Un eje lineal es un eje giratorio impulsado por potencia para la transmisión de potencia que se utilizó 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, se usaban ejes lineales para distribuir energía desde una gran fuente de energía central a la maquinaria en todo un taller o un complejo industrial. La fuente de energía central podría ser una rueda hidráulica , una turbina, un molino de viento, energía animal o una máquina de vapor . La energía se distribuía desde el eje a la maquinaria mediante un sistema de correas , poleas y engranajes conocido como millwork . [1]
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Un conducto de línea típico estaría suspendido del techo de un área y correría a lo largo de esa área. Una polea en el eje recibiría la energía de un eje principal en otra parte del edificio. Las otras poleas suministrarían energía a las poleas de cada máquina individual o a los ejes lineales posteriores. En la industria manufacturera, donde había una gran cantidad de máquinas realizando las mismas tareas, el diseño del sistema era bastante regular y repetido. 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 pozos generalmente eran horizontales y elevados, pero ocasionalmente eran verticales y podían estar subterráneos. Los ejes solían ser de acero rígido y estaban formados por varias piezas atornilladas entre sí en bridas. Los ejes estaban suspendidos mediante suspensiones con cojinetes a ciertos intervalos de longitud. La distancia dependía del peso del eje y del número de poleas. Los ejes debían mantenerse alineados o la tensión sobrecalentaría los cojinetes y podría romper el eje. Los cojinetes solían ser de fricción y debían mantenerse lubricados. Se requirieron empleados del lubricador 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. Los cinturones eran generalmente de cuero curtido o de pato de algodón impregnados de caucho. Los cinturones de cuero se sujetaban en bucles con cordones de cuero crudo o alambre, uniones superpuestas y pegamento, o uno de varios tipos de sujetadores de acero. Los cinturones de pato de algodón generalmente usaban sujetadores metálicos o se fundían con calor. Las correas de cuero se pasaron con el lado del cabello contra las poleas para una mejor tracción. Las correas necesitaban limpieza y acondicionamiento periódicos para mantenerlas en buenas condiciones. Las correas a menudo se giraban 180 grados por pata y se invertían en la polea receptora para hacer que el segundo eje girara en la dirección opuesta.
Las poleas se construían de madera, hierro, acero o una combinación de ellos. Se utilizaron poleas de distintos tamaños para cambiar la velocidad de rotación. Por ejemplo, una polea de 40" a 100 rpm haría girar una polea de 20" a 200 rpm. Las poleas sólidamente unidas ("rápidas") al eje podrían combinarse con poleas adyacentes que giraran libremente ("sueltas") sobre el eje (ruedas guía). En esta configuración, la correa se puede maniobrar sobre la rueda guía para detener la transmisión de potencia o sobre la polea sólida para transmitir la potencia. Esta disposición se usaba a menudo cerca de máquinas para proporcionar un medio de apagar la máquina cuando no estaba en uso. Por lo general, en la última correa que alimenta energía a una máquina, se podrían usar un par de poleas escalonadas para brindar una variedad de configuraciones de velocidad para la máquina.
Ocasionalmente se usaban engranajes entre 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 lineales se remontan al siglo XVIII, pero su uso se generalizó a finales del siglo XIX con la industrialización. Los ejes lineales se utilizaron ampliamente en la fabricación, talleres de carpintería, talleres mecánicos, aserraderos y molinos .
En 1828, en Lowell, Massachusetts, Paul Moody sustituyó los engranajes metálicos por correas de cuero para transferir energía desde el eje principal que funcionaba con una rueda hidráulica. Esta innovación se extendió rápidamente en los EE. UU. [2]
Los sistemas de transmisión por correa plana se hicieron populares en el Reino Unido a partir de la década de 1870, y las empresas de J & E Wood y W & J Galloway & Sons se destacaron en su introducción. Ambas empresas fabricaban máquinas de vapor estacionarias y la continua demanda de más potencia y confiabilidad podía satisfacerse no sólo con una mejor tecnología de motores sino también con mejores métodos de transferencia de energía desde las máquinas a los telares y maquinaria similar a la que debían dar servicio. El uso de correas planas ya era común en Estados Unidos, pero poco común en Gran Bretaña hasta ese momento. Las ventajas incluyeron menos ruido y menos desperdicio de energía en las pérdidas por fricción inherentes a los ejes de transmisión previamente comunes y sus engranajes asociados. Además, el mantenimiento era más simple y económico, y era un método más conveniente para la disposición de los motores de manera que si una pieza fallaba, no causaría pérdida de energía en todas las secciones de una fábrica o molino. Estos sistemas, a su vez, fueron reemplazados en popularidad por los métodos de accionamiento por cable. [3]
Hacia finales del siglo XIX, algunas fábricas tenían una milla o más de conductos en un solo edificio.
Para suministrar energía a los pequeños comercios y a la industria ligera, se construyeron "edificios de energía" especialmente construidos. Los edificios de energía utilizaban una máquina de vapor central y distribuían la energía a través de ejes de línea a todas las habitaciones alquiladas. Los edificios de energía continuaron construyéndose en los primeros días de la electrificación, todavía usando ejes lineales pero impulsados por un motor eléctrico. [1]
A medida que algunas fábricas crecieron demasiado grandes y complejas para funcionar con una sola máquina de vapor, se empezó a utilizar un sistema de energía "subdividida". Esto también era importante cuando era necesario un amplio rango de control de velocidad para una operación sensible como trefilar o martillar hierro. Bajo energía subdividida, el vapor se canalizaba desde una caldera central hasta máquinas de vapor más pequeñas ubicadas donde era necesario. Sin embargo, las pequeñas máquinas de vapor eran mucho menos eficientes que las grandes. El sitio de 63 acres de Baldwin Locomotive Works cambió a energía subdividida y luego, debido a la ineficiencia, se convirtió a transmisión grupal con varias máquinas de vapor grandes impulsando los ejes lineales. Finalmente, Baldwin pasó a la propulsión 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 lineales comenzaron a convertirse a motores eléctricos. Al principio de la electrificación de las fábricas sólo se disponía de motores grandes, por lo que las nuevas fábricas instalaban un motor grande para impulsar los ejes de línea y las carpinterías. Después de 1900, estuvieron disponibles motores industriales más pequeños y la mayoría de las instalaciones nuevas utilizaban accionamientos eléctricos individuales. [4]
Los ejes lineales accionados por turbinas de vapor se usaban comúnmente para impulsar máquinas de papel por razones de control de velocidad hasta que en la década de 1980 estuvieron disponibles métodos económicos para el control de velocidad de motores eléctricos de precisión; Desde entonces, muchos han sido sustituidos por accionamientos eléctricos seccionales. [5] El control económico de la velocidad variable utilizando motores eléctricos fue posible gracias a los rectificadores controlados por silicio (SCR) para producir unidades de corriente continua y frecuencia variable utilizando inversores para cambiar la CC a 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, incluso menos en su ubicación y configuración originales.
En comparación con el motor eléctrico individual o el accionamiento unitario , los ejes lineales tienen las siguientes desventajas: [1]
Las empresas que pasaron a la energía eléctrica mostraron significativamente menos tiempo de enfermedad de los empleados y, utilizando el mismo equipo, mostraron aumentos significativos en la producción. Escribiendo en 1909, [ ¿dónde? ] James Hobart dijo que "difícilmente podemos entrar en una tienda o fábrica de cualquier tipo sin encontrarnos con una masa de cinturones que al principio parecen monopolizar cada rincón del edificio y dejar poco o ningún espacio para nada más". [6]
Para superar las limitaciones de distancia y fricción de los ejes lineales, a finales del siglo XIX se desarrollaron sistemas de cables metálicos . Los cables metálicos operaban a velocidades más altas que los ejes lineales y eran un medio práctico para transmitir potencia mecánica a una distancia de unas pocas millas o kilómetros. Usaban ruedas de gran diámetro y muy espaciadas y tenían una pérdida por fricción mucho menor que los ejes lineales, y tenían una décima parte del costo inicial.
Para suministrar energía a pequeña escala que no era práctica para las máquinas de vapor individuales, se desarrollaron sistemas hidráulicos de estaciones centrales. La energía hidráulica se utilizó para operar grúas y otras maquinarias en los puertos británicos y en otras partes de Europa. El sistema hidráulico más grande estaba en Londres. La energía hidráulica se utilizó ampliamente en la producción de acero de Bessemer .
También había algunas estaciones centrales que proporcionaban energía neumática a finales del siglo XIX. [1]
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 procedía de una rueda hidráulica de 18 pies (5,5 m) . [7]
