Movimiento lineal: Cálculo de potencia lineal

Hola Mecatrónicos,

Abril 2021

Mucha teoría y poca práctica… ¿te suena esto? En las carreras de formación profesional e ingenierías suele pasar no pocas veces: te dan muchas fórmulas complejas, teoremas y leyes de científicos famosos. Pero en la vida real nos preguntamos a menudo si se pueden adquirir conocimientos específicos, relacionados tan sólo con un campo acotado y enfocado a la actividad diaria de un técnico de diseño mecánico o mecatrónico. Pues hoy estás de suerte, vamos a compartir un secreto, una simple fórmula que te ayudará a estimar la potencia necesaria en aplicaciones de movimiento lineal. Es tan simple que no vas a necesitar ninguna calculadora. Lo puedes hacer sólo con cálculo mental. Pero antes de empezar tengo un poco de teoría para que entiendas todo con mayor facilidad.

La potencia es la cantidad de energía que necesitas para acelerar, desplazar o detener una masa en movimiento o en reposo. La potencia siempre es la función de dos variables: la velocidad y la fuerza.

P = ʃ (V x F)

Cuanto mayor sean la velocidad y la fuerza, más alta será la potencia. Si con la misma potencia disponible reducimos la velocidad, podemos obtener mayor fuerza y viceversa. En un ejemplo práctico de un elevador, si con el motor que tenemos no es posible de elevar una masa concreta tenemos dos soluciones: o aumentar la potencia de motor o reducir la velocidad (utilizando por ejemplo un reductor con relación de reducción más grande).

La potencia disponible no cambia tras una relación de reducción (solo lo hace el par), ni tampoco depende de la solución mecánica. Es constante y depende exclusivamente del motor.

P neta = P motor – P pérdidas

Si volvemos al ejemplo anterior del elevador con los problemas de potencia, otra posibilidad sería mejorar el rendimiento de los componentes, por ejemplo, sustituyendo un reductor sin fin corona (µ = 40%) por un reductor de engranajes rectos (µ = 80%). En este caso la capacidad de carga se aumentaría en un 100%.

Una vez aclarados todos estos conceptos os quiero dar la primera fórmula de cálculo de potencia.

Volvemos al ejemplo del elevador, donde necesitamos elevar 500 Kg con una velocidad de 50 mm/s. Como transmisión elegimos un husillo de rosca trapezoidal con µ de 0,3. La potencia lineal necesaria sería:

P = 500 x 50 / 100000 x 0,3 = 0,83 kW

Si la velocidad requerida es de 500 mm/s la potencia requerida sería de

P = 500 x 500 / 100000 x 0,3 = 8,3 kW

10 veces más, ya que la velocidad la hemos multiplicado por 10.

Un par de consejos. Si la aplicación tiene varios elementos de transmisión hay que multiplicar los valores de rendimiento entre sí y poner el resultado en la fórmula. Ejemplo: usaremos un husillo de rosca trapezoidal con µ = 0,3 y un reductor sin fin corona con µ de 0,4. El rendimiento resultante seria de µ = 0,3 x 0,4 = 0,12. El valor de 0,12 es el que habría que utilizar en la fórmula.

A mí personalmente me impresiona y al mismo tiempo me asusta este dato: un rendimiento de 0,12 significa que el 88% de la potencia (energía) se pierde y se convierte en calor residual. Son las pérdidas irrecuperables de potencia, en electricidad o cualquier otra forma de energía. Si estás diseñando un sistema nuevo, por favor presta la máxima atención al rendimiento de cada componente. Usa componentes con el mejor rendimiento posible. El valor ideal estaría por encima de 0,6 – 0,65 – es decir, sólo una tercera parte serían pérdidas.

La potencia es un término fundamental en el ámbito de los aparatos eléctricos, que se refiere a la cantidad de energía que se consume o se produce por unidad de tiempo. La potencia eléctrica se mide comúnmente en kilovatios (kW) y se puede calcular mediante la fórmula de la potencia, que es el producto de la corriente eléctrica y el voltaje en un circuito.

En sistemas de corriente continua, la potencia se calcula multiplicando el voltaje (V) por la corriente (I), dando como resultado la potencia en vatios (W). Esta fórmula de la potencia es esencial para entender el funcionamiento de diversos aparatos eléctricos y optimizar su uso.

En términos de energía, existen dos formas principales a considerar: la energía cinética y la energía eléctrica. La energía cinética está relacionada con el movimiento de los objetos y depende de la cantidad de movimiento y la masa del objeto. Por otro lado, la energía eléctrica se refiere a la energía generada por el flujo de corriente eléctrica a través de un conductor.

Las leyes de Newton juegan un papel crucial en el entendimiento de la energía cinética, ya que describen cómo las fuerzas exteriores, o fuerzas externas, afectan el movimiento de un objeto. Estas fuerzas pueden causar una variación en la cantidad de movimiento del objeto, lo cual es fundamental en la física.

En el contexto de la energía eléctrica, es importante entender cómo se mide y se factura el consumo de electricidad. Durante un periodo de facturación, las compañías eléctricas calculan la potencia eléctrica utilizada para determinar el costo. Estos cálculos a menudo incluyen términos fijos y variables, y la energía consumida se expresa en kilovatios-hora (kWh).

En resumen, la potencia eléctrica y la energía son conceptos interrelacionados que permiten el funcionamiento eficiente de los aparatos eléctricos. Al comprender las fuerzas que afectan el movimiento y cómo se calcula la potencia, podemos optimizar el uso de energía y mejorar la eficiencia de los dispositivos eléctricos en nuestro día a día.

Si trabajamos con componentes más eficientes podemos reducir el consumo de la maquinaria, las dimensiones del armario eléctrico y las secciones de cableado. Entre todos podemos colaborar para que el mundo sea más eficiente y más limpio.

Practica esa fórmula hoy mismo y revisa los rendimientos de los componentes que estás aplicando. Estoy seguro de que hay mucho que optimizar! Si quieres ver ejemplos de aplicaciones que funcionan mediante este planteamiento, puedes acceder a nuestra publicación referente a los diferentes tipos de motor lineal.

En caso de dudas puedes ponerte en contacto con nosotros telefónicamente, a través de la Web SINADRIVES o añadiendo un comentario debajo y preguntarnos todo lo relacionado con esta fórmula.

Estaremos encantados de ayudarte.

Nos vemos en el siguiente capítulo!