CONVERTIDOR DE PAR - Definición - Significado

15/10/2010

Máquina hidráulica que transmite la potencia entre 2 árboles coaxiles, modificando su par y su régimen de rotación. Un convertidor aumenta especialmente el par motor en el árbol conducido. Actúa simultáneamente como embrague y como cambio continuo de velocidades. Deriva del acoplamiento hidráulico construido, en 1908, por Fóttinger para el accionamiento de una hélice naval.

Un convertidor de par está constituido por 2 tazas dotadas de aletas interiores, enfrentadas entre sí y conectadas respectivamente al árbol motor o cigüeñal, la llamada bomba o rotor, y al cambio, la denominada turbina. Entre ambas está situada una rueda de paletas, llamada estator, conectada al cárter a través de una rueda libre. Dicha rueda libre está montada de manera que el estator pueda girar solamente en el mismo sentido que el árbol motor. La bomba, la turbina y el estator forman un anillo tórico lleno de aceite, encerrado en un recipiente de chapa estanco.

La observación del movimiento del fluido pone de manifiesto que resulta de la composición de 2 movimientos fundamentales: la bomba arrastra el fluido en torno al eje del convertidor, y la fuerza centrífuga correspondiente produce la rotación de dicho fluido alrededor del anillo tórico. De aquí se deduce que las partículas fluidas no se mueven en un plano, sino que recorren trayectorias helicoidales en torno al anillo tórico.

Durante el arranque, el motor hace girar la bomba y ésta convierte la energía mecánica del movimiento en energía hidráulica de las partículas de aceite. Si el régimen de rotación del motor es reducido, la energía de la bomba es insuficiente para arrastrar la turbina y se disipa en forma de calor, debido a los choques del fluido sobre las paletas y las deflexiones sufridas por las capas fluidas; el aceite pasa de la bomba a la turbina, que permanece en reposo al estar conectada con las ruedas a través del estator, y vuelve a la bomba.

Al acelerar el motor, aumenta el régimen de rotación de la bomba y la velocidad de las partículas fluidas y, por tanto, también su energía cinética, que ahora ya es suficiente para hacer girar la turbina. El aceite que vuelve de la turbina actúa sobre el estator en sentido contrario al de rotación del motor, pero la rueda libre reacciona impidiendo el movimiento. Por otra parte, el empuje sobre el estator es muy débil en comparación con el recibido por la turbina, puesto que el aceite ha cedido ya gran parte de su energía. El rendimiento de un convertidor (relación entre las potencias de salida y de entrada) es muy reducido durante esta fase, porque los deslizamientos son elevados, es decir, las velocidades de rotación de la bomba y de la turbina son muy diferentes, y gran parte de la energía se disipa en forma de calor.

A medida que aumenta la velocidad de la turbina, las espiras descritas por el aceite se alargan y se dilatan. Los filetes de aceite, al girar en el interior del convertidor, actúan como un tornillo sin fin, estableciendo una relación de transmisión muy elevada entre los árboles motor y conducido. De ello se deduce la elevación del par transmitido, que puede alcanzar valores dobles a los del par motor: esto ocurre durante el arranque. Al reducirse el número de espiras recorridas por el aceite, se reduce la relación de transmisión, y el par transmitido se aproxima lentamente al par motor.

Antes de exminar el comportamiento de un convertidor montado con estator de rueda libre, es interesante y útil analizar el funcionamiento de un convertidor fijado rígidamente al cárter.

Puesto que las paletas se diseñan de modo que las pérdidas de energía por choques se anulen a un determinado régimen de rotación de la turbina, el rendimiento del convertidor tiene una variación parabólica: es nulo durante el arranque del motor (turbina en reposo, deslizamientos muy elevados); aumenta rápidamente hasta alcanzar un máximo, generalmente a 0,85-0,90 (anulación de las pérdidas de energía); vuelve a disminuir rápidamente hasta anularse (potencia transmitida nula, dispersión total de la energía) cuando el estator no consigue ya desviar los filetes, sino que es alcanzado en su reverso por la corriente de aceite.

El convertidor funciona primeramente como multiplicador de par (par transmitido superior al par motor), después como acoplamiento hidráulico (par transmitido igual al par motor), y finalmente como desmultiplicador de par (par transmitido inferior al par motor).

Para conseguir la mejor utilización de la potencia suministrada por el motor, es necesario mantener el rendimiento entre límites aceptables, generalmente por encima de 0,7.

Un rendimiento reducido es aceptable en el arranque, pero no en las fases siguientes. Para obviar la disminución del rendimiento en regímenes elevados, se monta el estator sobre una rueda libre que, como se ha dicho, le permita girar al ritmo de la turbina cuando el empuje sobre él esté dirigido en el sentido del movimiento; esto equivale a la eliminación del estator, que de otra manera sería causa de graves pérdidas de energía. Cuando el par transmitido iguala al par motor, se produce la situación citada, en virtud de la cual el convertidor se comporta como un acoplamiento hidráulico. Con ello se evita la reducción del par en las subidas. Este punto del funcionamiento se llama punto de embrague (clutch point).

En la práctica, puesto que es imposible variar la inclinación de las paletas a medida que aumenta la velocidad de la turbina, el movimiento del aceite siempre está sometido a pequeños choques y desviaciones, con la consiguiente pérdida de energía. Incluso cuando la bomba y la turbina giran conjuntamente se producen tales pérdidas, por lo cual las velocidades de ambos árboles no son nunca perfectamente idénticas; siempre existe entre ellas cierto desfasamiento. Este movimiento relativo mantiene la lenta rotación del aceite en el interior del convertidor, función indispensable para la transmisión del par.

Un convertidor de par actúa como un embrague o como un cambio de infinitas velocidades, pero en un campo restringido. El par transmitido varía entre 2 y 1 veces el par motor. Por esta característica, los convertidores de par son muy utilizados en la fabricación de transmisiones automáticas, en las cuales, para ampliar su campo de utilización, se acoplan con un cambio mecánico discontinuo, generalmente de 3 velocidades y frecuentemente de engranajes epicicloídales. En cambio, el acoplamiento hidráulico se utiliza como un sencillo embrague, cuya relación de par transmitido varía entre O y 1. Los inconvenientes, tanto del convertidor de par como del acoplamiento hidráulico, respecto a los embragues corrientes, residen en que cuando no interviene la rotación no son capaces de transmitir el par; especialmente con el motor en reposo, no existe conexión entre las ruedas y el motor.

A veces, la turbina del convertidor se divide en varias etapas intermedias alternadas de elementos de bomba y de estator, para poder elevar la relación máxima de conversión. En algunos convertidores se puede evitar el deslizamiento entre bomba y turbina, mediante una conexión rígida, cuando los deslizamientos hayan alcanzado su límite inferior.

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