean para hacer frente a estos desafíos.

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 aquellas en las industrias de procesos químicos y energía, requieren torres de enfriamiento con grandes cantidades de capacidad de rechazo de calor. Sin la tecnología de caja de cambios, los motores de las torres de enfriamiento 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 en un tamaño razonable y el sistema mecánico 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 aumentan los diámetros de los ventiladores, la velocidad del ventilador debe disminuir para mantener niveles aceptables de sonido y vibración, así como para garantizar la integridad estructural del propio ventilador. El tamaño inadecuado de la caja de engranajes en relación con el motor y el ventilador puede provocar una vibración excesiva, un funcionamiento ruidoso y daños estructurales en la torre.

En aplicaciones de torres de refrigeración grandes, el ventilador normalmente funciona a una velocidad de entre 100 y 200 rpm. La velocidad del motor más común es de 1800 rpm, lo que requiere que la caja de cambios promedio reduzca la velocidad del motor entre 9 y 18 veces aproximadamente para lograr la velocidad deseada del ventilador. La combinación exacta de esta relación de 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 refrigeración en una aplicación determinada.

Clientes de torres de enfriamiento buscan soluciones a problemas comunes de cajas de engranajes

Los operadores de torres de enfriamiento y los ingenieros de mantenimiento citan varios puntos débiles comunes asociados con la operación y el servicio de las cajas de engranajes:

• Problema 1: Altas temperaturas de funcionamiento, que pueden contribuir a ciclos de funcionamiento más cortos, fallas prematuras de la caja de cambios y tiempo de inactividad no planificado.

• yoproblema 2: Niveles excesivos de sonido y vibración, que pueden resultar en infracciones de ruido municipal, problemas de seguridad de los empleados, fatiga del equipo y fallas prematuras.

• Problema 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.

• Problema 4: Falla prematura del cojinete y desgaste excesivo del eje del piñón.

• Problema 5: Pocas opciones de caja de cambios y opciones para apoyar el mantenimiento y reemplazo programados o no programados

Los avances en el diseño de cajas de engranajes abordan las necesidades de los usuarios

Las actividades continuas de investigación y desarrollo de productos han llevado 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 engranajes citados con mayor frecuencia por 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 enfriamiento" integrales diseñadas en la carcasa. En lugar de una fundición suave, las aletas de enfriamiento aumentan el área de la superficie, lo que permite un mejor rechazo del calor a medida que el ventilador de la torre de enfriamiento empuja el aire sobre la caja de engranajes. Por ejemplo, las cajas de engranajes de la marca Marley Geareducer® incluyen aletas de enfriamiento, que aumentan el área de superficie entre un 25 y un 47 por ciento en comparación con otras transmisiones por engranajes de torres de enfriamiento. Los Geareducers también incorporan puertos de aceite internos grandes para mantener el aceite bien circulado y contribuir a temperaturas de funcionamiento más bajas en general. 

Los resultados: La vida útil del aceite se prolonga, se requieren menos cambios de aceite y los engranajes y cojinetes se lubrican correctamente para maximizar el rendimiento y la vida útil.

Solución #2: Para amortiguar los niveles excesivos de sonido y vibración asociados con las cajas de engranajes, seleccione piezas fundidas de metal resistente. Elija una caja de engranajes diseñada para minimizar la deflexión de la caja asociada con las inmensas cargas de torsión y empuje específicas para el servicio de la torre de enfriamiento. Por ejemplo, los Geareducers de Marley cuentan con piezas fundidas hasta un 40 % más gruesas y están diseñados y construidos expresamente para el servicio de torres de enfriamiento. 

Los resultados: Condiciones de trabajo más silenciosas y seguras, menos fatiga del metal y mayor vida útil.

Solución #3: Para contrarrestar las condiciones extremas de temperatura y humedad a las que están sujetas las transmisiones por engranajes de las torres de enfriamiento, las cuñas de acero en los puntos de conexión de la caja ofrecen ventajas. Las cuñas de acero, en lugar de las versiones de plástico, se incorporan en todos los diseños de Marley Geareducer, por ejemplo. Las cuñas de plástico expuestas a condiciones de temperatura y humedad dentro de la torre pueden deslizarse con el tiempo, provocando cambios en la tolerancia que afectan el sonido y la vida útil de los cojinetes. 

Los resultados: Las cuñas de acero mantienen la configuración adecuada de los engranajes y controlan el sonido del engranaje en condiciones de funcionamiento extremas.

Solución #4: Para protegerse contra la falla prematura de los cojinetes y el desgaste excesivo del eje del piñón, use cojinetes interetapa de doble fila para servicio pesado. La vida útil de los rodamientos de 100.000 horas es alcanzable de manera rutinaria. También se recomienda un sello de aceite de rodamiento tipo aislador de primera calidad con superficie de sellado del estator fija para evitar el desgaste del eje en lugar de un sello de tipo labio que se desgasta contra el eje del piñón. Para ilustrar, Marley Geareducers incorpora un aislador de cojinete Inpro/Seal* que extiende la vida útil del sello sin la desventaja de un desgaste excesivo del eje. 

Los resultados: El uso de cojinetes de doble hilera y sellos de aceite de servicio pesado puede proteger las cajas de engranajes del desgaste prematuro y prolongar la vida útil. 

Solución #5: Para ampliar las opciones de reparación o reemplazo de cajas de engranajes y las opciones para el mantenimiento programado o no programado, elija un proveedor confiable con conocimientos específicos de transmisiones por engranajes y un inventario extenso de componentes de torres de enfriamiento. Por ejemplo, LATINO Cooling Technologies ofrece un equipo interno dedicado de evaluación de cajas de cambios, con experiencia en la inspección, reparación y reconstrucción de cajas de cambios de las marcas Marley y Amarillo. Las reparaciones de la caja de cambios se completan en la planta de fabricación de SPX, en lugar de contratar talleres de trabajo. Para acelerar la finalización, evitar demoras y costos adicionales, se incluye el transporte desde y hacia la planta.

Nueva opción para simplificar el proceso de reemplazo

Una innovación de ingeniería reciente de LATINO ha sido la expansión de la línea Marley Geareducer. El nuevo Geareducer de la serie M, que debutó a principios de 2017, simplifica el reemplazo de cajas de engranajes en torres construidas en campo que actualmente no emplean un Marley Geareducer. La Serie M es un reemplazo directo "directo" para las cajas de cambios de la marca Amarillo, con un tamaño coincidente que simplifica enormemente los procedimientos de cambio de caja de cambios.

Una nueva alternativa viable para el reemplazo 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 los ventiladores, los ejes de transmisión y las placas adaptadoras y los costos adicionales de materiales y el tiempo de mano de obra que requieren. La reducción de tiempo y 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 incorporado. 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 reconstrucción. No requiere bombas, filtros o enfriadores externos para funcionar correctamente, lo que ahorra a los clientes costos adicionales inesperados y otros componentes adicionales que podrían volverse problemáticos. El Geareducer de la serie M brinda las soluciones que los clientes desean de una caja de engranajes de torre de enfriamiento de grado industrial.

Las cajas de cambios confiables alivian la "ansiedad de servicio"

Los operadores de planta y los ingenieros de mantenimiento deben gestionar de manera efectiva una variedad de problemas de servicio de la torre de enfriamiento, ya sea programados o no. Encontrar soluciones de sentido común a largo plazo para los problemas más comunes no solo simplifica el mantenimiento de rutina y las operaciones de reparación, sino que contribuye en gran medida a aliviar la ansiedad del servicio. Las cajas de engranajes confiables y los proveedores confiables brindan una sensación de seguridad de que los problemas de mantenimiento y servicio se pueden administrar metódicamente en lugar de en modo de crisis.

Sobre el autor, Jerome Jennings

Jerome Jennings es gerente global de productos para componentes montados en campo en LATINO Cooling Technologies, con sede en Overland Park, Kansas.