Eje de transmisión

Un eje de transmisión o engranaje es un eje giratorio accionado por energía para la transmisión de potencia dentro de fábricas y complejos industriales. Se utilizaron ampliamente desde la Revolución Industrial hasta principios del siglo XX. Antes del uso generalizado de motores eléctricos lo suficientemente pequeños como para conectarse directamente a cada pieza de maquinaria, el sistema de ejes de transmisión se utilizaba para distribuir la potencia desde una gran fuente de energía central a la maquinaria mediante correas o engranajes. La fuente de energía central podía ser una rueda hidráulica , una turbina, un molino de viento, energía animal o una máquina de vapor . La potencia se distribuía desde el eje a la maquinaria mediante un sistema de correas , poleas y engranajes conocido como engranaje . ^{[ 1 ]}

Un eje de transmisión típico se suspendía del techo de un área y recorría toda su longitud. Una polea del eje recibía la potencia de un eje principal ubicado en otra parte del edificio. Las demás poleas suministraban potencia a las poleas de cada máquina o a ejes de transmisión subsiguientes. En la fabricación, donde había un gran número de máquinas realizando las mismas tareas, el diseño del sistema era bastante regular y repetitivo. En otras aplicaciones, como talleres mecánicos y de carpintería, donde había una variedad de máquinas con diferentes orientaciones y requisitos de potencia, el sistema parecía errático e inconsistente, con muchas direcciones de ejes y tamaños de poleas diferentes. Los ejes solían ser horizontales y aéreos, pero ocasionalmente eran verticales y podían estar bajo tierra. Generalmente eran de acero rígido, compuestos por varias piezas atornilladas entre sí en las bridas. Los ejes se suspendían mediante soportes con cojinetes a intervalos regulares. La distancia dependía del peso del eje y del número de poleas. Los ejes debían mantenerse alineados, ya que la tensión sobrecalentaría los cojinetes y podría romper el eje. Los cojinetes solían ser de fricción y debían mantenerse lubricados. Se requería la presencia de operarios de lubricación de poleas para garantizar que los cojinetes no se congelaran ni funcionaran mal.

En las primeras aplicaciones, la potencia se transmitía entre poleas mediante bucles de cuerda sobre poleas ranuradas. Este método es extremadamente raro hoy en día, y data principalmente del siglo XVIII. Las correas planas sobre poleas o tambores planos fueron el método más común durante el siglo XIX y principios del XX. Las correas solían ser de cuero curtido o lona de algodón impregnada de caucho. Las correas de cuero se sujetaban en bucles con cuero crudo o alambre, uniones solapadas y pegamento, o con varios tipos de sujetadores de acero. Las correas de lona de algodón generalmente usaban sujetadores metálicos o se fundían con calor. Las correas de cuero se colocaban con el lado de pelo contra las poleas para una mejor tracción. Las correas necesitaban limpieza y acondicionamiento periódicos para mantenerlas en buen estado. A menudo, las correas se retorcían 180 grados por rama y se invertían en la polea receptora para que el segundo eje girara en sentido contrario.

Las poleas se construían de madera, hierro, acero o una combinación de estos materiales. Se utilizaban poleas de diferentes tamaños en conjunto para cambiar la velocidad de rotación. Por ejemplo, una polea de 40" a 100 rpm hacía girar una polea de 20" a 200 rpm. Las poleas fijas ("rígidas") al eje podían combinarse con poleas adyacentes que giraban libremente ("sueltas") sobre el eje (poleas tensoras). En esta configuración, la correa podía colocarse sobre la polea tensora para detener la transmisión de potencia o sobre la polea fija para transmitirla. Este sistema se utilizaba a menudo cerca de las máquinas para apagarlas cuando no estaban en uso. Generalmente, en la última correa que suministraba potencia a una máquina, se podía utilizar un par de poleas escalonadas para proporcionar diferentes velocidades de rotación.

En ocasiones, se utilizaban engranajes entre los ejes para cambiar la velocidad en lugar de correas y poleas de diferentes tamaños, pero esto parece haber sido relativamente poco común.

Las primeras versiones de ejes de transmisión datan del siglo XVIII, pero su uso se generalizó a finales del siglo XIX con la industrialización. Los ejes de transmisión se utilizaban ampliamente en la fabricación, talleres de carpintería, talleres mecánicos, aserraderos y molinos harineros .

En 1828, en Lowell, Massachusetts, Paul Moody sustituyó los engranajes metálicos por correas de cuero para transmitir la potencia del eje principal accionado por una rueda hidráulica. Esta innovación se extendió rápidamente por los EE. UU. ^{[ 2 ]}

Los sistemas de transmisión por correa plana se popularizaron en el Reino Unido a partir de la década de 1870, con las empresas J & E Wood y W & J Galloway & Sons como principales impulsoras de su introducción. Ambas empresas fabricaban máquinas de vapor estacionarias, y la creciente demanda de mayor potencia y fiabilidad podía satisfacerse no solo mediante una tecnología de motores mejorada, sino también mediante métodos optimizados de transferencia de potencia desde los motores a los telares y maquinaria similar a la que estaban destinados. El uso de correas planas ya era común en Estados Unidos, pero poco frecuente en Gran Bretaña hasta entonces. Entre sus ventajas se incluían una menor emisión de ruido y una menor pérdida de energía debido a las pérdidas por fricción inherentes a los ejes de transmisión y sus engranajes, que eran comunes anteriormente. Además, el mantenimiento era más sencillo y económico, y constituía un método más conveniente para la disposición de los sistemas de transmisión de potencia, de modo que si una pieza fallaba, no se producía una pérdida de potencia en todas las secciones de una fábrica o molino. Estos sistemas fueron posteriormente superados en popularidad por los sistemas de transmisión por cable. ^{[ 3 ]}

Hacia finales del siglo XIX, algunas fábricas tenían un kilómetro y medio o más de ejes de transmisión en un solo edificio.

Para suministrar energía a pequeños comercios e industrias ligeras, se construyeron centrales eléctricas especialmente diseñadas. Estas centrales utilizaban una máquina de vapor central y distribuían la energía mediante ejes de transmisión a todas las salas alquiladas. En los inicios de la electrificación, se siguieron construyendo centrales eléctricas que aún utilizaban ejes de transmisión, pero impulsadas por un motor eléctrico. ^{[ 1 ]}

A medida que algunas fábricas crecieron y se volvieron demasiado complejas para ser alimentadas por una sola máquina de vapor, se empezó a utilizar un sistema de potencia "subdividida". Esto también fue importante cuando se requería un amplio rango de control de velocidad para operaciones delicadas como el trefilado o el forjado de hierro. Con la potencia subdividida, el vapor se canalizaba desde una caldera central a máquinas de vapor más pequeñas ubicadas donde se necesitaban. Sin embargo, las máquinas de vapor pequeñas eran mucho menos eficientes que las grandes. El complejo de 63 acres de Baldwin Locomotive Works cambió a potencia subdividida, y luego, debido a la ineficiencia, se convirtió a tracción en grupo con varias máquinas de vapor grandes que impulsaban los ejes de transmisión. Finalmente, Baldwin se convirtió a tracción eléctrica, con un ahorro sustancial en mano de obra y espacio de construcción. ^{[ 1 ]}

Con la electrificación de las fábricas a principios del siglo XX, muchos ejes de transmisión comenzaron a ser accionados eléctricamente. En los inicios de la electrificación industrial, solo se disponía de motores grandes, por lo que las nuevas fábricas instalaban un motor grande para accionar los ejes de transmisión y la maquinaria. Después de 1900, se empezaron a comercializar motores industriales más pequeños y la mayoría de las nuevas instalaciones utilizaban accionamientos eléctricos individuales. ^{[ 4 ]}

Los ejes de transmisión accionados por turbinas de vapor se usaban comúnmente para accionar máquinas de papel con fines de control de velocidad, hasta que en la década de 1980 se dispuso de métodos económicos para el control preciso de la velocidad de los motores eléctricos; desde entonces, muchos han sido reemplazados por accionamientos eléctricos seccionales. ^{[ 5 ]} El control económico de velocidad variable mediante motores eléctricos fue posible gracias a los rectificadores controlados de silicio (SCR) para producir corriente continua y accionamientos de frecuencia variable que utilizan inversores para convertir la CC de nuevo en CA a la frecuencia requerida para la velocidad deseada.

La mayoría de los sistemas quedaron fuera de servicio a mediados del siglo XX y relativamente pocos permanecen en el siglo XXI, e incluso menos en su ubicación y configuración originales.

En un ejemplo temprano, la fábrica de algodón impulsada por agua de Jedediah Strutt , North Mill en Belper , construida en 1776, toda la energía para operar la maquinaria provenía de una rueda hidráulica de 18 pies (5,5 m) . ^{[ 7 ]} 

Sistemas originales

Reino Unido

• Valle de Elan  : el eje de transmisión inoperativo aún se encuentra en su lugar original en los antiguos talleres, que ahora se utilizan como centro de visitantes.
• Molino de anillos Ellenroad  : un sistema de transmisión por eje de un motor National Oil de 6  hp acciona una réplica de un taller de 1910 con fragua, martillo hidráulico, torno, taladro de brazo radial y cepilladora.
• Fábrica Queen Street , Burnley  : sistema de transmisión por ejes que acciona 600 telares Lancashire, impulsados ​​por una máquina de vapor estacionaria alimentada con carbón de 500 caballos de fuerza.
• Molino de agua de Shelsley, Shelsley Walsh, Worcester, Reino Unido  — molino de grano parcialmente operativo
• Fábrica de bobinas de Stott Park , Cumbria, Inglaterra  — ??
• Estación de bombeo de Tees Cottage , cerca de Darlington, condado de Durham, Inglaterra  : taller de mantenimiento original completo en funcionamiento.
• Museo Nacional de la Pizarra , Gales  : equipo original que aún funciona gracias a un eje de transmisión accionado por la rueda hidráulica en funcionamiento más grande de Gran Bretaña continental.

Estados Unidos

• Órganos Austin . Hartford, Connecticut.
• Cruiser Olympia , Filadelfia, Pensilvania  — taller mecánico en funcionamiento
• Compañía ferroviaria y carbonera East Broad Top . Horno de Rockhill, Pensilvania  : parcialmente operativo; taller de maquinaria, taller de chapa metálica, taller de carpintería, herrería, fundición.
• Taller mecánico del Parque Estatal Empire Mine, Grass Valley, California  — ¿ máquinas herramienta  ?
• Museo Hagley , Wilmington, Delaware
• Museo Hanford Mills , East Meredith, Nueva York  — en funcionamiento; aserradero, molino harinero, taller de carpintería
• Museo de la fábrica de molinos de viento Kregel , Nebraska City, Nebraska  — en funcionamiento; fábrica de molinos de viento
• Longleaf Lumber Company/Southern Forest Heritage Museum, Longleaf, Louisiana  — parcialmente operativa; máquinas herramienta, aserradero
• Molino Mingus, Parque Nacional de las Grandes Montañas Humeantes, Carolina del Sur  — parcialmente operativo; molino de grano
• Molino de Rock Run, Parque Estatal Susquehanna (Maryland) , Havre de Grace, Maryland  — en funcionamiento; molino de agua.
• Talleres ferroviarios de Sierra / Parque histórico estatal Railtown 1897 , Jamestown, California  — en funcionamiento; taller de máquinas herramienta y herrería.
• Sitio histórico de Slater Mill , Pawtucket, Rhode Island  — ??
• Parque Histórico Nacional Thomas Edison , West Orange, Nueva Jersey  — ¿ máquinas herramienta  ?
• WA Young and Sons Foundry and Machine Shop , Rices Landing, Pensilvania  — taller mecánico, fundición
• WJ Doran Company, Waupaca, Wisconsin  — en pleno funcionamiento; máquinas herramienta

Sistemas reconstruidos o de demostración

Estados Unidos

• Hancock Shaker Village, Pittsfield, Massachusetts. Taller mecánico alimentado por una turbina hidráulica para el funcionamiento de las máquinas de carpintería.
• Instituto Smithsonian, Edificio de Artes e Industrias, Washington, DC  — máquinas herramienta
• Asociación de Anticuarios del Valle del Río Blanco, Enora, Indiana  — herramientas para trabajar la madera y la maquinaria
• Denton Farmpark, Denton, Carolina del Norte  — máquinas herramienta
• Museo de Historia de Cincinnati, Cincinnati, Ohio  — máquinas herramienta
• Museo y Biblioteca Hagley, Wilmington, Delaware (molinos de pólvora originales de du Pont)  — máquinas herramienta
• Museo Henry Ford y Greenfield Village , Dearborn, Michigan  — máquinas herramienta
• Mina Mollie Kathleen, Cripple Creek, Colorado  — aserradero
• Museo Occidental de Minería e Industria, Colorado Springs, Colorado  — molino de estampación, herrería, compresor
• Boott Mills , Lowell, Massachusetts  — telares mecánicos de algodón
• Silver Dollar City , Branson, Missouri  — herramientas para trabajar la madera y maquinaria para panadería
• Asociación de Vapor y Gas de Tuckahoe, Easton, Maryland  — Museo del taller de maquinaria en funcionamiento
• Sociedad Histórica de Virginia , Richmond, Virginia  — ??
• Museo de la Industria de Baltimore, Baltimore, Maryland  — máquinas herramienta
• Denton Farmpark, Denton, Carolina del Norte  — máquinas herramienta
• Museo del Patrimonio de Muskegon, Muskegon, Michigan  — Máquinas herramienta y motores Corliss
• Rough and Tumble Engineers, Kinzers, Pensilvania - máquinas herramienta

• Transportador de rodillos con eje longitudinal : utiliza un eje largo para accionar una serie de rodillos.

Notas

Bibliografía

• Hunter, Louis C.; Bryant, Lynwood (1991). Historia de la energía industrial en los Estados Unidos, 1730-1930, vol. 3: La transmisión de la energía . Cambridge, Massachusetts, Londres: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.
• Falconer, Keith; Menuge, Calladine (2001). "Derwent Valley Textile Mills". Industrial Archaeology Review . Leicester: Belper North Mill Trust: 99. ISSN 0309-0728 . 
• Hills, Richard Leslie (1989), Power from Steam: A History of the Stationary Steam Engine , Cambridge University Press , pág.  244, ISBN 9780521458344Consultado el 10 de enero de 2009.
• Nasmith, Joseph (1895), Construcción e ingeniería recientes de fábricas de algodón , Londres: John Heywood, pág.  284, ISBN 1-4021-4558-6Consultado el 10 de marzo de 2009.{{citation}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
• Devine, Warren D. Jr. (1983). "De los ejes a los cables: perspectiva histórica sobre la electrificación" (PDF) . Journal of Economic History . 43 (2): 355. doi : 10.1017/S0022050700029673 . Archivado del original (PDF) el 12 de abril de 2019. Consultado el 20 de octubre de 2011 .

• Poleas y correas para ejes de transmisión – Tratado de 1906 sobre los aspectos de ingeniería de las transmisiones por correa – Advertencia: esta página web contiene música de fondo (desplácese hasta el final para pausarla).