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Ingenieros españoles diseñan una caja de cambios que levita
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pertenecientes a la Universidad Carlos III de Madrid

Ingenieros españoles diseñan una caja de cambios que levita

Los engranajes son cosa del pasado, o lo podrían ser si la industria y el sector del transporte apuestan por un diseño desarrollado por ingenieros españoles

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Los engranajes son cosa del pasado o, al menos, lo podrían ser si la industria y el sector del transporte apuestan por un diseño desarrollado por ingenieros españoles en el que los engranajes levitan y transmiten la fuerza, no por fricción, sino por medio de magnetismo. El diseño, protagonista de un proyecto europeo, se pensó para trabajar en las condiciones de frío extremo del espacio, pero también funciona aquí abajo.

En todo motor hay un sistema de engranajes que se encarga de transmitir la fuerza generada de un punto a otro. La forma más sencilla de visualizarlo es pensar en los platos, cadena y piñones de una bicicleta. En estos mecanismos, la fricción es tal que si no fuera por el aceite o grasa, los dientes acabarían por desgastarse. Pero, ¿y si hubiera un sistema donde los piñones tiran de la cadena sin ni siquiera estar en contacto?

Eso es lo que ha creado un equipo de investigadores europeos liderados por ingenieros de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M). Su prototipo de reductora magnética, plenamente funcional, transforma la velocidad de un eje de entrada a otra en el eje de salida, como cualquier otra. Lo que lo hace diferente es que los engranajes nunca entran en contacto y, al no haber fricción no hay desgaste. Y, por supuesto, no hace falta ningún lubricante.

"En vez de dientes usamos imanes"

“Su función es la misma que la hace una caja de cambios de un coche: reducir para aumentar en el par de salida”, explica el profesor del departamento de Ingeniería Mecánica de la UC3M, Efrén Díez Jiménez. “Pero, en vez de dientes, usamos imanes permanentes”, añade. Así que en vez de transmitir la fuerza por fricción, el sistema lo hacer por repulsión magnética.

Además, salvo el sistema de anclaje, todo el mecanismo levita por esa misma fuerza magnética. “Las cajas de cambios tienen rodamientos que sujetan a los dientes de los engranajes. Aquí, también son levitantes”, explica el ingeniero.

“Es la primera vez en la historia que tanto el eje de entrada como el de salida de una reductora están flotando sin ningún tipo de contacto, sobre todo cuando mantiene girando, a 3.000 revoluciones por minuto, un mecanismo en el que no hay nada más”, comenta su colega del Instituto Pedro Juan de Lastanosa de la UC3M e investigador principal del proyecto, José Luis Pérez Díaz.

Financiación de la Unión Europea

El prototipo es el resultado del proyecto de investigación MAGDRIVE, financiado por Séptimo Programa Marco de la Comisión Europea. Su objetivo inicial era resolver un serio problema que tienen las distintas misiones espaciales. Los brazos robóticos que despliegan un satélite, por ejemplo, necesitan de engranajes que hay que lubricar si no se quiere que el mecanismo empieza a dar problemas.

Pero en el espacio, las temperaturas son tan bajas que, aún a pesar del calor de la fricción, los aceites líquidos se congelan. Incluso los más avanzados lubricantes sólidos tienden a cristalizarse. “Por eso propusimos esta solución”, explica Díez Jiménez. La primera versión del prototipo puede trabajar a temperaturas de 210 grados bajo cero, en vacío y sin aceite. El juego con las polaridades opuestas evita el contacto entre las partes y resuelve el problema de la lubricación al hacerla innecesaria, también en el espacio. Tanto la NASA como la ESA ya han visto el prototipo.

No se trata de unos imanes cualquiera, el sistema lleva superconductores integrados en la estructura para mantener los ejes flotando con intensas fuerzas de repulsión pero que, a la vez ofrezcan la estabilidad necesaria para que un mecanismo como este funcione de forma fiable en condiciones de bajas temperaturas y sin gravedad.

Sin embargo, MAGDRIVE también vale para la Tierra. Los ingenieros diseñaron un segundo prototipo que puede operar a temperatura ambiente y con rodamientos convencionales. En principio, cualquier campo donde se utilicen reductoras mecánicas como en la automoción, el sector del ferrocarril, la industria petrolera o en mecánica y fabricación en general, este sistema podría reemplazar a las mecánicas tradicionales. Además, debido a la ausencia de lubricación y aceites, también podría ser interesante para otros sectores donde los requerimientos de limpieza son muy altos, como en el farmacéutico o el de la alimentación.

MAGDRIVE ya está dando frutos. El primero, la creación de la empresa MAG SOAR para explotar sus posibilidades. El segundo, varias empresas del sector aeronáutico, de ferrocarril y maquinaria de fabricación industrial ya se han interesado en este engranaje magnético levitante.

Los engranajes son cosa del pasado o, al menos, lo podrían ser si la industria y el sector del transporte apuestan por un diseño desarrollado por ingenieros españoles en el que los engranajes levitan y transmiten la fuerza, no por fricción, sino por medio de magnetismo. El diseño, protagonista de un proyecto europeo, se pensó para trabajar en las condiciones de frío extremo del espacio, pero también funciona aquí abajo.

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