Peso Adecuado

El peso de la máquina tiene gran importancia en los equipos de transporte (autos, camiones, aviones, etc.), pues cada kilogramo sobrante disminuye la capacidad de transporte útil. Pero en el resto de las máquinas, este requisito está vinculado con la reducción del material y con la facilidad de transportación. También un peso elevado no permite al equipo rápidas variaciones de sus regímenes de velocidades, pues debido a su elevada masa inercial le es difícil responder rápidamente a los cambios de velocidades. Por tal motivo, es conveniente que el peso de los elementos sea el menor posible sin disminuir la resistencia y fiabilidad del equipo. Muchas veces con el empleo de secciones racionales se disminuye el peso de los elementos sin disminuir apreciablemente la resistencia de ellos. Para árboles huecos, la Fig. 16 muestra el comportamiento de la disminución relativa del peso y la resistencia a la torsión en dependencia de la relación entre los diámetros exterior e interior.

Figura 16 - Influencia en el peso y la resistencia a la torsión de un árbol hueco con modificación en las proporciones de su forma.

Algunos de los índices comparativos empleados por fabricantes y diseñadores, para demostrar cuan efectivo es un equipo para realizar las funciones para la que fue diseñado con un mínimo de peso, es la relación entre la potencia y/o la carga útil con respecto a la masa del agregado mecánico.

Tabla 4 - Ejemplo de algunos índices comparativos del peso.

Buena durabilidad

La durabilidad de una máquina depende mucho de las condiciones de explotación, pero no obstante para un régimen nominal de explotación, lo que decide su durabilidad es la construcción correcta de la máquina. Normalmente, durante el diseño se prevé como parámetro que caracteriza la durabilidad el tiempo de explotación del equipo (horas de vida útil) o en algunos otros casos, como en equipos de transporte, el parámetro establecido son los kilómetros recorridos.

En la actualidad, es generalmente aceptable establecer durabilidad aceptable para los nuevos diseños un plazo de funcionamiento entre 10 y 15 años. Un período de vida útil superior supera los límites de envejecimiento moral (el equipo pierde el nivel de tecnología moderna y caduca). La Fig.17 muestra algunos diseños de autos, que han marcado pautas en décadas del pasado siglo, evidenciando un clásico ejemplo de límites por envejecimiento moral y como la duración esperada originalmente en los diseños disminuye según pasan los años.

Figura 17 - Variación de los diseños de automóviles según los años.

El gran número y la heterogeneidad de los factores que influyen en la duración (nivel técnico de explotación, variabilidad de los regímenes de explotación, calidad de la fabricación, etc) y la indeterminación de muchos factores (dispersión de las características de la resistencia de los materiales, influencia de las condiciones regionales y climáticas, etc) obligan para evaluar los criterios de durabilidad la aplicación de la teoría de las probabilidades y la estadística. Esta situación hace que un análisis de la "buena durabilidad" tiene que incluir una interrelación entre la duración de servicio probable y la probabilidad de roturas que permita definir una magnitud límite por el costo de las reparaciones y los gastos específicos de explotación.

En diseño de trasmisiones mecánicas es usualmente aceptable una duración estimada para un 90% de fiabilidad. Las siguientes figuras muestras ejemplos de duración estimada para un 90% de fiabilidad. De un estudio real de transmisiones por correas trapeciales, resumido en la Fig.18, fue establecido el cambio de las correas para duraciones de correas que garantizaban el 90% de fiabilidad. Por otro lado, la Fig. 19 muestra el ejemplo clásico de la capacidad de carga nominal para una duración de 1 millón de vueltas del rodamiento antes garantizando como promedio una probabilidad del 90% de no ocurrencia del fallo por picadura en las pistas de rodadura.

Figura 18 - Relación fiabilidad vs duración.

Figura 19 - Duración estimada para establecer la capacidad de carga dinámica C de los rodamientos para una probabilidad del fallo por picadura del 10% (fiabilidad del 90%).