tema 14 t intro freno bn

8/16/2019 Tema 14 T Intro Freno BN

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Jesús Cuartero Universidad de Zaragoza

Área de Ingenier ía e Infraestructura de los Transpor tes

GENERALIDADES E

INTRODUCCIÓN ALTRANSPORTE VERTICAL


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EL MOTORLa construcción y características de los grupos tractores y sobre todo de los motorescon

que van equipados, varía según sea la velocidad nominal del ascensor y el servicioquedeben prestar.

Se puede establecer el siguiente esquema:

· Motores de corriente alterna.- motores de una velocidad.

- motores de dos velocidades.

- motores con convertidor de frecuencia.

·Motores de corriente continua con convertidor alterna-continua.


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Grupos tractores util izados por los aparatoselevadores según su velocidad, tráfico y aplicaciones

CLASE DE INSTALACIÓN VELOCIDAD DERÉGIMEN (m/s)

GRUPO TRACTOR

Edificios de viviendas bajos hasta 0,7 m/s Con reductor y motor asíncrono de1 velocidad

Edificios de viviendas altos y

oficinas

desde 0,7 a 1 m/s Con reductor y motor asíncrono de

dos velocidadesEdificios de oficinas y comerciales,

hospitales (montacamillas)desde 1 a 2,5 m/s Con reductor y con variador de

frecuencia o motor de corriente

continua con convertidor C/A

Edificios de oficinas comercialescon tráfico intenso

mayor que 2,5 m/s Tracción directa y con variador de

frecuencia

Almacenes y talleres, montacargaso elevadores mixtos de grandes

cargas y a veces, montacamillas dehospitales

hasta 0,7 m/s Con reductor y motor asíncrono de

una o dos velocidades o con

variador de frecuencia


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Los motores de corriente alternaSon los más utilizados, de hecho, la tendencia actual es que aumenta el número de instalaciones con motores decorriente alterna, mientras que disminuye el número de las que incorporan corriente continua, mucho máscostosas demantener. En lo que se refiere al motor de corriente alterna, son de jaula de ardilla, pudiendo incorporar dosvelocidadesmediante la conmutación de polos.

Grupos tractores con motores de una velocidad

Los grupos tractores con motor de una velocidad, sólo se utilizan para ascensores de velocidades hasta 0.70 m/s.La curva par/velocidad de un motor de estas características apenas deja margen de variación para la velocidad.El nivel de confort es bajo, aunque se utilizan motores de una sola velocidad para ascensores industriales de grancarga pero de velocidad muy reducida (de 0.20 m/s a 0.30 m/s), en general la mayor aplicación de estos grupostractores la tienen en los ascensores de viviendas de 300 Kg y 4 personas, de tipo económico por lo que losconstructoreshan buscado soluciones más sencillas y de menor coste de fabricación. Las más empleadas son las siguientes:

a) Con el eje de la polea de adherencia en voladizo. En este caso debe estar provisto el grupo tractor de undispositivoque impida la salida de los cables.b) Con el rotor del motor montado en el mismo eje del sinfín y el motor acoplado al cárter del reductor por mediode bridas.Con esta disposición se suprime el acoplamiento y la alineación de los ejes del motor y del sinfín, que siempre esdelicaday expuesta a desajustes.

c) Con motor de eje vertical.d) Con un motor especial, montado en posición horizontal o vertical, y cuyo estator está en el centro del motor y elrotorlo rodea exteriormente. El rotor está montado sobre el eje del sinfín y unido a él por una chaveta. El cilindro querodeael rotor y lo protege sustituye o hace las veces de tambor del freno sobre el que actúan las zapatas. Losconstructoresde este tipo de grupo tractor le atribuyen ventajas de economía y sencillez de montaje.


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Características de motores de corriente alterna de una velocidad




Grupos tractores con motores de dos velocidades.

El sistema más sencillo y actualmente más empleado, para obtener una

velocidad de nivelación pequeña paraconseguir un frenado con el mínimo error, es el empleo de motores de dosvelocidades. Este sistema se aplica a losascensores de velocidades de régimen de hasta 1 m/s. Se suele implementaren ascensores de bajas cargasy montacargas de cargas elevadas.

Para esto se equipan los grupos tractores con motores trifásicos de polosconmutables, que funcionen a una velocidadrápida y a otra lenta según la conexión de los polos, obtenidaautomáticamente con un dispositivo que se introduce enel circui to de la maniobra. Por lo demás, los motores son de ejecución similar

a los de una velocidad, y se construyenpara una velocidad elevada de 1500 r.p.m. y velocidades bajas de 250 r.p.m. (24polos), 333 r.p.m. (18 polos)y 375 r.p.m. (16 polos).




Características de motores de corriente alterna de dos velocidades

Á




Grupos tractores con motores con variador de frecuencia.

En un motor de una única velocidad, sería de gran uti lidad disponer de accionamientos capacesde trabajaren un amplio rango de velocidades.

Analizando el motor de inducc ión desde esta perspect iva, exis ten var ias alternat ivas paramodificar su velocidad.Una de ellas es la inserción de resistencias rotór icas o la cascada hiposíncrona, que, como essabido, requiere unmotor de rotor bobinado cuyo coste es elevado y su mantenimiento costoso. Otra alternativa esla variación de lafrecuencia de alimentación. Esta aplicación ha requerido en el pasado la utilización deconvertidores de frecuencia

rotativos. Sin embargo, la evoluc ión de los semiconductores en los últimos años hapermitido desarrollarconvert idores de frecuencia estáticos cada día más competitivos.

Motores de corriente continua con convertidor de alterna-continua

Actualmente, aunque los motores eléctricos para ascensores tienden a ser del tipo corriente alterna,por susmenores costes de mantenimiento, están también presentes en el mercado los de continua. En estecaso lacorriente continua rectificada se regula mediante un dispositivo electrónico.

Á




Potencia necesaria de los motores

La potencia necesaria para el funcionamiento de los ascensores depende de los siguientes factores:

· Carga no equilibrada por el contrapeso.· Velocidad de régimen.· Resistencias pasivas que se oponen a su movimiento, como el rozamiento sobre las guías de la cabina ycontrapeso,resistencia opuesta por la rigidez de los cables, rozamiento en los ejes de las poleas, resistencias en el movimientodel grupo tractor, etc.

Todo esto se refiere al funcionamiento a velocidad de régimen, pero además hay que tener en cuenta la potencia

necesariapara el arranque y la aceleración hasta la velocidad de régimen.

Cálculo de la potencia del motor

La potencia teórica del motor está dada por la siguiente expresión:

P = Q v / 75 η

siendo v la velocidad en m/s.Q la carga no equilibrada.η el rendimiento global que varía de 0.45 a 0.6.P potencia en C.V.

Á




Á f




Cortesía de Alberto Peiró 2011

Á d I i í I f t t d l T t




Velocidad máxima posible entre dos paradas consecutivas

Velocidad en función del tiempo de un ascensor

Y utilizando la conocida fórmula cinemática, que relaciona la velocidad con la aceleración y el recorr ido que debe

hacerse para alcanzar aquella:

v = 2aL

m/s

8

0.6

seg

A B Vmax





Velocidad máxima posible entre dos paradas consecutivas

Velocidad máxima en función del tiempo de un ascensor entre dos paradas consecutivas.

Velocidad máxima que se puede alcanzar entre dos paradas sucesivas, sustituyendo L por H/2





Aceleraciones y velocidades uti lizadas en los ascensores

Las aceleraciones util izadas en los ascensores oscilan ente 0.5 m/s2, para los ascensores lentos, y 1.5 m/s2 utilizadospara los ascensores rápidos. No se aconsejan aceleraciones mayores porque resultan molestas para los usuarios.

De acuerdo con estos valores, se puede calcular la velocidad máxima teórica posible para ascensores con paradasprobables en todos los pisos de su recorrido. Si suponemos que la aceleración del ascensor es 0.5 m/s2, y la alturaentre dos plantas consecutivas, 3 m, la velocidad máxima posible será según:

v = = 1,23 m/s

Naturalmente, si se aumenta la aceleración a 1.5 por ejemplo, aumentaría la velocidad máxima posible para elmismo recorr ido de 3 m:

v = = 2.12 m/s

Sin embargo, las aceleraciones fuertes exigen grandes pares de arranque y mayor potencia de motor, por lo que en

general las aceleraciones de 1.5 o similares sólo se emplean para los ascensores muy rápidos, con dispositi vos devariación de velocidad en el arranque.





Influencia de la velocidad de los ascensores en la nivelación

El frenado final en los ascensores, se efectúa aprisionando entre dos zapatas el tambor montado en el ejemotriz u otro unido a él por engranajes. Según sea el apriete de las zapatas sobre el tambor, será en generalla eficacia del freno. Si el apriete es grande, el frenado será brusco y el espacio recorrido será corto; yrecíprocamente, si el freno actúa suavemente, el recorrido será largo, antes de detenerse totalmente la cabina.

El problema se complica con las variaciones de carga de la cabina que se traducen en variaciones en lanivelación de su parada. Así, un ascensor, con el freno perfectamente regulado para detener la cabina anivel en vacío, queda bajo al detenerse subiendo, si está muy cargada. Y al contrario si se regula el freno

con la cabina muy cargada, queda alta, al detenerse subiendo, y para muy bruscamente, cuando la cabinaestá vacía o con poca carga.

Se observará que hasta los 0.70 m/s, el error de nivel es aceptable para los aparatos elevadores corrientes,pues es inferior a los 5 cm. Sin embargo estos errores no son admisib les para los montacamillas, para los quese exige una nivelación de ± 2 cm, para obtener la cual tendr ía que ir la cabina a una velocidad de 0.25 m/s.

Para velocidades mayores, los errores son totalmente inadmisibles, pues alcanzan ya los 10 cm. para velocidadesde 1 m/s, por eso a partir de esta velocidad, y aun mejor desde 0.8 m/s, se utilizan disposi tivos de reducción de

velocidad hasta los 0.25 m/s cerca de la parada, o menos, en que los errores de nivelación son aceptables.Por ello se recurre a motores de dos velocidades o con variador de frecuencia.





EL FRENO MECANICONORMA EN81-1: El sistema de frenada del ascensor debe ponerse en funcionamiento automáticamente

en caso de una pérdida de energía eléctrica en los circuitos de control . Este sistema se lleva a cabomediante un freno de fricción electromecánico. De acuerdo con la norma EN 81-1, el par de frenada debeser capaz de frenar de forma segura el ascensor con una carga equivalente al 125% de la carga nominaly de bloquearlo después de la parada.

Localización: En el mismo eje del sinfín del reductor va generalmente montado el tambor del freno

Funcionamiento: Sobre el tambor del freno actúan dos zapatas empujadas fuertemente por sendos

resortes, cuya tensión es regulable, para disminuir o aumentar la tensión de los muelles. Las zapatasson separadas del tambor, cuando se pone en tensión el electroimán que las acciona. Por tanto enposición de reposo, o sea cuando no hay tensión, el grupo tractor está frenado. De esta maneracualquier fallo en el suminist ro de energía eléctrica, produce la parada inmediata del ascensor.

Seguridad: La Norma EN 81 recomienda que el corte de la corr iente eléctr ica que produce la aperturadel freno, debe ser efectuada al menos por dos disposi tivos eléctr icos independientes comunes o no,

con los que realizan el cor te de corriente que alimenta el motor del grupo tractor. Cuando el motor delascensor, sea susceptible de funcionar como generador, como ocurre en algunas instalacionesequipadas con motores de corr iente continua, el electroimán y el motor del freno no deberán seralimentados por el motor.



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CÁLCULOPar estático

Donde:

Qu: Carga útil (kg)Qb: Masa de cabina (kg)Qc: Masa de contrapeso (kg)g: Gravedad (9,8 m/s2)

DT: Diámetro de la polea de tracciónig: Relación de transmisión

velocidad bajaejem pr

velocidad altaejem pr

n

nig

...

...

2

1==

Mest =1.25 + −

2 ig



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Par dinámico

MDIN = I x ε Donde:

I: Momento de inercia de todas las partes móviles, referido al eje de alta velocidad (kg.m2)ε

: Deceleración angular en el eje de alta velocidad (rad/s2)

El momento de inercia total puede ser calculado, por medio de la adición de tres sumandos I = I1 + I2 + I3

Momento de inercia de los componentes localizados en el eje de alta velocidad (I1)

Todos ellos se mueven a una velocidad angular n1

I1 = IROTOR + ITAMBOR DEL FRENO + ITORNILLO SINFÍN



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Momento de inercia de los componentes localizados en el eje de baja velocidad,referido al eje de alta velocidad (I2)

Todos ellos se mueven a una velocidad angular n2

Se puede obtener el valor de I2 por medio de aplicar la ecuación de la energía cinéticaparacomponentes con movimiento rotativo, referida al eje de alta y baja velocidad:

1/2 (I POLEA + I CORONA REDUCTOR) ω22

= 1/2 I2 ω12

De modo que:

I2 = (I POLEA + I CORONA REDUCTOR) / ig2



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Momento de inercia de los componentes con movimiento lineal, referido al eje de alta velocidad (I3)

Todos ellos se mueven a una velocidad lineal igual a la velocidad de la cabina.

Se puede obtener el valor de I3 por medio de aplicar la ecuación de la energía cinética para estoscomponentes con movimiento lineal, y para una inercia equivalente referida al eje de alta velocidad:

½ (Q C + 1,25 Q U + Q B) v2 = 1/2 (Q C + 1,25 Q U + Q B) (ω2 DT / 2 )2 = ½ I3 ω12

De modo que:

I3 = (Q C + 1,25 Q U + Q B) DT 2 / 4 ig2

Deceleración angular del eje de alta velocidad (ε1)

ε1 = ω1 / t frenada

Donde: ω1 = n1 2 π / 60

t frenada = v / a (deceleración, entre 0,5 y 1,5 m/s2)

PAR TOTAL DE FRENADO = M ESTÁTICO + M DINÁMICO



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La curva 1 representa la relación velocidad tiempo, correspondiente a laactuación del freno eléctrico, mientras que la curva 2 es la relacióncorrespondiente a la actuación del freno mecánico, para una misma

duración de la frenada.

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