3 de noviembre de 2026 · Indumor
En este capítulo
Potencia es trabajo por unidad de tiempo. Par es fuerza por brazo de palanca. Presión es fuerza por unidad de superficie. Con esas tres definiciones y un puñado de constantes se resuelve casi todo lo que el taller calcula fuera de la máquina herramienta: el motor de una cinta, el empuje de un cilindro, el reductor y el tiro de cada ramal de una eslinga.
Un kilo colgado de una soga tira con 9,81 N, porque la fuerza es la masa por la gravedad. Esa fuerza en la punta de una palanca de 0,5 m hace un par de 4,9 N·m. Si la palanca gira, el par por la velocidad angular es potencia; como en el taller la velocidad se cuenta en vueltas por minuto, aparece la constante 9550: kW = N·m × rpm / 9550. Los manuales americanos escriben lo mismo con HP, lbf·ft y 5252.
F: fuerza (N); m: masa (kg); g = 9,81 m/s²; M: par (N·m); r: brazo (m); ω: velocidad angular (rad/s) = 2·π·n/60; P: potencia (kW); n: vueltas (rpm); T: par en lbf·ft. 9550 es 60000/2π redondeado (9549,3).
La tabla muestra la consecuencia: a igual potencia, el par es inversamente proporcional a las vueltas. Un motor de 1 kW a 3000 rpm entrega 3,2 N·m; ese mismo kilowatt a 100 rpm, a la salida de un reductor, son 95 N·m. Para eso existen los reductores: sale un poco menos potencia que la que entra, por el rendimiento, y el par se multiplica por la relación.
| Vueltas rpm | Par por kW N·m | Par por kW kgf·m | Par por HP N·m | Par por HP lbf·ft |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 95,49 | 9,738 | 71,21 | 52,52 |
| 300 | 31,83 | 3,246 | 23,74 | 17,51 |
| 500 | 19,10 | 1,948 | 14,24 | 10,50 |
| 750 | 12,73 | 1,298 | 9,49 | 7,00 |
| 1000 | 9,55 | 0,974 | 7,12 | 5,25 |
| 1450 | 6,59 | 0,672 | 4,91 | 3,62 |
| 1500 | 6,37 | 0,649 | 4,75 | 3,50 |
| 2900 | 3,29 | 0,336 | 2,46 | 1,81 |
| 3000 | 3,18 | 0,325 | 2,37 | 1,75 |
1450 y 2900 rpm son las vueltas reales de los motores de 4 y 2 polos en 50 Hz; 1500 y 3000, las sincrónicas.
Elegí qué calcular y cargá los otros dos datos; el que se calcula se ignora. Sirve en la salida del reductor igual que en el motor.
La relación i de una transmisión es el cociente entre las vueltas de entrada y las de salida, y coincide con el de diámetros o dientes al revés: i = n1/n2 = d2/d1 = z2/z1. En serie, las relaciones se multiplican y los rendimientos también. Un reductor de dos etapas helicoidales (0,97 × 0,97) pierde un 6 %; un sin fin de 40:1 puede dejar un tercio de la potencia en calor. Las fórmulas de engranajes están en el capítulo 15 y las de correas y cadenas en el 16.
n: vueltas; d: diámetro de polea o primitivo; z: dientes; el subíndice 1 es la entrada (motor) y el 2 la salida. Con i > 1 bajan las vueltas y sube el par.
| Etapa | Rendimiento % | Observación |
|---|---|---|
| Engranajes rectos (un par) | 97 a 99 | por etapa, lubricados |
| Engranajes helicoidales (un par) | 96 a 98 | por etapa; el reductor industrial común |
| Engranajes cónicos | 95 a 98 | por etapa |
| Tornillo sin fin y corona | 50 a 90 | cae con la relación: cerca del 85 % en 10:1, del 60 % en 60:1 y del 50 % en 100:1 |
| Correa trapezoidal | 94 a 97 | nueva y bien tensada; baja si patina |
| Correa dentada (sincrónica) | 97 a 98 | – |
| Cadena de rodillos | 96 a 98 | lubricada |
| Par de rodamientos de un eje | 99 | por eje |
| Transmisión completa | producto de las etapas | dos etapas helicoidales y una correa: 0,97 × 0,97 × 0,95 = 0,89 |
Ejemplo resuelto · el reductor de una cinta transportadora
Una cinta lleva un motor de 5,5 kW a 1450 rpm y un reductor de relación 20 con rendimiento 0,94 (dos etapas helicoidales). Par del motor: 9550 × 5,5 / 1450 = 36,2 N·m. A la salida: 72,5 rpm y 36,2 × 20 × 0,94 = 681 N·m. Sobre un tambor de 320 mm de diámetro, ese par tira de la cinta con 681 / 0,16 = 4256 N (434 kgf) a 1,21 m/s, y 4256 × 1,21 = 5,2 kW, que es lo que entró menos el rendimiento. Si la cinta necesita 600 kgf de tiro, el motor no alcanza aunque el reductor sea el correcto.
Un motor asincrónico trifásico gira un poco menos que su velocidad sincrónica, que depende de la frecuencia de la red y del número de polos: 3000 rpm a 2 polos en 50 Hz, 1500 a 4, 1000 a 6 y 750 a 8. El deslizamiento a plena carga va del 1 % en los motores grandes al 5 % o más en los chicos, y por eso la chapa dice 1450 o 1420 y no 1500. Con 60 Hz, como en Estados Unidos y Brasil, todo gira un 20 % más rápido.
| Polos | 50 Hz sincrónica rpm | 50 Hz a plena carga rpm, típica | 60 Hz sincrónica rpm | 60 Hz a plena carga rpm, típica |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 3000 | 2800 a 2980 | 3600 | 3400 a 3580 |
| 4 | 1500 | 1380 a 1490 | 1800 | 1680 a 1790 |
| 6 | 1000 | 900 a 990 | 1200 | 1100 a 1190 |
| 8 | 750 | 680 a 740 | 900 | 830 a 890 |
La carcasa IEC se nombra por la altura del eje en milímetros (en una 132, el eje está a 132 mm de la base) y fija patas, eje y chaveta: un motor de 7,5 kW a 4 polos, sea de quien sea, va en una 132M con eje de 38 mm. La corriente de la tabla sale de la fórmula con rendimientos y factores de potencia típicos; la que manda para el guardamotor y el cable es la de la chapa.
I: corriente de línea (A); P: potencia en el eje (kW); U: tensión entre fases (V); cos φ: factor de potencia; η: rendimiento (0,7 a 0,95 según el tamaño).
| Carcasa IEC | Potencia kW | Potencia HP | Eje Ø mm | η típico % | cos φ típico | Corriente a 380 V A |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 63 | 0,18 | 0,2 | 11 | 65,0 | 0,70 | 0,6 |
| 71 | 0,37 | 0,5 | 14 | 72,0 | 0,72 | 1,1 |
| 80 | 0,75 | 1,0 | 19 | 78,0 | 0,76 | 1,9 |
| 90S | 1,10 | 1,5 | 24 | 80,0 | 0,78 | 2,7 |
| 90L | 1,50 | 2,0 | 24 | 82,0 | 0,80 | 3,5 |
| 100L | 2,20 | 3,0 | 28 | 84,0 | 0,81 | 4,9 |
| 100L | 3,00 | 4,0 | 28 | 85,0 | 0,82 | 6,5 |
| 112M | 4,00 | 5,4 | 28 | 86,0 | 0,82 | 8,6 |
| 132S | 5,50 | 7,4 | 38 | 87,0 | 0,83 | 11,6 |
| 132M | 7,50 | 10,1 | 38 | 88,0 | 0,84 | 15,4 |
| 160M | 11,00 | 14,8 | 42 | 89,0 | 0,85 | 22,1 |
| 160L | 15,00 | 20,1 | 42 | 90,0 | 0,85 | 29,8 |
| 180M | 18,50 | 24,8 | 48 | 90,5 | 0,86 | 36,1 |
| 180L | 22,00 | 29,5 | 48 | 91,0 | 0,86 | 42,7 |
| 200L | 30,00 | 40,2 | 55 | 92,0 | 0,87 | 56,9 |
| 225S | 37,00 | 49,6 | 60 | 92,5 | 0,87 | 69,9 |
| 225M | 45,00 | 60,3 | 60 | 93,0 | 0,87 | 84,5 |
| 250M | 55,00 | 73,8 | 65 | 93,5 | 0,87 | 102,7 |
| 280S | 75,00 | 100,6 | 75 | 94,0 | 0,88 | 137,8 |
| 280M | 90,00 | 120,7 | 75 | 94,5 | 0,88 | 164,4 |
Corriente calculada con I = P / (√3 · U · cos φ · η) y valores típicos de η y cos φ; la real es la de la chapa. En 400 V es un 5 % menor; en 220 V trifásico, 1,73 veces mayor.
Los valores de cos φ y rendimiento están en la chapa del motor. Para el guardamotor y el cable vale la corriente de la chapa, no esta.
La fuerza de un cilindro es la presión por el área del pistón y nada más. Al empujar, la presión actúa sobre el círculo completo; al traccionar, sobre el anillo que queda descontado el vástago, así que un cilindro tira menos de lo que empuja. Con bar y cm², la fuerza sale en kN dividiendo por 100 (y en kgf, el kN por 102). El caudal fija la velocidad, Q = A·v, y la potencia de la bomba es L/min por bar dividido 600, en kW y antes de rendimientos. El aceite habitual es ISO VG 46 o 68 (ISO 3448).
p: presión; A: área del pistón (empuje) o anular (tracción); v: velocidad del vástago; Q: caudal. En unidades SI: F (N) = p (Pa) · A (m²). 1 bar = 10 N/cm².
| Pistón | Área | Empuje en kN | Empuje en kgf | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ø mm | A cm² | 100 bar | 160 bar | 210 bar | 250 bar | 100 bar | 160 bar | 210 bar | 250 bar |
| 32 | 8,04 | 8,0 | 12,9 | 16,9 | 20,1 | 820 | 1312 | 1722 | 2050 |
| 40 | 12,57 | 12,6 | 20,1 | 26,4 | 31,4 | 1281 | 2050 | 2691 | 3204 |
| 50 | 19,63 | 19,6 | 31,4 | 41,2 | 49,1 | 2002 | 3204 | 4205 | 5006 |
| 63 | 31,17 | 31,2 | 49,9 | 65,5 | 77,9 | 3179 | 5086 | 6675 | 7947 |
| 80 | 50,27 | 50,3 | 80,4 | 105,6 | 125,7 | 5126 | 8201 | 10764 | 12814 |
| 100 | 78,54 | 78,5 | 125,7 | 164,9 | 196,3 | 8009 | 12814 | 16819 | 20022 |
| 125 | 122,72 | 122,7 | 196,3 | 257,7 | 306,8 | 12514 | 20022 | 26279 | 31285 |
| 160 | 201,06 | 201,1 | 321,7 | 422,2 | 502,7 | 20503 | 32804 | 43055 | 51257 |
| 200 | 314,16 | 314,2 | 502,7 | 659,7 | 785,4 | 32035 | 51257 | 67274 | 80088 |
| Pistón | Vástago | Área anular | Tracción en kN | Tracción en kgf | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ø mm | Ø mm | A cm² | 100 bar | 160 bar | 210 bar | 250 bar | 100 bar | 160 bar | 210 bar | 250 bar |
| 32 | 14 | 6,50 | 6,5 | 10,4 | 13,7 | 16,3 | 663 | 1061 | 1393 | 1658 |
| 32 | 22 | 4,24 | 4,2 | 6,8 | 8,9 | 10,6 | 432 | 692 | 908 | 1081 |
| 40 | 18 | 10,02 | 10,0 | 16,0 | 21,0 | 25,1 | 1022 | 1635 | 2146 | 2555 |
| 40 | 28 | 6,41 | 6,4 | 10,3 | 13,5 | 16,0 | 654 | 1046 | 1372 | 1634 |
| 50 | 22 | 15,83 | 15,8 | 25,3 | 33,3 | 39,6 | 1615 | 2583 | 3391 | 4036 |
| 50 | 36 | 9,46 | 9,5 | 15,1 | 19,9 | 23,6 | 964 | 1543 | 2025 | 2411 |
| 63 | 28 | 25,01 | 25,0 | 40,0 | 52,5 | 62,5 | 2551 | 4081 | 5357 | 6377 |
| 63 | 45 | 15,27 | 15,3 | 24,4 | 32,1 | 38,2 | 1557 | 2491 | 3270 | 3892 |
| 80 | 36 | 40,09 | 40,1 | 64,1 | 84,2 | 100,2 | 4088 | 6540 | 8584 | 10219 |
| 80 | 56 | 25,64 | 25,6 | 41,0 | 53,8 | 64,1 | 2614 | 4183 | 5490 | 6535 |
| 100 | 45 | 62,64 | 62,6 | 100,2 | 131,5 | 156,6 | 6387 | 10219 | 13413 | 15968 |
| 100 | 70 | 40,06 | 40,1 | 64,1 | 84,1 | 100,1 | 4085 | 6535 | 8577 | 10211 |
| 125 | 56 | 98,09 | 98,1 | 156,9 | 206,0 | 245,2 | 10002 | 16004 | 21005 | 25006 |
| 125 | 90 | 59,10 | 59,1 | 94,6 | 124,1 | 147,8 | 6027 | 9643 | 12656 | 15067 |
| 160 | 70 | 162,58 | 162,6 | 260,1 | 341,4 | 406,4 | 16578 | 26525 | 34814 | 41446 |
| 160 | 110 | 106,03 | 106,0 | 169,6 | 222,7 | 265,1 | 10812 | 17299 | 22705 | 27030 |
| 200 | 90 | 250,54 | 250,5 | 400,9 | 526,1 | 626,4 | 25548 | 40877 | 53651 | 63870 |
| 200 | 140 | 160,22 | 160,2 | 256,4 | 336,5 | 400,6 | 16338 | 26141 | 34310 | 40845 |
| Pistón Ø mm | Vástago Ø mm | Área cm² | Empuje N | Empuje kgf | Área anular cm² | Tracción N | Tracción kgf |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 32 | 12 | 8,04 | 483 | 49,2 | 6,91 | 415 | 42,3 |
| 40 | 16 | 12,57 | 754 | 76,9 | 10,56 | 633 | 64,6 |
| 50 | 20 | 19,63 | 1178 | 120,1 | 16,49 | 990 | 100,9 |
| 63 | 20 | 31,17 | 1870 | 190,7 | 28,03 | 1682 | 171,5 |
| 80 | 25 | 50,27 | 3016 | 307,5 | 45,36 | 2721 | 277,5 |
| 100 | 25 | 78,54 | 4712 | 480,5 | 73,63 | 4418 | 450,5 |
| 125 | 32 | 122,72 | 7363 | 750,8 | 114,68 | 6881 | 701,6 |
| 160 | 40 | 201,06 | 12064 | 1230,2 | 188,50 | 11310 | 1153,3 |
| 200 | 40 | 314,16 | 18850 | 1922,1 | 301,59 | 18096 | 1845,2 |
Un cilindro neumático de 100 mm a 6 bar empuja 481 kgf; uno hidráulico del mismo diámetro a 210 bar, 16800. Por eso la neumática mueve y la hidráulica aprieta.
Para un cilindro neumático cargá la presión de red (6 bar). Las fuerzas son teóricas: el rozamiento de los sellos se lleva un 5 a 10 %.
La fuerza para arrastrar algo es el peso por el coeficiente de rozamiento, que depende de los dos materiales y del lubricante. Los valores de la tabla son orientativos: acero sobre acero seco va de 0,5 a 0,8 según el acabado y la limpieza, y con una película de aceite baja a 0,1. El coeficiente estático, el de arrancar, es siempre mayor que el dinámico, el de seguir moviendo: por eso la carga se despega de golpe.
| Materiales | Estático μ₀ | Dinámico μ | Condición |
|---|---|---|---|
| Acero sobre acero | 0,5 a 0,8 | 0,4 a 0,6 | seco |
| Acero sobre acero | 0,1 a 0,16 | 0,05 a 0,1 | lubricado |
| Acero sobre fundición gris | 0,4 | 0,23 | seco |
| Acero sobre fundición gris | 0,18 a 0,21 | 0,13 | lubricado |
| Acero sobre bronce | 0,35 | 0,3 | seco |
| Acero sobre bronce | 0,15 | 0,1 | lubricado |
| Acero sobre madera | 0,5 a 0,6 | 0,3 a 0,5 | seco |
| Goma sobre hormigón | 0,6 a 1,0 | 0,5 a 0,8 | seco; mojado baja a 0,45 |
| Acero sobre hormigón | 0,45 a 0,6 | 0,4 a 0,5 | seco (placas base, apoyos) |
Las máquinas simples cambian fuerza por recorrido: la ventaja mecánica ideal dice cuántas veces se multiplica la fuerza; la real es menor por el rozamiento, que en un tornillo se lleva casi todo. La tensión que soporta una pieza es la fuerza dividida por la sección, σ = F/A, en N/mm² (que son MPa), y el coeficiente de seguridad es el cociente entre lo que aguanta el material y lo que trabaja. Las vigas, las columnas y los galpones no se calculan acá: están en la Suite de ingeniería. El par de apriete de los bulones, en el capítulo 18.
σ: tensión (N/mm² = MPa); F: fuerza (N); A: sección (mm²); CS: coeficiente de seguridad (2 a 4 en piezas de máquina, más en izaje); μ: coeficiente de rozamiento; N: fuerza normal (el peso, en un apoyo horizontal).
| Máquina | Ventaja mecánica | Fuerza necesaria | Observación |
|---|---|---|---|
| Palanca de primer género (apoyo en el medio) | VM = a / b | F = Q · b / a | a: brazo de la fuerza; b: brazo de la carga. Pata de cabra, tijera |
| Palanca de segundo género (carga en el medio) | VM = a / b > 1 | F = Q · b / a | carretilla, rompenueces |
| Palanca de tercer género (fuerza en el medio) | VM = a / b < 1 | F = Q · b / a | pinza, brazo humano: gana recorrido, no fuerza |
| Polea fija | VM = 1 | F = Q | solo cambia la dirección |
| Polea móvil | VM = 2 | F = Q / 2 | la carga cuelga de dos ramales |
| Aparejo de n ramales en la polea móvil | VM = n | F = Q / n | real: F ≈ Q / (n · η), con η total de 0,8 a 0,95: baja con cada polea |
| Malacate (tambor r, manivela R) | VM = R / r | F = Q · r / R | – |
| Plano inclinado (largo L, altura h, ángulo α) | VM = L / h | F = Q · (sen α + μ · cos α) | sin rozamiento F = Q · h / L |
| Cuña (largo L, espesor e) | VM = L / e | F = Q · e / L | ideal; el rozamiento la hace autobloqueante |
| Tornillo o gato (paso p, palanca r) | VM = 2 · π · r / p | F = Q · p / (2 · π · r · η) | η del tornillo 0,2 a 0,4: casi todo se va en rozamiento |
Dos ramales verticales reparten la carga por la mitad. A medida que el ángulo entre ellos se abre, cada ramal tira más que la mitad, y a 120° cada uno lleva la carga entera. El factor es 1/cos(θ/2), con θ el ángulo de apertura: 1,41 a 90°. Por eso las eslingas se tasan por ángulo y por eso un ramal corto en una pieza ancha es un problema. Cómo se eligen las orejas de izaje y los cáncamos está en la guía de izaje.
T: tensión de cada ramal; Q: peso de la carga (misma unidad); θ: ángulo de apertura entre los dos ramales; WLL: carga límite de trabajo de un ramal. Con ramales desiguales, el más vertical lleva más.
| Apertura θ | Ángulo con la vertical ° | Tensión por ramal × Q | Factor 1 / cos(θ/2) | Capacidad del par × WLL de un ramal |
|---|---|---|---|---|
| 0° | 0 | 0,500 | 1,000 | 2,000 |
| 30° | 15 | 0,518 | 1,035 | 1,932 |
| 45° | 23 | 0,541 | 1,082 | 1,848 |
| 60° | 30 | 0,577 | 1,155 | 1,732 |
| 90° | 45 | 0,707 | 1,414 | 1,414 |
| 120° | 60 | 1,000 | 2,000 | 1,000 |
WLL: carga límite de trabajo de un ramal vertical. Más de 120° de apertura no se usa; muchas normas y fabricantes cortan en 90°.
M = 9550 · P / n, con P en kW y n en rpm. Un motor de 5,5 kW a 1450 rpm entrega 36 N·m; a la salida de un reductor de 20:1 con 94 % de rendimiento, 681 N·m a 72,5 rpm.
La presión por el área del pistón: F [kN] = p [bar] × A [cm²] / 100. Un cilindro de 100 mm (78,5 cm²) a 210 bar empuja 165 kN, unas 16,8 t; al traccionar, con vástago de 70 mm, 84 kN.
Unos 15 A a plena carga (7,5 kW con rendimiento 0,88 y cos φ 0,84). La regla rápida en 380 V trifásico es 2 A por kW en motores medianos, algo más en los chicos; la cifra exacta está en la chapa.
Fuentes: ISO 80000-3:2019 e ISO 80000-4:2019 (magnitudes de espacio, tiempo y mecánica); IEC 60034-1 (máquinas eléctricas rotativas: características asignadas); IEC 60072-1 (dimensiones y potencias de las carcasas IEC 56 a 400) y EN 50347 (asignación de potencias a carcasas); ISO 6020-2 (cilindros hidráulicos de 160 bar, serie compacta); ISO 15552 (cilindros neumáticos); ISO 3448 (clases de viscosidad ISO VG); DIN 15003 (aparatos de elevación: cargas y fuerzas); guías de izaje de la Escuela del Acero. Rendimientos de transmisiones y coeficientes de rozamiento: valores orientativos de los manuales de ingeniería mecánica y de los catálogos de reductores.
Perfiles, largo de correa y cadenas con su carga, para la transmisión que sale del motor.
Leer →Contanos la carga, la potencia y el espacio que tenés: lo calculamos y lo fabricamos en nuestro taller de Córdoba.
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