Protección contra inundaciones: accionamiento innovador

Descubra la tecnología innovadora que protege ciudades de inundaciones devastadoras: GROB marca un nuevo estándar en protección contra inundaciones

Philipp Schmalzhaf

por Philipp Schmalzhaf, Gerente de ventas

Compuertas de esclusa

Estudio de caso: Protección contra inundaciones en Ipswich – Compuertas de esclusa

Nuestro socio Drive Lines Technologies participó recientemente en el proceso de fabricación y diseño de una parte del Programa de Gestión de Protección contra Inundaciones de Ipswich (Flood Defense Management Scheme, FDMS). Hunton Engineering Ltd. fue contratada para proporcionar a la empresa Volker Stevin una solución de compuerta de esclusa con sellos abatibles para proteger contra riesgos de inundaciones.

Como parte del nuevo y versátil FDMS, la compuerta debía ser accionada y controlada eléctrica y mecánicamente, siendo un componente clave del sistema general de protección contra inundaciones.

Hunton, con más de 25 años de experiencia, es una empresa líder en diseño, fabricación e instalación de estructuras de regulación fluvial y sistemas de protección contra inundaciones.

Una vez finalizado el diseño inicial, Hunton se encargó del proyecto de ingeniería detallada y construcción de la compuerta. El ingeniero de desarrollo Nigel Molton y el director general Sean Trow trabajaron en la especificación técnica basada en soluciones de protección contra inundaciones previamente implementadas con éxito por el equipo. El director de ventas de Drive Lines, Matt Jones, colaboró estrechamente con el equipo de Hunton para seleccionar la solución electromecánica más adecuada de nuestra gama de productos, incluyendo modelos 3D para integrarlos en el diseño.

Drive Lines, con tres décadas de trayectoria, aportó su amplia experiencia en la industria para recomendar la solución más eficaz frente a los desafíos del diseño.

Compuertas de esclusa

Como componente clave del FDMS, estas compuertas de esclusa de 5 m de longitud bloquean las vías del tren y forman una barrera contra inundaciones. La apertura y cierre confiable de compuertas de este tamaño requiere, en cada compuerta, un actuador eléctrico según especificaciones marítimas, con una carrera de casi 1400 mm y una fuerza lineal de hasta 70 kN. Drive Lines recomendó y suministró dos actuadores eléctricos ADE MSK50, diseñados específicamente para su uso en estructuras hidráulicas, incluyendo la especificación de pintura marítima C5M.

Con una carcasa de acero inoxidable de precisión y vástagos cerámicos, el dispositivo cuenta con protección IP68 (sumergible) y protección contra hielo y suciedad. Ambos actuadores lineales ADE se accionan mediante un motor eléctrico trifásico integrado y un accionamiento giratorio Auma SA14.6 con bloqueo de retroceso. El actuador también incluye un conjunto de resortes integrado para absorber impactos axiales de posibles obstáculos o fuerzas extremas del agua.

Compuertas de esclusa

Cuando las compuertas de esclusa estuvieron colocadas sobre las vías del tren, Hunton también quiso instalar sellos abatibles que pudieran bajarse en posición para evitar que el agua se filtrara por debajo de las compuertas, ya que para operar sobre las vías se requieren distancias de seguridad.

Drive Lines propuso una disposición mecánicamente conectada con varios elevadores de husillo por compuerta. Esto incluyó cuatro compactos elevadores de husillo cúbico MJ1 con construcción en acero inoxidable para protección contra la intemperie. Los ejes de acero inoxidable ZAE de R+W transmiten el par entre los diferentes cabrestantes y son accionados por dos robustos reductores cónicos PowerGear de Graessner en acero inoxidable. El sistema de accionamiento se completó con un motor WELKON/OBEKI según especificación marítima IP67 suministrado por Drive Lines.

En el video de abajo puede ver los sellos abatibles en acción.

Después de la instalación, Hunton conectó los actuadores ADE y ajustó los límites de par y las posiciones finales mediante interruptores mecánicos integrados. Los sellos abatibles se controlan para subir y bajar a través de interruptores finales integrados, montados en los elevadores de husillo de cada compuerta, de modo que todos puedan ser operados de manera sencilla, remota y centralizada por el usuario.

Compuertas de esclusa

La instalación final es un espectáculo impresionante, con accionamientos eléctricos suaves y silenciosos para ambas aplicaciones, que garantizan una solución de protección contra inundaciones limpia y ecológica durante los próximos años, requiriendo poco o ningún mantenimiento en las partes electromecánicas.

Preguntas frecuentes

Un elevador de husillo es la combinación de un husillo con una tuerca (engranaje helicoidal o tuerca móvil), que mediante un engranaje helicoidal convierte un movimiento de giro en un movimiento lineal.

Versión básica: El husillo realiza él mismo el movimiento axial.

Versión traslación tuerca: El husillo permanece fijo en el espacio y gira; sobre él, la tuerca se desplaza hacia arriba y hacia abajo.

  1. Cúbico y Clásico: solo diferencias externas. Cuestión de preferencia; los datos de rendimiento son prácticamente idénticos.
  2. HMC: estándar hasta 3,000 1/min en la entrada, con llenado de aceite y aletas de enfriamiento; capacidad dinámica significativamente mayor.
  3. KH: alta dinámica explícita; la capacidad de carga se reduce a un máximo de 90 kN.

Los codificadores pueden montarse en el motor o en el eje motriz para una supervisión permanente.

Si solo se trata de las posiciones finales, los finales de carrera pueden detectar las posiciones deseadas.

En los cilindros de elevación, también usamos frecuentemente potenciómetros, que devuelven un valor de resistencia que el controlador puede leer.

Evita cualquier movimiento de giro del husillo. Si un husillo de traslación realizara un movimiento de rotación, ya no sería posible un movimiento lineal.

Del lado del cliente: el cliente guía la carga, evitando que ésta gire. Si el husillo se fija directamente a la carga, tampoco podrá girar.

Del lado del reductor (el producto cuenta con anti-rotación): utilizamos ya sea una ranura a lo largo de todo el husillo con una chaveta como contraparte, o, alternativamente, se puede atornillar un bloque cuadrado en la parte trasera del husillo y el tubo protección se fabrica como tubo cuadrado.

La confusión a veces surge porque en ambos casos hay un elemento adicional en la parte trasera del husillo.

  1. El seguro contra giro es simplemente un anillo en la rosca que evita que el husillo se salga.
  2. El seguro contra torsión además impide que el husillo gire sobre su eje.

La indicación "20% de ciclo de trabajo por hora" siempre debe considerarse en relación con una determinada potencia de entrada en la caja de engranajes. Si se utiliza por debajo del valor de potencia permitido, se genera menos calor y la caja de engranajes necesita menos tiempo para enfriarse. De esta manera, es posible superar el 20% de ciclo de trabajo.

Sí, los elevadores de husillo pueden fabricarse completamente en acero inoxidable y equiparse con grasa apta para alimentos según la certificación H1.

La carcasa es de fundición a presión de aluminio o de hierro gris; el husillo, el tubo protección y el eje motriz son de acero; la rueda dentada o la tuerca portante son de una aleación de bronce. Además, existen muchas variantes.

Sí, mediante bridas para motor se pueden montar de manera flexible motores o motores con reductor. Usted decide si proporciona el motor o si GROB se encarga de ello.

Sí. Un elevador de husillo se puede accionar con cualquier actuador rotativo, ya sea eléctrico, mecánico o manual.

En cargas de compresión, el factor limitante suele ser el pandeo. En cargas de tracción, depende de la disponibilidad del material en bruto (barras comercialmente disponibles hasta 6 m) o de la velocidad crítica de pandeo (en la versión traslación tuerca). Si se requieren carreras mayores, el husillo también puede fabricarse en varias secciones.

En aplicaciones con altos requisitos de seguridad, a veces se requieren dos mecanismos de retención que actúen de manera independiente. Esto puede ser la auto-retención dinámica + freno del motor, o un freno doble independiente en el motor trifásico.

Sí. Los tipos de voltaje más comunes son 24 VDC / 230 VAC / 400 VAC. Otros voltajes en corriente continua y corriente alterna están disponibles bajo solicitud.

Un motor trifásico gira en función de la frecuencia de la red. A mayor frecuencia, mayor velocidad de giro.

La velocidad nominal a 50 Hz es:

  1. Motor de 2 polos: 3000 rpm
  2. Motor de 4 polos: 1500 rpm
  3. Motor de 6 polos: 1000 rpm
  4. Motor de 8 polos: 750 rpm

Grasa lubricante de clase NLGI 1 o 2, adecuada para cojinetes deslizantes y de rodamiento sometidos a altas cargas. Se debe tener en cuenta la compatibilidad con el lubricante existente, considerando si la grasa es de base mineral o sintética.

Depende del ciclo de operación y de las condiciones de uso. Por lo general, se recomienda cada 500 carreras dobles.

La cantidad de lubricante depende del tamaño de construcción y del tipo de elevador de husillo. Los datos correspondientes se encuentran en nuestro catálogo completo. Aquí como ejemplo, para nuestros elevadores de husillo cúbico: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)

0 – 6,000 mm en el rango estándar. También son posibles longitudes superiores a 6 m para aplicaciones especiales, pero con un husillo de varias piezas. Las graduaciones pueden realizarse en el rango de milímetros.

Lubricación con grasa en la caja de engranajes: hasta 1500 rpm; >1500 rpm hasta 3000 rpm, lubricación con grasa fluida o aceite.

Se pueden montar finales de carrera mecánicos, magnéticos o inductivos. También es posible preparar el equipo para sensores propios. Tenga en cuenta que no es posible implementar un corte de posición final en elevadores de husillo en versión traslación tuerca.

Para esto, hay un resumen detallado al inicio de cada capítulo de elevadores de husillo en nuestro catálogo. Aquí como ejemplo, los elevadores de husillo cúbico: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)

En los elevadores de husillo lubricados con grasa, la posición de montaje se puede elegir libremente. En los elevadores lubricados con aceite, se debe tener en cuenta la orientación del respiradero.

No se debe superar la carga nominal indicada por el fabricante. Sin embargo, los elevadores de husillo cuentan con factores de seguridad de 1,5 a 2,5 sobre la carga nominal.

Es posible a corto plazo; sin embargo, esto provoca una reducción de la vida útil por encima del promedio.

Sí, para elevadores de husillo con husillo de bolas o husillos de rodillos se puede calcular la vida útil. En los husillos trapezoidales, no es posible realizar un cálculo de la vida útil.

La potencia necesaria depende de la carga y de la velocidad de elevación. Para el accionamiento se recomienda un margen del 30 % sobre la potencia requerida. El elevador de husillo debe operarse dentro de los parámetros máximos indicados, que dependen de la versión y del tamaño. Como ejemplo, aquí encontrará los límites de potencia para los elevadores de husillo cúbico: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)

La medida de seguridad puede ampliarse o reducirse. En caso de reducción, es imprescindible asegurarse durante el funcionamiento de la instalación que en ningún caso se produzca un recorrido en bloqueo.

El término bloqueo de carrera describe el movimiento del elevador hasta un tope fijo. En este caso, el elemento de elevación queda “bloqueado” por la pieza fija de contraparte.

El elemento de accionamiento, normalmente un motor trifásico, no se detiene automáticamente, sino que debe recibir una señal para apagarse. Esta señal puede generarse mediante interruptores de fin de carrera, codificadores, potenciómetros u otros componentes de supervisión de posición.

Los accionamientos mecánicos son muy sensibles a movimientos contra topes fijos. Dependiendo de la fuerza del motor, un recorrido en bloqueo generalmente provoca daños en el sistema husillo-tuerca.

Los husillos de bolas son recomendables cuando:

  1. La potencia requerida es demasiado alta en combinación con husillos trapezoidales
  2. Se desea una mayor velocidad de elevación
  3. Se requiere una mayor precisión

El juego axial de un husillo trapezoidal suele estar entre 0,1 y 0,3 mm. Cuando el juego axial alcanza 1/4 del perfil trapezoidal, se recomienda reemplazar la tuerca trapezoidal.

Aunque las fuerzas laterales reducen considerablemente la vida útil de los elevadores de husillo, dentro de ciertos límites es posible soportarlas. Encontrará una base correspondiente aquí: Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)

Screw Drives: Trapezoidal Screw vs. Ball Screw - GROB GmbH chevron_right

El husillo fijo genera el movimiento relativo mediante la rueda dentada giratoria, mientras que el husillo giratorio genera el movimiento relativo para la tuerca móvil. Las ventajas y desventajas dependen de las limitaciones de espacio de su sistema de elevación.

Sí, cada tamaño de construcción (independientemente del tipo de elevador de husillo) proporciona 2 etapas de reducción (→ Normal y Lento). La excepción son los elevadores de husillo con engranaje cónico, donde las relaciones de transmisión posibles son 1:1, 2:1 y 3:1.

La extensión del husillo define una medida que, en estado retraído, proporciona una longitud adicional respecto al estándar.

Ejemplo: necesita un movimiento de elevación efectivo de solo 100 mm, pero hay que cubrir 400 mm entre el inicio del movimiento y la caja de engranajes. Entonces se alarga el husillo 400 mm, y al extenderlo, se alcanza un total de 500 mm.

Sí, la protección adecuada se puede lograr mediante pintura o materiales resistentes a la corrosión.

Sí, la función de "elevar" y "mover" se puede realizar con cualquier elemento de elevación mecánico.

Esta versión utiliza un tubo adicional para proteger el husillo, que se monta sobre la tuerca portante. La versión con tubo de empuje describe así un cilindro de elevación basado en un elevador de husillo modificado.

Los siguientes casos requieren necesariamente una versión con aceite:

  1. Uso en áreas con riesgo de explosión por gas. Se exige obligatoriamente un cuestionario ATEX.
  2. Velocidad de entrada en el eje motriz de 1,500 a 3,000 1/min.

La tuerca de seguridad normalmente se desplaza sin carga junto con la tuerca portante. Si la tuerca portante se rompe, la tuerca de seguridad soporta la carga. Esto permite realizar un último desplazamiento para poner fuera de servicio la instalación. Además, la tuerca de seguridad también se utiliza como tuerca de referencia para medir el desgaste.

El husillo se puede proteger mediante fuelle o resorte helicoidal.

  1. Puente electrónico: Si cada elemento de elevación de la instalación se acciona con un motor, se puede crear un puente electrónico mediante codificadores.
  2. Elementos de conexión mecánicos: Más seguros y económicos son los ejes de conexión y los reenvíos a ángulo, que pueden conectar todos los elementos de elevación de una instalación entre sí.

Un seguro de giro (AS) evita que el husillo de elevación se salga accidentalmente en la versión básica. No está diseñado como tope mecánico.

Sí, los elevadores de husillo y los cilindros eléctricos MINI pueden utilizarse dentro de ciertos límites en zonas ATEX.

Para el extremo del husillo, el programa estándar ofrece las siguientes opciones:

  1. Extremo roscado
  2. Cabeza articulada
  3. Cabeza de rótula
  4. Placa de brida
  5. Placa de brida con cojinete
  6. Pivote

Las dimensiones correspondientes se pueden consultar en el Catálogo completo (grob-antriebstechnik.de)

  1. Los reductores estándar con husillo trapezoidal estándar alcanzan entre 25% y 35% de eficiencia.
  2. Si se aumenta el paso, la rosca resbala más fácilmente, lo que incrementa la eficiencia.
  3. La combinación con husillo de bolas puede alcanzar hasta un 50% de eficiencia.
  4. La mejor combinación: elevador de husillo con engranaje cónico y husillo de bolas, alcanzando más del 80%.

En la versión traslación tuerca, solo cambian las dimensiones de conexión de la tuerca. En la versión básica con husillo de bolas, puede ocurrir que la tapa del cojinete se diseñe más alta para alojar la tuerca de bolas dentro del husillo.

Sí, los husillos roscados también pueden fabricarse en acero inoxidable.

Un actuador lineal convierte un movimiento de giro en un movimiento lineal. La acción se realiza mediante motores eléctricos. Sin embargo, los movimientos lineales también se pueden generar con actuadores hidráulicos o neumáticos. Los actuadores lineales eléctricos se utilizan para movimientos más precisos.

La protección IP66 reduce significativamente la entrada de polvo y agua, lo que minimiza los requisitos de mantenimiento. No obstante, se recomienda realizar revisiones periódicas.

Los actuadores lineales con protección IP66 son ideales para entornos exigentes, como en la industria, en exteriores o en aplicaciones que requieren limpieza con agua.

Existen actuadores lineales mecánicos, electromecánicos, eléctricos directos (motores lineales), así como actuadores lineales hidráulicos y neumáticos. En nuestras soluciones de accionamiento utilizamos actuadores electromecánicos.

Los actuadores lineales eléctricos utilizan energía eléctrica para generar movimiento, mientras que los actuadores hidráulicos y neumáticos emplean líquidos o gases. Los actuadores eléctricos son más precisos y eficientes.

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