Alineamiento De Maquinas_skf

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CURSO

A.L1NEAf\¡1IENTO DE f\¡1AQUINAS

U'Técnicas Convencionales y Laser"

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WANRIOUEl ÁOSALES

'''GflltUO "(CANleo Rtg. ~l da InOtrtien> N" 57

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Contenido UNIDAD 1 La Importancia y Objetivos de un buen Aiineamiento ¿Cuál es el objetivo de un buen alineamjemo? Lo que ie pasa a una máquina rotativa desalineada Síntomas del desalineamiento Los pasos de un trabajo completo de alineamiento ¿Cuánto tiempo debe durar un proceso de alineamiento? ¿Con qué frecuencia el alineamiento debiera ser verificado?

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UNIDAD 2

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Cimentaciones, Platos-Soportes y Tuberías

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¿Cuánto tiempo una máquina permanecerá alineada? la filosofía del diseño de las Cimentaciones las Cimentaciones Rígidas y Fiexibles Los Platos-Soportes (Baseplate) El Concreto. el Cemento 'f las Bases de la lechada de cemento (GroUl) El Concreto Reforzado La Lechada de cemento (Grouting) La Búsqueda de Problemas Esfuer.:o por Tuberías Verificación de esfue:os estáticos excesivos por tuberías en jos equipos rotativos Esfuerzos de Tuberías aceptables en la maquinaria rotativa Lista de Inspección Visual

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UNiDAD 3

Acoplamientos Rígidos y Flexibles

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Tolerancias de desalineamiento en acoplamientos y ejes - ¿Cuál es la diferencia?

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El rol del acoplamiento flexible

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Que hay que considerar cuando se específica un acoplamiento flexible Tipos de acoplamiento flexible Acoplamientos con cadena Acoplamientos con engranajes Acoplamientos de Cinta Metálica (!\¡1etai ríbbon) Acoplamienlos de unión universal Acoplamientos elastoméricos Acoplamientos de diafragma Acoplamiemos de disco nexible Acoplamientos varios instalación de acoplamientos

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UNIDAD 4 Definición de Desalíneamlento·Alineamlento y Tolerancias ¿Qué esexactameme un desalineamiento de ejes? Medición angular ¿Significa lo mismo nivel y alineamiento? Tipos de desalineamiento Definición de desalineamiento de ejes Alineamiento de ejes vs. acoplamientos ¿ Qué tan rectos son los ejes de las máquinas rotalivas?

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UNIDAD 5

Inspecciones Preliminares de Alineamiento

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Excesivos defectos de excentricidad y falta de perpendicular (Runout Condítions). Problemas de interferencia de la carceza de la máquina y su plato-soporte ("pie 110jo" soft foot)

Métodos de corregir los problemas del 'pie flojo' Verificación si el "Pie Flojo" ha sido eliminado Perno Múltiple (Muitiple 801t)- Método del lndi,:ador Múltiple (fv1étodo preferido) Perno Múltiple - i'.Jlétodo de un Indicador ( segundo opción) Método de movimiento del eje (tercera opción) Un perno (Single 8011) - Método de un indícador (última opción) Otros métodos para corregir los problemas de soft fooL

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UNIDAD 6

Técnicas de Alineamiento e Instrumento de Medición Cinta de medición estándar y reglas Calibradores de láminas y de cinta Calibradores corredizos (Verníers) Micrómetros Indicadores Diales o Comparadores Instrumento Optico de Alineamiento SensoreS' de Proximidad Detectores 'j Lasers Técnicas de Alineamiento Medición de posiciones de la linea central de los ejes utilizando indicadores dial Rotación de ambos eJes para contrarrestar cualquier condición impelfecta (runoul conditions)

Método Axial Radial (Face and Rim Method) Método dei Indicador invertido Método Radial Doble Método Eje a Carrele de Acoplamiento (Shaft to Coupling Spool Method) Método Cara-Cara (Face-Face Method) Técnica de Alineamiento de acoplamiento rígido Método de los Diez y seis Puntos

Reglas Válidas ¿Por qué las mediciones se toman a intervalos de 90 grados? Soporteslflecha de la barra soporte (BracketJBar 8ag) Las Lecturas Circunferenciales (Rlm) son el doble de la cantidad del desalineamiemto paralelo (Offset)

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UNIDAD? Técnicas de alineamiento Gráficasl Modelado o Esquematización

La Relación Matemática en el Alineamiento de Máquinas Técnicas de Alineamiento Gráficas ¡modelado Modelada Método del Di.al indicador Invertido con la Técnica del "Punto a Punto" las lecturas Radiales I.Rim) son siempre el doble de la cantidad de offset Modelado Método del Indicador Invertido utilizando la Técnica de la línea a Punto Modelado dei Método Axial Radial Chequeo de la Tolerancía de DesaHneamiento Restricciones de movimiento y el movimiento permisible

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UNIDAD 8

Medición y Compensación del Movimiento por ei cambio de la condición parada del equipo a la de funcionamiento.

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¿ Qué tipo de máquinas son propicias a cambiar de posición cuando funcionan? ¿ Cuál es ta causa de este movimiento?

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Medición del movimiento de la máquina al funcionar Lecturas de alineamiento en "caliente" Cuatro categorías generales de las mediciones del movimiento de la maquinaria cuando funcionan.

Cálculo de la expansión térmica de la carceza de la máquina utilizando un ecuación de esfuer-:o (categoría carcaza de máquina a soporte-base)

Técnicas de termografía infrarroja para determinar perfiles térmicos de equipos rotativos

Primera Práctica de Entrenamiento

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- Uso de metódo del indicador invertido y método gráfico/modelado - Uso del méiodo Axial-Radial y método gráficoimodelado

UNIDAD 9

Alineamiento de Poleas y Engranajes

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Alineamiento de Transmisiones por Fajas en V Inspección preliminar Método de la cuerda o recta Modelado de los problemas de alineamiento de fajas en V Alineamiento de Transmisiones por Engranajes Verificaciones Preliminares Runout Determinación del Backlash recomendado Medición del Backlash y Contacto entre Dientes Verificación Final del Alineamiento

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UNIDAD 10

Consideraciones de Alineamiento para T1pos Especiflcos de Maquinaria Motores Eléctricos

Turbinas a Vapor Turbinas de Gas de Generación Motores de Combustión Interna Generadores Eléctricos Bombas Centrífugas Ventiladores y Sopladores Compresores Caja de Engranajes Ventiladores de Torres de Enfriamiento

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UNIDAD 11

Detección del Desalineamlento en Maquinaria Rotativa en Funcionamiento

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Medición de la Vibración Uso del Análisis Vibracional para la Detección del DesaHneamiento La Relación entre la Amplrtud de la Vibración y la Severidad del desalineamiento. ¿Porqué los Niveles Vibraclonales decrecen con aumentos del desalineamiento? Uso de la termograña [nfrarroja para detectar el desalineamiento

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Segunda Práctica de Entrenamiento

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-Uso del sistema de alineamiento laser -Análisis y diagnóstico vibracional del desalineamiento

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Tolerancias de Desalinemiento Ca partir de la velocidad de giro de la máquina) Carta de Severidad Vibracional Norma ISO 2372-74

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ALiNEAIVlIENTO DE r"lAQUINAS

¡¡Técnicas Convencionales y LaserJi

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''/ 14 de Junio de 1,997

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Tccnicas ConvcniOll:lln y La~í.:1'

Unidad 1 La Importancia de un buen Alineamiento de Máquinas El desalíneamiento de las máq.uinas rotativas viene causando y probablemente seguirá causando grandes pérdidas financieras en las industrias de todo el mundo. Nadie ha calculado cuanto dinero se ha desperdiciado debido al daño prematuro de la maquinaria. las pérdidas de producción y ei consumo excesIvo de energia. Un cálculo monetaria tendría que considerar la cantidad de máquinas rotativas que están operando hoy en la industria, en el transporte por tuberías. en la petroquímica. en las naves marítimas, en los hospitales y hasta en las grandes oficinas. Para tener una idea de la magnitud dei problema, pregúntese, ¿cuántas máquinas rotativas hay en un radio de 100 Kilómetros desde donde está Ud. parado? Estadísticamente, más de la mitad de estas transmisiones de máquinas están excesivamente desalineadas y probablemente necesitarán parar y reparase o remplazarse en las próximos 16 meses. La otra mitad probablemente funcione bien con un mínimo de mantenimiento los próximos 80 meses. Por muchos años la responsabilidad del alineamiento de los equipos ha recaído en los montadores y mecánicos (algunas veces en los electricistas). Muchos de los cuales no han tenido un entrenamiento sobre la técnicas apropiadas de alineamjento y han tenido que usar instrumentos y herramientas inadecuadas para medir el desalineamíento y para mover las máquinas. r-

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También. con frecuencia la parte administrativa no se ha interesado en proporcionar el tiempo suficiente para que el personal realice un trabajo de calidad. incluso 2n las organlzacicnes donde se pone atención al alineamiento de los equipos principales, muchas unidades de menor potencia son alineadas deficientemente resultando con fallas prematuras de rodamientos, sellos, eje o acoplamIento.

¿Quién es responsable del alineamiento de la maquinaria rotativa? El alineamiento debe ser responsabilidad de todo gerente, ingeniero, supervisor y mecánico consciente. Cada uno ellos en una organización industrial t::Jica tiene un rol que cumplir. No se p.!ede culpar por sí mismos a :os indicadores dial o a los instrumentos laser, al stc " de laínas, a ¡os pernos de anclaje. a las tuberías, a los rcdamientos. sellos, eje: acoplamientos o ó; ia maquinaria rotativa cuando el alineamiento no es sé;[jsfactorio. La función de los mecánicos y montadores es la de realizar los pasos preliminares de alineamiento, medir 18 posición de los ejes, determinar y ejecutar los movimientos apropiados para lograr un alineamiento aceptable dentro de las tolerancias y comunicar a su supervisor los r¿ sultados finales del alineamiento o los problemas encontrados durante el trabajo de::iinea:-niento. La tarea del capataz o supervisor es la de asign2r las personas idóneas para realizar el trabajo de alineamiento. asegurar C1ue los instrumentos I herramientas adecuadas estén disponibles y operativas, proporcionar el tiempo necesario para completar el trabajo. ~esponder cualquier interrogante que tengan el personal que rea:iza el trabajo. brirdar las pautas sobre como hacer frente a los pr;Jb!emas potenc:ales que se pue::an presentar durante el trabajo de alineamiénto. coordinar y comunicar estos problemas a los ingenieros y gerentes para solucionarlos; y mantener los registros de loS trabajos.

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Los ingenieros son responsables de seleccionar los tipos de instrumentos y herramientas de medición utilizadas para determinar la posición de los ejes de las máquinas, proporcionar la pericia técnica y los medios que permitan medir el movimiento de las máquinas desde cuando están paradas o cuando están funcionando, para conseguir su alineamientó -(jurante el funcionamiento; establecer el diseño de mecanismos de soporte de tuberías y ductos para minimizar los esfuerzos inducidos en la carcaza de las máquinas o coordinar la reinstalación de las tuberías y ductos, repasar todas los nuevos métodos y técnicas que pueden ser utdizados en las máquinas rotativas de sus plantas, analizar las fallas de la maquinaria rotativa para determinar si la raiz de la causa se debe al desalineamiento, escuchar y dar respuesta a cada uno de los problemas que hayan sido reportados por el personal que realizó el trabajo, del supervisor y los administradores, acompañar al personal técnico en el terreno si es necesario, para comprender directamente lo que está sucediendo en el trabajo de alineamiento, para determinar si se puede encontrar un medio más eficiente que mejore el proceso de alineamiento o para hacerlo más preciso. La responsabilidad del gerente de planta o de ingeniería es la de proporcionar los recursos para conseguir los instrumentos y herramientas necesarios para ejecutar el trabajo, para el entrenamiento del personal, así como proporcionar reconocimiento a las personas que hayan realizado el trabajo de alineamiento apropiadamente. La capacidad de tener todas sus equipos rotativos bien alineados y operando ~uavemente esta directamente relacionado a su conocimiento, habilidad y deseo de hacerlo apropiadamente. Es tonto instalar una máquina reconstruida o bien diserada solo para ver como se destruye en un plazo de s--;is a diez y seis meses porque nadie quiso pasarse s~s horas anclandola cuidadosamente a su bastidor y cimentación, alineando los ejes y monitoreando la posición de alineamiento para conseguir que el equip: funcione Jor seis o sesenta años sin problemas. En los últimos treinta años se han logrado avances muy importantes en el diagnóstico del estaco de la maquinaria utilizando, para ello, técnicas no destructivas de detssción de defectos mecánicos tales como el análisis vibracional. la termografía infrarroja o s! análiSIS de aceite: las mismas que permite: estabiecer con precisión los probiemss existentes en ia maquinaria. Actualmente se está en la capacidad de diferenciar prácticamerte cada. uno los problemas meC1iante el análisis de los ~spectros de vibración y varios otros datos como la temperatura de los rodamientos. el estad e del aceite o los de funcionamiento del equipo. Estas áreas de la ingeniería rr,antenimiento han sido unas Je las de r¡ayor crecimiento en la tecnología. Las técnicas de diagnóstico de maquinaria han tenido un desarrollo más o menos largo desde cuando se ponía una moneda sobre la tapa de las chumacsras para ver su movimiento o se utilizaba el tacto Dará medir la vibración,. Muchas compañías basan hov todo su negocio en el monitoreo de máquinas y en ayudar a ¡as personas a localizar los problemas en sus equipos utilizando analizadores Fr:T. detectores de fallas en rodamientos y toda una central de nuevos equipos desarrollados para comprender la respuesta dinámica de las grandes máauinas. Aunque todos estos equipos y metodología nueva es muy impresionante persiste la gran diferencia entre encontré:í un oroblema en su maquinaria. '/ en reparar un probiema en su maquinaria.

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Tres cosas que se necesitan saber para alinear máquinas rotativas ... 1. ¿ Dónde están la máquinas cuar:ldo no están funcionando? 2. ¿ Qué posición adquirirán o tomarán las máquinas cuando funcionen? 3. Si las máquinas se mueven desde una posición cuando están paradas a otra cuando trabajan, a que rango de posición aceptable deben estar cuando las máquinas se alinean fuera de servicio, para que cuando funcionen mantengan tolerancias de alineamiento aceptabies? o simplemente

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- ¿ Donde están estas? - ¿Donde deben estas ir? - ¿Donde deben estar?

Los Costos del Desalineamiento incurren continuamente en

- pérdida de producción - degradación mecánica - consumo de energía Medidos contra sus costos para

- medir el desalineamiento

- analizar la situación y determinar la precisión del alineamiento

- corregir ei desalineamiento existente

Figura 1-1. Sobre io que se necesita saber cuando se alinean eje~ de máquinas y íos coStos en que se incurren. Sorprendentemente el 99 % de la maqu;í,aria rotativa que esta funcionarc:o hoy en día esta desalineada. Esto puede parecer un exageración pero un perfecw alineamiento en la vida real es casi imposibíe conseguir. De hecho, una pequeña cantidad de desalineamiemo no esta mal. Los acoplamientos del tipo engranaje y los ejes con uniones ur:versales, por ejemplo, deben tener algún aesalineamiento con el objeto de mante:'er la lubricación de los puntos de transmisión de potencia dUí3nte la .-otación. Así cuando se realiza el alineamiento. es importante saber cuanco se para de mover la maquinaria, porque se I!ega a un punto en el cLal no se obtiene ningún beneficio si las tolerancias de alineamiento ya se ;lan alcanzado adecuadamente.

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Técnicas Con"cnionales:- L;¡,u

Para complicar aún más el asunto, los equipos rotativos nunca permanecen como cuando se. instalaron. A medida que los equipos empiezan a rotar una variedad amplia de factores contribuyen a mover los ejes a una posición distinta a la que estuvieron cuando se instalaron y estuvieron en reposo. El calor generado en la carcasa por la solturas friccióna)es en los rodamientos, elementos de calentamiento en el reservario del sistema de lubricación, el movimiento de los flUidos, la compresión de gases. el movimiento de las cimentaciones y de la instalación todos tienen la tendencia a mover ei equipo de como esta ubicado. No debe tomarse estrictamente las indicaciones del fabricante sobre el cáiculo de la cantidad de 'crecimiento' o de como se mueve el equipo en las pruebas estandares (asumiendo que estas fueron hechas). Es raro que estos cálculos sean correctos partiendo del hecho que su equipo puede estar instalado con una disposición de líneas aiferentes a la condición ideal o estándar. Son contadas las personas, tal vez 1 de cada 5, responsables del alineamiento de las máquinas rotativas, que se dan cuenta que la máquinas se mueven desde una posición fuera de línea o parada a otra posición de operación: y dei pequeño grupo de los que se dan cuenta solo la mitad se da cuenta que las máquinas se pueden mover vertical y lateralmente.

¿Cuál es el objetivo de un alineamiento preciso? El objetivo del alineamiento de ejes es incrementar la vida útil de la máquina rotativa. Fiara lograr este objetivo los componentes de maquinaria que son los más propensos a fallar deben Jperar dentro de sus límites de diseño. Desde que los componentes más propensos a fallar son ros rodamientos. sellos, acoples y ejes, un alineamiento preciso conseguirá los resultados siguientes: .'

• Reducir las fuerzas excesivas radiales y axiales en los rodamientos para asegurar una prolongada vida útil en condiciones dinámicas estables de operación. • Eliminar la posibilidad de falla del eje por fatiga cíclica. • Minimizar la canticad de desgaste en los componentes del acoplamiento. • Minimizar la cantidad de fJ2xión del eje desde el puno de transmisión de potencia en el acoplamiento al rodamiento lado acoplé~mientJ. Mantene c la tolerancia interna apropiadc :jel rotor • Reducir el consumo de ensrgía (casos documentados han mostrado que los -angos de ahorro son del orden del 2 31 17 %). .:-ener bajos nívees de vibración en la carcasa de la máquina, en la ~apa de chumaceras y ro:ores (Nota: En algunas oportunidades, ligeras cantidades de desalineamiento pueden disminuirlos niveles vibracionales en las máquinas por eilo debe tenerse cuidado al relacionarse vibración con desaiineamiento).

¿Qué le pasa a una máquina rotativa cuando esta desalineada ligera. moderada Ó incluso severamente? El dibujo mostrado en la figura 1-2 ilustra lo que pasa con una :Iláquina rotativa cuando esta desalineada. Aunque el desaiineamiento Mostrado es muy exagerado. el dibujo ilustra como se mueven y distorsionan (flexionan) los ejes de la máquina rotativa cuando se transmiten cargas laterales o vertisales de eje a eje.

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Si bien es cierto que los acoplamientos flexibles se flexionan acomodándose V minimizan el desalineamiento, También es cierto que los ejes también son flexibles, y cuando el desalineamiento es severo, el eje también comenzará a flex¡onarse. Se entiende que los ejes no están permanentemente flexionados, están en un flexionamiento elástico a medida clue rotan.

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Sello mecánico o empaquetadura

Figura 1-2. Como se flexionan elásticamente los ejes de la maquinaria cuando están sujetas a condiciones de desaiineamiento. Obsérvese tarroién, en este ejemplo, que el eje de la bomba esta ejerciendo una fuerza hacia abajo en asiento interior de los rodamientos del motor como tratando de traer el eje del motor a la línea centro de rotación suya. Recíprocamente, el eje dei motor esta ejerciendo una fuerza hacia arriba en el asiento interior de los rodamle1tos de la bomba tratando de traer el eje oe la bomba a la línea de centro de su rotación. Si las fuerzas de eje a eJe son lO suficiente, el vector de fuerza en el asiento exterior del rodamiento del motor deben tener dirección hacia arriba y en el asiento exterior de los rodamientos de 12 Domba hacia abajo. Tal ,¡'ez la razón por la cual el desalineamiento de maquinaria no pueda vibrar excesivamente se deba en parte al hecho que estas fuerzas están actuando en la misma dirección. Las fuerzas de un rotor desbalanceado por ejemplo. cambian de dirección a medida que el peso de desbalance se~sta moviendo continuamente alrededor de. su eje de rotación. Las fuerza de ¡os ejes desalineados no se mueven alrededor, usualmente actúan en solo una dirección. La carta mostrada en la figura 1-3 ilustra el tiempo estimado para que falle un equipo rotativo típico basado en la variación de sus condiciones de alineamiento. El término "falla" aquí ;mplica una degradación de cualquier componente crítico de la máquina tal como los sellos, rodamientos, acoplamientos o rotores. Los datos en este gráfico se obtuvieron de un gran número de casos históricos en los que el desalineamiento se encontró y era la causa - raíz de la falla de la maquinaria.

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Daño potencial severo de rotores, rodamientos y acoplamientos.

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Deterioro inicial de los componentes de la maquinaria O.l---'--------:~--------:

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Desalineamiento (mils/pulg.) Figura 1-3 Vida útil típica de operación de una máquina rotativa sujeta a vanas cantidades de desalineamiento. Síntomas del Desalineamiento El desalineamiento no es fácil de detectar en una máquina que esta funcionando. Las fuerzas radiales transmitidas de eje a eje son fuerzas típicamente estáticas (uni-direccionales) y son difíciles de medir externamente. Desafortunadamente, no hay analizadores o sensores que puedan instalarse por fuera de la máquina para medir que tanta fuerza se está aplicando a los rodamientos, ejes o aCJlamientos. En consecuencia lo Gue realmente percibimos son los efectos secund&rios de estas fue~zas las cuales presentan muchos de los siguientes síntomas: • Fallas prematuras de los rodamientos, sellos, acoplamientos o ejes . • Vibración radial y axial excesiva. (Nota: Los exámenes han demostrado que acoplamientos de diferente diseñó exhiben diferente tipos de comportamiento vibracional). • Altas temperaturas en la carcasa en o cerca de los rodamientos o altas temperaturas del aceite de lubricación. • Excesiva fuga de aceite lubricarte por los sellos de los rodamientos. • Soltura de los pernos de anclaje (problemas de "pieJIQjg"). • Soltura o rotura de los pernos del acoplamiento.

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Técnicas COI1\Cl1iOllaJcs:- l:l~rr

Desconchado de un rodamiento producido por desalineamiento

Aspecto Rodamiento rígido de bolas: huella diagonal, firm6mente marcada en dos sectores aíametralmente opuestos. Rodamientos de rodillos cilíndricos: desconchado en el borde del ca­

mino de rodadura.

Causa Asientos de rodamientos desalinea­ dos.

Medidas Corregir los asientos

Rodamientos apoyados sobre super­ ficies inclinadas.

Utilizar manr;:uitos de montaje con las caras ex:;emas paralelas.

Fig. 50 ,l.ro ex:erior ce un rcd2.mier:te -;c> do ce bei2.s cüe na estade Ce52.Iir.e2.Gc :::;­ el eie. L.a "1c8ila de las bo/2.s :!er.e 'or...a ovaiaca e~ 'lIrtud ce la cesaiine2.e:Ón. ::: rest.:itado es el mismo que ee;- '2. ~om~r:;­ sión oval. 'i,,;r ~ag. 31. Fig. 61 Aro ,r.¡erior de rccar:2r'lC :s -se­ lles ciiír.cnecs C8n desconché.cc i! c;r.E.CC cei c2.[""'f;ino ·:e rcdádur2. corr:c "e~l;lt2.cr.J :& scbrecar;a r,;cr Jesalir.eación.

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Figura 1-4. Falla de rodamiento antifric::::ón por desalineamiento • Calentamiento del acoplamiento mientras esta funcionando o inllsdiatamente

después de parar la unidad. Si es uno del tipo elastomérico, busque poivillo de

caucho dentro de las guardas del accplamiento .

• Los defectos del eje y acoplamiento ("runout") pueden tener una tendencia a

incrementarse después de algún tiempo de funcionamiento del ec~ipo.

• Ur alto e inusual número de fallas del acoplamiento o desgaste rápido de:

mismo.

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Los ejes se rompen ,o agrietan) en o cerca a los asientes de los rodamientos o a las masas del acoplamiento.

• Consumo de energía más alto del normal .

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Los Pasos Completos de un Trabajo de alineamiento

Existen ocho (08) pasos básicos para el alineamiento de una máquina rotativa.

1. Adquiera el instrumental y los dispositivos de medición. Asegúrese que el personal encargado del proceso de alineamiento haya sido entrenado adecuadamente en varias procesos y técnicas de alineamiento, en el cuidado y uso de los delicados instrumentos de medic:ón, en las herramientas a usarse para reposicionar las máquinas, en saber si: la máquina está realmente lista para ser alineada y operar o si debe ser desmontada y reconstruida, si una placa-soporte o una cimentacion esta deteriorada al punto que necesite repararse o hacerle correcciones, a corregir los problemas que existan en el asentamiento de las máquinas ("pie flojo"), en como chequear los esfuerzos estáticos y dinámicos por tuberías, la posición a la cual se desea que tenga la máquina parada, como medir el movimiento de la máquina desde cuando esta parada a cuando está en funcionamiento, cual es la tolerancia de alineamiento y como mantener los registros del trabajo de alineamiento para referencias futuras. 2. Obtener información relevante sobre el equipo que se está alineando. Informarse si se necesita alguna herramienta especial para medir el alineamiento o reposicionar las máquinas. Si la máquina se muelle de una posición cuando esta parada a otra cuando esta en operación: si es así. ¿cuánto? y ¿Cuánto debe desalinearse a propósito las máquinas para que estén en línea cuando trabajen? 3. Antes de comenzar el trabajo en cualquier máquina recuerde que la Seguridad es lo Primero! Ponga un aviso apropiado, asegure la parada del equipo e informe al personal correspondiente que Ud. está trabajando en ia máquina. 4. Asegurarse de realizar las siguientes verificaciones preliminares: Revise el acoplamiento procurando hallar cualquier daño o desgaste en sus componentes, busque y corrija cualquier problema con la cimentación y el plato -soporte, verifique ~:'! juego o solturas de los rodamientos, mida la deflexión o defectos del eje y/o de los Cubos del acoplarr.iento, encuentre y corrija cualquier condición de "pie flojo" y elimine cualquier esfLerzo producido en la máquina por las tuberías. 5. Ic:¿ealice un alineamiento grueso del equipo y \jea que todos los pernos de anclaje estén ajustados. Lueao mida con precisión la posición de los ejes utilizando instrumentos de precisión (+/- 0.01 mm, +/- 0.001" o mejores) tales como: indicador dial. instrumentos laser, sensores de proximidad, instrumentos ópticos y otros. Con esta información determine si la maquinaria está dentro de las tolerancias de alinearr.íento aceptables. 6. Si las máquinas no están dentro de las tJlerancias aceptables. Primero, determine la posición actual de las líneas centrales de rotación de los ejes de estas; :uego observe cualquier restricción de movimiento de las máquinas o de sus puntos de control, paso seguido, decida en cue dirección y cuanto se necesita mover 1a maquinaria, y finalmente, lleve a cabo la reubicación de la máquina(s) en las direcciones vertical, lateral y axial. Después dE: hacer este movimiento, asegúrese de rechequear el alineamiento para deter-:linar si las máquinas 'ealmente se movieron como Ud. esperaba que lo hagan. Cuando ia tolerancia de alineamiento se ha conseguido, registre la posición final de alineamiento para referencias futuras, la orientación de las ¡ainas de corrección del "pie flojo" y los paquetes finales de lainas usados para dar la altura.

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Si existen pernos de empuje lateral ajústelos ligeramente contra los lados de la carcaza de la máquina (asumiendo que no existe una expansión excesiva de !a carcaza) trabe estos en esta posición y asegúrese que los pernos de anclaje estén seguros. 7. Instale el acoplamiento (asumiendo que fue desmontado) y verifique la rotación libre del tren motriz si es posible. Instale la guarda del acoplamiento y haga cualquier verificación final antes de quitar los rótulos de seguridad. 8. Haga funcionar la unidad a sus condiciones normales de operación chequeando y registrando los niveles vibracionales, la temperatura de los rodamientos y acopiamiento, la carga de los rodamientos y otros parámetros pertinentes.

¿Cuánto tiempo debe durar un proceso de alineamiento? Si un mecánico realiza un trabajo de alineamiento en una bomba pequena por ejemplo una vez ai mes, y conoce como medir con el indicador dial, sabe calcular los movimientos necesario de la maquinaria: además, tiene información de sus ingenieros sobre el movimiento de la maquinaria desde que esta parada hasta cuando alcanza sus condiciones normales de operación, tiene las herrall1íentas 1 aproPiadas enbel sbitiOt?e trabajo, no tiene t~rOblemas conl.las tU?edríads dde la bokmbda, \ ~ ~ SI es q.ue la om a lene que moverse; lene una amp la vane a e st oc s el'> ~ 3 laínas cortadas, no tiene defectos en los cubos del acoplamiento o deflexión en el .j.1 eje, no hay suciedad, herrumbre o escamas desprendiéndose de debajo de las I ~ 17 16 patas, tiene instalados per,.nos de empuje en ambas unidades para levantar y I <:. \ () ~ deslizar a estas a los lados, con ejes q4e pueden girar libremente, sin que le falte \.J ninguna pieza al acoplamiento. con una distancia correcta entre ejes, y nadie que lo ' moleste o interrumpa, e! alineamiento debe completarse con el acoplamiento i instalado y con su guaraa en su sitio en alrededor _de tres a cuatro horas. J 1.1

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Se emplea bastante tiempo preparándose para un trabajo de alineamiento. Limpieza de placas-soportes y por debajo de las patas del equipo. adquisición de los instrumentos de medición. determinación de la flecha (sag) de barra del soporte del indicador, inspección del acoplamiento, búsqueda y corrección de los problemas de pie flojo, medición del espesor de los paquetes de lainas que estuvieron instalcdos, repasar los agujeros de los pernos de la cimentación, juntar todas las herramientas y emplear alglJn tiempo y energía en entrenar al personal para la realización correcta del trabajo. son algunas de las cosas que tienen eue estar hechas antes de empezar. El cálculo de los movimientos necesarios para alinear los ejes con una computadora o calculador gráfica de alineamiento puede reducir drásticamente el tiempo empieado en mover la maquinaria comparado con los métodos de aproximaciones suces'ívas (prueba y error).

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Conseguir el alineamiento ade un tiro". esto es. ir directo desde un alineamiento grueso a Jno cerca dei perfecto. a una persona experimentada le sucede una de cada cuatro intentos. Un movimiento relativamente grande y un movimiento de alineamiento a ambos lados y verticalmente usualmente conseguirán los resultados deseados. También, mientras más pesado sea el equipo, mas tiempo se empleará para levantarlo o moverlo lade a lado. Si se necesitan cuatro o cinco movimientos para /levar a cabo el trabajO, 31go esta mal.

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proveerse de todas las instrumentos y herramientas necesarias, entrenar a todo el que participará en el trabajo y reunir información puede tomar una considerable cantidad de tiempo. Como puede observarse, las dos tareas que más tiempo consumen en proceso de alineamiento soo.:. realizar los chequeos mecánicos integrales y el mover la maquinaria para alinear los ejes. Es común para un aiineamJento preciso tomar de 3 a 8 hrs., asumiendo que todo va oíen.

¿Con qué frecuencia el alineamiento deberá chequearse? Como se mencionó previamente, la maquinaria rotativa puede moverse inmediatamente después de haberse arrancado. Este es un movimiento no muy lento. en el que los ejes eventualmente toman un posición permanente después de que se han estabilizado las condiciones térmicas y de proceso (en cualquier parte de 2 horas a una semana en algunos casos). Sin embargo hay cambios muy lentos y sutiles que ocurren en largos períodos. La máquinas cambiará lentamente su posición por la misma razón que las los soportes se pandean y las cimentaciones se agrietan. Cuando las cimentaciones ceden y se mueven lentamente las tuberías sujetas al equipo empiezan a empujar y jalar la carcaza de las máquinas provocando que el equipo se desalinee. La temperatura cambiante por la estación también provocan que el concreto, la placa soporte, las tuberías y los ductos se expandan y contraigan. Se recomienda en un equipo recién instalado chequear, para detectar cualquier cambio en el alineamiento, dentro de los 3 a 6 meses del inicio de la operación. ,. Basado en lo que se halle durante el primer o segundo alineamiento "verificación del alineamiento" se orientará la inspección y las correcciones a cuadrar mejor los trenes motrices individuales. En promedio. el alineamiento de IOdO equipo debe ser verificado con una .rutina anual.

¿Cómo saber si el personal contratado para instalar una maquinaria esta realizando el alineamiento apropiado? Incluya alguna cláusula en su contrato que comprometa a estos a proporcionarle los datos del alineamiento inicial, condiciones de "pie flojo" y las correcciones realizadas, infcrmación sobre la flexión del eje y defectos en las masas del acoplamiento ("runout"), los datos del alineamiento final, los movimientos que se hicieron en la rraquinaria y la tolerancia final de alineaMiento No se saLisfaga con una respuesta como esta "Se utilizó diales indícaoores e ir.strumentos laser". Los diales indicadores y los sistemas laser no mueven le maqumar:a, las personas le hacen.

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Figura 1-5. Tiempo Promedio que toman los pasos primarios de alineamiento de maquinaria

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Técnicas C r)n\·cnionaIc5." L:lser

Unidad 2 Cimentaciones! Platos-Soportes y Tuberías Muchos de los problemas de alineamiento de los equipos rotativos pueden atribuirse ai diseño. de la instalación o a los problemas de deterioro de ¡as cimentacIones, platos-soportes (placas de asiento) o a la misma carcasa de la máquina. No solo será difícil conseguir un alineamiento inicial preciso sino que será igualmente difícil mantener un alineamiento satisfactorio por períodos largos si las máquinas se asienta sobre cimentaciones y estructuras inestables o mal diseñadas. La mejor forma de abordar esta discusión es preguntando, ¿Donde están asentadas sus máquinas y cimentaciones? Imagínese por un momento, el diseño corresponde a máquinas que están operando en naves marítimas. en plataformas de petróleo y gas en altamar o en el piso 18 de una gran oficina. Estas estructuras soportes no sólo tendran que soportar ei oeso de la máquinas, sino que tendrán que mantener una posición estable así las máquinas empiecen a vibrar. La vasta mayoría de máquinas rotativas se asientan en o de algún modo están sujetas a tierra. Cuando se seleCCIona un lugar para una maquinaria rotativa los ingenieros tendrán que preocuparse por condiciones del suelo y la estabilidad del terreno donde estas se ubicarán. Una extensión grande de terreno actuará como un absorbente gigante de choque de cualquier movimiento que ocurra en la maquinaria y también actuará como soporte principal de !os equipos. ¿En qué está asentada su maquinaria rotativa: en una cama de roca o de arena? Tedas las máquinas rOtativas presentarán algún nivel de vibración durante su funcionamiento, por lo que los ingenieros diseñadores tienen que preocuparse en cuanta vibración (o ruido) puede o se transmitirá a través de la estructura al entorno. En muchas ocasiones, aunqLe nadie realmente admitirá esto, han habido personas que han tomado vibraciones en máquinas que no estaban funcionando, pero que estaban vibrando debido a que otras máquinas estaban operando cercanamente.

A pesar de lo extraño que puede parecer, es muy posible que a una máauina ociosa se le reemplacen los rodamientos sin que incluso haya funclonado. :Jor ejemplo. si un rotor fue;"a de servic:o sostenido en rodamier¡tos antifricc¡ór. es sometido a \¡ioración por largos penoaos. se producirán indentsciones en las boias y pistas. ¿Cuanto tiempo permanecerá una máquina rotativa alineada con precisión? Es lógico llegar a la conclusión de que si hay 'Jn cambio en la posición de la cimentación el alineamiento de los ejes también cambiará. Este cambio puede ocurrir muy lentamente a medida que el suelo je la oase ccmience a ceder debido al peso que soporta y a la·¡ibración de !a máquina. Incluso puede ocurrir muy rápidamente debido a la transmisión de calor por ~adiación o conducción deSde el equipo rotativo al plato-soporte. al concreto y a ¡a estructura. Hay algunos casos históricos documentados jonde los trer;es motrices fueron bien alineados. dentro de las tolerancias de alineamiento aceotables y que después de 4 a 5 horas de funcionamiento se movieron y desalinearón considerablemente.

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¿Porqué demasiadas personas asumen que cuando se insta a o reconstruye un equipo rotativo el alineamiento permanecerá inalterable por siempre? ¿Cuándo ha sido la última vez que chequeó el alineamiento de su máquina par8 ver si esta igual a cuando la instaló? Si Ud. nunca I~.ha verificado puede darse una gran sorpresa. Con la llegada de la tecnología informática y el mejor conocimiento del diseño de las cimentaciones, estructuras y carcasas de las máquinas. estas antes de que su fabricación comience, pueden diseñarse y verificase rigurosamente, utilizando para e/lo, programas como el CAD (computer aided des:gn) y el CAE (computer aided engineering). EI.c;S3QJPO de la dinámica estructurai ha proporcionado los medios para calcuiar las form_a? _e_s~ructuraies y ¡os sistemas de cesonanEi~®__ºº_rrif2Lej~~ -'es!~ucturas iseguran~ que !a~.~recuencias maquinaria adherida o adyacente a esta no coinciQa c_ºD_g0i~c':J~c¡a natural. Sin embargo esta novísima tecnología aplicada no puede remediar fácilmente tOdo el equipo ya instalado y muchos de nosotros tenemos que trabajar con equipos que están asentados en bases mal diseñadas y construídas: las mismas que se fisurán y rompen por los esfuerzos de ¡as tuberías que se incrementan por los cambios de las cimentaciones en el tiempo y la inaprooiada instalación de las tUDerías desde un principio. No es común remover, rediseñar e ínstaíar cada cimentación que presente problemas por ello es importante comprender la variedad de problemas que uno puede encontrar.

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La Filos6fía del Diseño de Cimentaciones Existen dos diseños básicos de cimentaciones de maquinaria: las cimentaciones rígidas y las cimentaciones flexibles. El diseño ce \a cimentación rígida es el que más comúf:mente se., encuentra en la industria. rT.;entras que el diseñó de la cimentación flexible se encuentra comúnmente en edificios de oficinas. en hospitales. etc. Hay 3ígunas ventajas y desventajas en cada ciseñe. La riaura 2-1 muestra ei diseño típico de una cimentación rígida. La figura 2-2 mu~stra diferentes pernos de anclaje.

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Cimentaciones Rígidas Ventajas • Bnnda una plataforma estable para la._.sujeción de la maquinaria rotativa utilizando el suelo del entorno para absorber el movimiento o vibración. • Son más fáciles de construir que las plataformas flexibles. • Capacidad de diseñar una masa "bloque inercial" de cimentación que efectivamente "absorba" cualquier vibración de la maquinaria soportada y aisle el movimiento residuai mediante la adición al bloque de cimentación de materiai absorbente de vibración previniendo la transmisión de vibración al entorno. Oesventalas • Se localiza fuera de ¡os edificaciones. la degradación eventual de la cimentación es inminente especialmente si esta ubicada en un área geográfica donde las condic:ones climáticas cambian radicalmente durante el año. • Para la maquinaria que tienen sujetas tuberfas o ductos sin soportes, pueden producirse fuerzas extremas que causen daños a estas. • Posibilidad de absorber vibracién de otras máquinas vecinas .

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Cimentaciones flexibles El diseño de las cimentaciones flexibles se puede encontrar frecuentemente en las instalaciones de máquinas rotativas ubicadas en los pisos superiores de edificios, en estas. las máquinas se montan.-sobre una losa asentada en resortes sobre el concreto. Sobre la losa se sUjetan el soporte-base y el equipo, La primera razón de este diseño es aislar cualquier vibración que emane de las máquinas al piso o ai edificio donde esta Instalado, Esta filosofía de diseño no siempre se usa en los pisos superiores de edificios. algunas veces se pueden encontrar soportando máquinas a nivel del piso o tierra. Usualmente un tren motor (ejemplo motor-bomba) se sUjeta a una sola losa de concreto. Es menos frecuente que varios trenes motrices se monten en una sola losa de concreto, a las que se le llaman "pallet" (paleta) de maquinaria. Ventajas • Si la losa de concreto y la base-soporte actúan como una sola unidad suficientemente rígida, este diseño proporciona una plataforma estable para la sujeción de la maquinaria rotativa permitiendo que la instalación completa se mueva en el caso de fuerzas exteriores tales como los esfuerzos por tuberías, • Habilidad para aislar (no completamente) cualquier vibración de las máquinas instaladas en ellas a las estructuras vecinas y aisla a la unidad de la transmisi6n de vibración de otras máquinas cercanas,

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Figura ~ -3. Diseño de cimentación flexible. Desventajas • Son más difíciles de construir y rr.antener que las cimentaciones rígidas, • Si existe excesiva cant;dad dE': vibración en la maquinaria por largos períodos pueden producirse daños Jotenciales en ia misma maquir.mia o en la tuberías sujetas 3 ella. " Degradación potencial de los rf:sortes-soportes, mantener el alineamiento por • Frecuentemente en ellas es :-nás difícil alinear largos periodos.

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Los Platos-Soportes (Baseplates)

Los platos-soportes comúnmente son de fundición o prefabricados como se ilustra en las figuras 2-4 y 2-5. Un plato-soP9rte prefabricado está hecho de acero estructural (ejm. vigas en 1, canales de acero, ángulos. tubería estructural) cortado en secciones y soldadas para hacer la base.

Figura 2-4. Típico plato-soporte de fierro fundido

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Plato-soporte prefabricado

El Concreto, el Cemento y ia Lechada de Cemento (Grout)

Típicamente el concreto es una mezcla de material inerte y cemento. La lechada de cemento puede tener una base de cemento o una de epoxy. Las lechadas en base"~ cemento son comúnmente una mezcla de arena y cemento. Las ¡echadas en base a epoxy pueden ser de puro epoxy, de una resina y ele un eC~Jrecedor (agente de cura) o ;)ueden ser una mezcla de un material inerre tal ccmo la arena. pequer\as ooias de acero. ceniza. etc.

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Los "materiales inertes' en el concreto son comúnmente piedra y arena pero pueden usarse una am~:lia variedad de otros materiales. La palabrc: 'cemento' es de! verbo "cortar" y originalmente estaba referido a las ;Jiedras cortadas utilizadas en los morteros de cal.

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El cemento, comúnmente de piedracaliza y arcilla, actúa como la 'goma' para juntar y cohesionar el material inerte, mezclando agua con el cemento y sus agregados. Cuando se une el agua con la mezcla y luego se va evaporando, el cemento y los agregados se cohesionan químicamente por hidratación y hidrólisis formando un bloque continuo. La cantidad de agua y cemento es crítica para obtener una cura apropiada y una rigidez adecuada. Mucha agua hará que la pasta sea demasiada delgada y será poco resistente cuando endurezca. La proporción de una mezcla de concreto típica es:

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Tabla 2-1 Cantidades de mezcla del concreto

Los esfuerzos de compresión del concreto pueden estar en un rango de 1,000 a 10,000 psi (70 a 700 Kg/cm2 aprox.), con ur.a densidad cercana a los 150 libras por pie cúbico (2.4 grs/cc). Un esfuerzo de compresión típico del concreto usado en cimentaciones está entre los 3800 a 4000 psi (212 a 280 Kg/cm2) .. Se requiere una cura apropiada del concreto para lo cual el agua debe permanecer en la mezcla por un período aceptable para asegurar que la reacción química del cemento se complete. El rociado de pequeñas cantidades de agua en la masa del concreto y luego cubriéndolo con una tela gruesa o con plástico El vaciado del concreto a asegurará que la pérdida de agua sea mínima. temperaturas altas extremas (90 -120 ° F ó 32 - 49 OC) puede ocasionar que el agua se evapore muy rápid2mente. El vaciado del concreto a temperaturas extremadamente bajas (por debajo de 32°F (O°C) provocará que el agua se expanda al congelarse produciendo poros que le disminuirán su esfuerzo o resistencia a la compresión. Se pueden aceptar temperaturas hasta de 25°F (- 4 oC) ya que la cura de la mezcla de concreto es exotérmica ligeramente pero la masa debe estar aislada del ingreso de cualquier calor durante la cura. La reacción química compleja que ocurre en el concreto demora varios meses. Se obtiene una resistencia a la c'ompresión del concreto normalmente de 70­ 80% de su valor final a los 6-8 días después del vaciado inicial. Los cementos normalmente se fabrican triturando calcio anhídl-ido de sílice y piedra chancada hasta conseguir un polvo que luego es calentado hasta alrededor de 1500 °F (815. ~C) El cemento fabricado comúnmente se le llama cemento Portland. Hay 6 tipos básicos de cemento como lo establece más adelante la ASTM especificaciones C150-61 mostrado en la tabla 2-2

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Tabla 2-2 Tipos de cemento Concreto Reforzado

El concreto es diez veces mas fuerte en compresión que en tensión por ello debe ser reforzado introduciéndole vwillas de acero en la mezcla durante el vaciado para prevenir cualquier agrietamiento mientras esta sujeto a cargas tensionales. La cantidad de refuerzo en una cimentación varía debiéndose tomar en consideración cuidadosamente durante la fase de diseño. Una pre-carga del concreto se hace poniendo en tensión las varillas de refuerzo antes del vaciado de la mezcla de concreto. Enlechado (Grouting)

El enlechado corrientemente se utiliza como una masa de ligazón final entre ]a estructura base y el concreto de la cimentación. Como previamente se mencionó, hay dos clases de lechada (grout) con base de cemento y con base epóxica. Es esencial una apropiada mezcla de grout para obtener la resistencia necesaria. Asegúrese de leer cuidadosamente las instrucciones del fabricante antes de usar cualquier producto. Procedimiento Sugerido de Enlechado

1. Planeamiento - Prepare una lista de todos los materiales y componentes requeridos (grout, madera, riostras, bomba, manguera, agua, herramientas para mezclar, vibradores, etc.). Tómese una adecuada cantidad de tiempo para realizar el trabajo. Instruya al personal en las tareas que se tiene. ¿Hay suficientes agujeros de ventilación en la base o estructura para poder extraer el aire atrapado? ¿Ha curado la cimentación completamente? ¿Está la base de maquinaria en la posición que Ud. requiere? ¿está a nivel y no alabeada? ¿se levantará la base cuando la lechada sea bombeada bajo ella? I

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2. Preparación del Concreto y de la estructura base de la Maquinaria -Asegurar que todas las superficies de contacto por debajo de la estructura base de la maquinaria este limpia, libre de suciedad y aceite. Es posible que la superficie del metal necesite un arenado e imprimado. La superficie del concreto debe también estar limpia, libre de polvo y aceité~- Si se usa una lechada con base de cemento la superficie del concreto debe ser empapado con agua por lo menos 24 horas antes de aplicar la lechada para asegurar que el concreto seco no extraiga una cantidad excesiva de agua de la mezcla de lechada impidiendo una cura apropiada. Instale cualquier, dispositivo de posicionamiento de la maquinaria o aisladores. Antes de vaciar la lechada quite los charcos de agua. 3. Elaboración del encofrado - Construya un encofrado (corrientemente de madera) alrededor del perímetro de la estructura base de la maquinaria donde se va a vaciar la lechada. Asegurar que exista suficiente espacio entre la estructura base de la maquinaria y el encofrado que permita se pueda depositar la lechada y tener acceso para el bombeo y distribuición de la lechada debajo de la base. Construya el encofrado con varios puntos de vaciado alrededor del perímetro. Asegure que la altura del encofrado este por encima de nivel más alto que \a lechada debe tener para prevenir bolsas de aire por el encofrado. Asegure que hayan numerosas agujeros de ventilación de dimensiones adecuadas para descargar el aire atrapado durante el vaciado. Si se esta usando una lechada de base epoxica asegurar que haya una capa de cera en toda la superficie de la madera del encofrado que estará expuesta a la lechada para que la madera no se adhiera a la lechada. El encofrado de madera puede también revestirse de plástico" como alternativa. Asegure que el encofrado este sujetado adecuadamente. 4. Mezcle la Lechada - Siga fabricante.

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5. Vaciado de la Lechada - Asegure que la lechada fluya por debajo de toda el área del encofrado, expulsando el aire atrapado en todos los puntos. Se pueden usar vibrómetros con las lechadas con base de cemento. 6. Tiempo de Curación - Dele el tiempo adecuado de cura a la lechada. 7. Quite el encofrado.

Detección de problemas Debe realizarse una inspección visual completa por lo menos una vez al año de todo el equipo rotativo cimentaciones, bases soportes, tuberías, etc. Muchos de estos problemas son bastante obvios.

Consejos para diseñar buenas cimentaciones • Asegúrese que la frecuencia natural del sistema cimentación/estructura/suelo no coincida con cualquiera de las frecuencias o armónicas de la máquina rotativa en funcionamiento (tales como 0.43X, 1X. 2X, 3X, 4X. etc.) poniendo la mayor prioridad en establecer un + 20 % de defase con la velocidad de giro de la máquina asentada en la cimentación que se está considerando. También. busque problemas potenciales relacionadas con las velocidades de funcionamiento de cualquier máquina adyacente para que su velocidad no coincida con la frecuencia natural del sistema que se está instalando. Los criterios de diseño para el cálculo de la frecuencia natural de las cimentaciones y estructuras pueden encontrarse en alguna literatura relacionada al tema. >

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TécIIicas COIl\ClIiOIlalcs y Lascl'

• En el caso que la frecuencia natural calculada de la estructura no coincida con la estructura que se construya, diseñe algunas provisiones para 'sintonizar' la estructura después que la instalación se ha terminado, tales como: extensión de la losa de cimentación, 'accesorios de transición' alrededor de los soportes columnas verticales, sujeciones a cimentaciones adyacentes, etc. • Diseñe la cimentación y la estructura propiciando el espacio suficiente para el tendido de las tuberías y para la ejecución de los trabajos de mantenimiento en el equipo, así como dotar de las previsiones necesarias para el alineamiento de la máquinas. • Provea de juntas vibratorias o espacios de aire entre la cimentación de la maquinaria y la estructura vecina del edificio para prevenir la transmisión de vibración. • Si es posible, provea de una ubicación centralizada, dispuesta con puntos de anclaje a ambos extremos en cada soporte-base en un tren motriz para permitir la expansión térmica lateral del plato soporte. Asegúrese de que haya suficiente espacio en los agujeros de los pernos de anclaje de la carcasa que permita su expansión. • Minimice la altura de la línea central de rotación desde el plato-soporte. • Proteja la cimentación de cualquier calor radiante generado por la maquinaria, del vapor o de cualquier línea caliente de proceso aislándola donde sea posible.

Consejos para la instalación de cimentaciones y de máquinas rotativas

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• Use vibradores de concreto para eliminar las bolsas de aire del encofrado durante el proceso de vaciado, pero cuide de no sobre vibrarlo porque puede provocar que las partículas más grafldes del concreto se asienten en la parte inferior del vaciado. • Chequee el plato-soporte por si esta distorsionado. Los métodos ópticos y laser pueden utilizarse para este fín. Los compensadores de montaje deben maquinarse planos sin que se exceda las 2 milésimas de pulgada (0.05 mm) de diferente entre todos los compensadores.

· Si el plato-soporte está distorsionado, libere los esfuerzos por recocimiento o

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utilizando sacudidores vibratorios.

Arene y recubra el plato-soporte con silicato de zinc inorgánico para prevenir la corrosión y proporcionar una buena adherencia de la lechada.

• Trate de no usar cuñas para nivelar el plato-soporte, esto requiere de un procedimiento de aplicación de la lechada en dos pasos y puede ocasionar agrietamiento en la mezcla donde se retiran las cuñas. Si las cuñas se dejan después del vaciado de la lechada, existe una gran posibilidad de que la lechada se vaya a agrietar y se separe donde están ubicadas las cuñas. En lugar de ello suelde tuercas de 3/4" a 1" (19 Y 25 mm) de hilo fino en el perímetro exterior del plato-soporte para utilizarlos con pernos de nivelación. Pueden utilizarse niveles mecánicos, equipos de alineamiento ópticos y lasers para chequear la nivelación.

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Refiérase a las especificaciones API 610 para más instrucciones sobre el enlechado. Permita una cura mínima de 48 hrs antes de montar el equipo

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• Instale pernos de empuje para conseguir el movimiento del equipo en tres direcciones, vertical, lateral yaxial. Si no se usa pernos de empuje, proporcione suficiente espacio entre ei plato -soporte y el equipo rotativo para insertar una gata hidráulica y poder levantar el equipo p?[a enlainarlo. Esfuerzos debido a Tuberías

Los esfuerzos debido a las tuberías es un problema monumental en al industria. La filosofía de diseño empleada extensamente parece ser que las tuberías deben tener una sujeción floja de modo que puedan moverse y dilatarse cuando lo necesiten. Muchos se sorprenden cuando se enteran que la vaSTa mayoría de las fallas en tuberías se producen por la fatiga cíclica y no por failas de tensión, compresión o corte. La gran mayoría de los soportes de tuberías hoy existentes fueron instalados por maestros tuberos que soportaron las tuberías antes de hacer cualquier conexión. Una regla que ha sido muy utilizado para los' soportes de tuberías ha sido: los menos, lo más endeble y lo más barato es lo mejor. Las fuerzas estáticas producidas por las tuberías con un ajuste o montaje inapropiado no se pueden detectar con una simple inspección visual después de que estas han sido unidas a la bomba o al compresor. La observación de si el resorte soporte colgante está comprimido no indica si la carga está dentro de los límites aceptables. Además, los resortes soportes colgantes solo pueden soportar cargas en una sola dirección. . ¿Qué? si hubieran otras fuerzas actuando en direcciones distintas a la línea de acción del resorte. Aún cuando se hayan incluido juntas de expansión o secciones de manguera flexible en la línea de tuberí.p, estos dispositivos sólo pueden aceptar fuerzas en una o dos planos de movimiento. La instalación de secciones de tubería flexible es precisamente la excusa para cualquiera que haga una instalación deficiente. Las fuerzas de expansión o contracción de las tuberías sujetas a una máquina rotativa que conducen fluidos cuyas temperaturas están por encima o por debajo de la temperatura de la tubería cuando en esta no hay movimiento del fluido pueden causar en la turbomáquina un movimiento enorme y frecuente. Las bridas y conexiones en bombas, compresores, ventiladores, etc. nunca han sido destinas a soportar el peso o los esfuerzos excesivos de las tuberías o ductos. Estos son puntos de conexión de fluidos. La tubería debe tener un mecanismo de soporte adecuado que soporte el peso o los esfuerzos de la tubería en las direcciones horizontal, vertical y axial. Un buen ingeniero de diseño de tuberías, nunca debe ver la brida de un bomba o de un compresor como un punto de anclaje para la línea. La fig. 2-5 muestra un soporte de anclaje ajustable de tubería. Si el desalineamiento de la tubería es excesivo y Ud. no esta dispuesto a realizar la modificación a la línea, puede considerar el uso de soportes similares a estos en las secciones de succión y descarga de las bombas y compresores para prevenir que la tubería cause desalineamiento de las máquinas. Si el esfuerzo de las tuberías es excesivo y no hay soportes en la línea instalada deficientemente, no existe garantía de que el equipo permanecerá alineado largo período incluso así haga Ud. un buen trabajo de alineamiento de la máquina rotativa.

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Figura 2-6. Soporte de anclaje ajustable

Verificación de fuerzas estáticas excesivas de tuberías en equipos rotativos

Desde que [a mayoría de máquinas rotativas se usan para transferir líquidos o gases, las tuberías conectadas indudablemente tienen un efecto en la maquinaria, pudiendo potencialmente ser otra fuente de movimiento de las máquinas debido a: expansíon térmica de las tuberías, fuerzas de reacción por el movimiento de los líquidos en la tubería, el peso de la tubería, o por la compresión o tensión provocada por las tuberías que no han sido apropiadamente instaladas,

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Las fuerzas originadas por una instaiación deficiente de tuberías que provocan el movimiento de las máquinas, pueden verificarse utilizando di;lles indicadores para monitorear el movimiento horizontal y vertical de la carcasa de la máquina. Montando los indicadores en caaa extremo de los elementos de la máquina, afloje todos los pernos de anclaje y observe la cantidad de movimiento que se ven en los indicadores, cualquier fuerza actuante no deseada en la máquina puede determinarse. Si es más de 2 míls (0.05 mm) el movimiento observado, puede ser que sea posible reposicionar los otros elementos del tren motriz sin que se modifique la tubería para eliminar el problema.

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Figura 2-7. Prueba del esfuerzo excesivo por tuberías. Este movimiento también puede verificarse sujetando las abrazaderas al ejes con los diales indicadores montados en las posiciones horarias 12 y 3 en punto en el eje como se muestra en la figura 2-6. El movimiento de más de 2 mils (0.05 mm) en ambos indicadores diales son inaceptables después de que han aflojado todos los pernos de anclaje de la máquina que tiene adher:das las tuberías. Fuerzas aceptables producidas por las tuberías en las máquinas rotativas

Es bastante fácil discutir o tratar el tema de la excesiva fuerza provocadas por las tuberías pero ¿Cuál es el límite de estas? ¿Cuánta fuerza pueden las tuberías inducir en las carcasas de las máquinas? Si se inducen fuerzas excesivas provocadas por las tuberías ¿Qué puede o qué pasará?

Las fuerzas excesivas por las tuberías van a:

• Distorsionar la carcasa de la máquina, variando las tolerancias internas entre las partes móviles y estacionarias de la máquina.

• Provocar que la carcasa de la máquina cambie de posición a corto (o largo)

plazo, rompiendo las condiciones de alineamiento.

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• Provocar que los pernos de anclaje se aflojen o rompan junto con los paquetes de lainas y espigas o pines utilizados. La presunción que hace todo vendedor de equipo rotativo es que no existen fuerzas actuando en las conexiones de las tuberías o duetos cuando la maquinaria este instaiada. El primer problema es que hay demasiados factores involucrados que hará muy difícil llegar a una fórmula para fácílmente calcular las cargas máximas admisibles en las conexiones de los fluidos. Usta de puntos a verificar por inspecci'ón visual Con un intervalo anual (por lo menos), se debe realizar un a inspección visual de toda la maquinaria rotativa que debe incluir los siguientes aspectos o items: • El posicionamiento apropiado de los soportes colgantes de tuberías, que soportan el peso de las mismas. • Las juntas de expansión de las tuberías deben moverse libremente de modo que acepten los movimientos térmicos e hidráulicos. • La soltura de los pernos de las bridas. • El agrietamiento de las bases de concreto o las columnas de soporte. • La propagación de grietas en las juntas del concreto. • La filtración de agua entre el plato-soporte y la cimentación de concreto que pueda dañar la estructura. • Soltura de los pernos de anclaje en la cimentación. • Paquetes de lainas que estén trabajando flojos. • Lainas oxidadas. • Pines guías doblados o rotos. • Lainas con pinturas.

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Unidad 3 Acoplamientos Flexibles y Rígidos Uno de los componentes más im~ºrtantes de cualquier sistema de transmisión motriz es el dispositivo que conecta los ejes rotativos conocido como acoplamiento. Dado que es casi imposible mantener perfectamente colineales las líneas centrales de rotación entre dos o más ejes, los acoplamientos flexibles están diseñados para que puedan soportar un desalineamiento de ejes cuando el equipo esta parado o en operación. Hay una amplia clasificación de diseños de acoplamientos disponibles en una gran variedad de tamaños para cubrir condiciones de operación específicas. El ingeniero de diseño invariablemente pregunta: ¿Porqué hay tantos tipos? y ¿Es uno mejor que otro? La respuesta es simple, no hay LJna forma 'perfecta' para conectar ejes rotatorios. A medida que se avance en esta unidad se. encontrará que probablemente dos o tres tipos de acoplamientos diferentes van a cubrir los requerimientos de un sistema motriz. El que un acoplamiento sea mejor que otro es un término relativo. Si dos o más acoplamientos satisfacen el criterio de selección y brindan un servicio largo y sin problemas, estos son iguales, no mejores. La demanda final es para que Ud. alinee con precisión los ejes, no para que encuentre un acoplamiento que pueda aceptar cantidades gruesas de desalineamiento para compensar su ineptitud. La búsqueda por conectar eficazmente dos ejes rotativos data desde el comienzo de la era industrial. Varios diseños de acoplamientos flexibles surgieron inmediatamente después de la introducción del automóvil desde 1900 a 1920. Como las velocidades de los ejes siguieron incrementándose, los diseños se fueron refinando para aceptar las nuevas de!11andas. A medida que la competencia industrial se hizo más severa, la parada de los equipos vino a ser una de las principales preocupaciones y la industria incrementó su interés en la fallas de los acoplamientos en su esfuerzo por prolongar al vida útil de funcionamiento. Tolerancias de desalineamiento en acoplamientos y diferencia?

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Es importante que la persona que seleccione un acoplamiento no este confundida con el término 'desalineamiento admisible' en ei acoplamiento. Lo~, fabricantes de acoplamientos van a citar información usualmente sobre e¡ desalineamiento admisible para el acoplamiento y no necesan'amente dei equipo que está acoplado, Estas tolerancias pueden llevar a pensar al usuario de que el alineamiento preciso no es necesario ya que ".Ios acoplamientos pueden hacerse cargo de cualquier alineamiento". Es imperativo que Ud. pueda diferenciar entre las tolerancias del acopiamiento y las tolerancias de alineamiento. Las tolerancias de desalineamiento de los acoplamientos citadas por el fabricante de acoplamientos flexibles comúnmente especifican los límites mecánicos o de fatiga del acoplamiento o de los componentes de este. Esta toler::.lncia de desalineamiento es frecuentemente excesiva comparada con las toleré,,'lcías de desalineamiento especificadas en la unidad 4 la se ocupa de los sistemas motrices rotativos vistos como un todo, Las guías de tolerancias de desalineamiento mostrados en la figura 4-4 se preocupa de la conservación por largos períodos de no sólo el acoplamiento. sino también de los ejes, sellos y cojinetes de la maquinaria.

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El rol de un acoplamiento flexible Exactamente ¿qué se supone debe hacer un acoplamiento? Si existiese un acoplamiento 'perfecto', ¿qué incluiría sus características de diseño? -~.

• Admitir cantidades limitadas de desalineamiento angular y paralelo. • Transmitir la potencia. • Asegura que no haya pérdida de lubricante de la caja de grasa del acoplamiento a pesar del desalineamiento. • Fácil de instalar y desmontar. • Aceptar choque torsional y amortiguar las vibración torsional. • minimizar las cargar laterales en los cojinetes debido al desalineamiento. • Admitir el movimiento axial de los ejes (extremos flotantes) incluso en condiciones de desalineamiento del eje sin transferir cargas de empuje desde un elemento de ia máquina o otro. • Permanecer rígidamente sujeto al eje sin ocasionar daños o 'frotación' al eje. • Mantener temperaturas estables debido a su exposición al medio ambiente o por el calor generado por la fricción misma del acoplamiento. • Capacidad de funcionar bajo condiciones de desalineamiento (algunas veces severas) cuando el equipo incialmente se pone en funcionamiento para permitir que el equipo eventualmente asuma su posición normal de operación. • Proporcionar aviso de falla y protección contra sobrecarga para prevenir una rotura temprana del acoplamiento. • Tener un efecto mínimo con el cambio de la velocidad crítica del sistema. Que debe considerarse cuando se especifica un acoplamiento flexible Aunque algunos de los puntos listCldos más abajo pueden no aplicarse a un criterio específico de diseño cuando especifique un acoplamiento flexible para un sistema motriz de su maquinaria rotativa. es buena idea tener conocimiento de todos estos puntos cuando se seleccione ei acoplamiento correcto para el trabajo. • Velocidad y potencia normal. • La potencia I torque máximo que puede ser transmitido a la máxima velocidad (comLlnmente expresado en HP/R.P.M.). • Capacidad de desalineamiento: paralelo, angular y la combinaciones de ambos. • ¿Puede el acoplamiento aceptar la cantidad requerida de desalineamiento cuando los ejes están 'fríos' durante el arranque sin que falle? • Flexibilidad torsional. • Factor de servicio. I Límites del rango de temperatura. • ¿Cómo se sujeta el acoplamiento a los ejes? • El tamaño y cantidad de las chavetas. • El tipo y cantidad de lubricante de los sellos. I Admisible la flotación axial de ejes. • Efectiva expansión o contracción térmica axial de los rotores. • El tipo de ambiente de acoplamíentq al que será expuesto. • ¿Estará el acoplamiento sometido a vibración radial o axial por el equipo? • El diámetro de los ejes y la distancia entre ambos ejes. • Tipos de extremos de eje (agujero recto, ahusado o cónico, roscado, etc.). • El torque requerido de arranque y de funcionamiento.

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¿Son los torques de funcionamiento cíclicos o permanecen estables';: ¿Dónde puede producirse la faJla y qué ocurrirá? El ruido y la fricción con el aire que será generado por el acoplamiento. El costo y la disponibilidad de repuestos. _. Las resonancias lateral y axial del acoplamiento. Especificaciones de protección del acoplamiento: tamaño, control del ruido y de la fricción con el aire. • Procedimiento de instalación. • Momentos de inercia • El calor generado por el desalineamiento, fricción del aire, fricción.

Tipos de acoplamientos flexibles

Los acoplamientos que se muestran en esta unidad son algunos de los acoplamientos más usados hoy en día en la industria. pero de ninguna manera reflejan todos los tipos, tamaños o fabricantes. La información presentada para cada acoplamiento esta referida a su capacidad. velocidades máximas. diámetros del agujero del eje y la distancia entre ejes, son rangos generales y no reflejan los valores máximos o mínimos posibies disponibles para cada uno de los diseños. Hay cinco categorías amplias de acoplamientos flexibies: • • • • •

Miniatura Flexible mecánicamente Elastomérico De membrana/disco metálico Varios

La capacidad de desalineamiento no esta dada por una variedad de razones:

1. Los fabricantes de acoplamientos similares no han llegado a un acuerdo o publicado valores idénticos para el desalineamiento angular y paralelo. 2. Los fabricantes rara. vez especifican si los máximos valores para el desalineamiento angular y paralelo están separados o son una combinación de ros valores establecidos para el desalineamiento angular y el paralelo. 3. Es la intención o propósito del curso proporcionar al participante la información sobre la habilidad para conseguir alineamientos precisos entre los límites de cualquier diseño de acoplamiento. Los fabricantes de acoplamientos asumen que el usuario hará trabajar el acoplamiento dentro de los valores de desalineamiento límites establecidos. Si su equipo rotativo o acoplamiento ha fallado debido al excesivo desalineamiento. es su falla. Esto no quiere decir que todos los acoplamientos aceptan la misma cantidad de desalineamiento máximo o que estos. valores admisibles no van a in"fluenciar en la selección del acoplamiento. Siempre consulte con su vendedor o fabricante de acoplamientos acerca de sus necesidades de acoplamiento. Si no se esta satisfecho necesita hacer una selección apropiada de acoplam:ento, consulte a la. variedad de fabricantes (o usuarios finales) para comentar sobre el diseño o la· identificación y eliminación de problemas.

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Figura 3-1. Acoplamientos flexibles miniatura. Aunque hay una variedad de diseños de acoplamiento que se ajustan a dispositivos de potencia fracciona tales como los servomecanismos, primeramente se mostrará los acoplamientos flexibles utilizados en la transmisión de alta potencia y alta velocidad de las turbomaquinarias. Sin embargo, para darle al participante una idea de la diferencia de diseño entre un acoplamiento de potencia fraccional y uno de alta potencia, la figura 3-1 muestra unos cuantos de estos diseños de potencia fracciona!.

Diseños de acoplamiento mecánícame9te flexibles Acoplamientos de cadena Los acoplamientos de cadena son básicamente dos catalinas idénticas con dientes endurecidos conectados por rodillos anchos dobles o cadena tipo 'silent'. La lubricación por grasa empaquetada se utiliza con este tipo de construcción la cual necesita de una cubierta de sellado de las cremalleras. Un pin desmontable o eslabón maestro (seguro) permite el desmontaje de la cadena. El juego y la flexibilidad de los rodillos admiten desalineamiento y una flexibilidad torsional iímítada. - Capacidad: (silent)

hasta 1000 HP. a 1800 r.p.m. (rodillos), 3000 HP a 1800 r.p.m.

- Máxima velocidad: hasta las 5000 r.p.m. - Agujeros de ejes: hasta las 8" (200 mm aprox.). - Espaciado entre ejes: determinado por el ancho de la cadena, generalmente de 1/8" a 1/4" (3 a 6 mm aprox.) Diseños especiales y consideraciones: el desgaste por lo general se produce en los dientes de la catalina debido al desalineamiento excesivo o a la falta de lubricación. La flexibilidad torsional' esta limitada por la capacidad a ceder de la cadena.

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Figura 3-2. Acoplamiento flexible tipo cadena. Ventajas: • Fácil de desmontar y montar • Poco número de partes Desve ntajas: • Velocidad limitada debido a la dificultad de mantener los requerimientos de balanceo. • Requerimientos de lubricación. • Admite desplazamiento axial limitado. Acoplamientos de engranajes

El acoplamiento flexible de engranajes está compuesto de dos cubos o mazas con dientes de engrane externos que se sujetan a los ejes. Una cubierta o manguito que engrana con los cubos de los ejes permite la transmisión de potencia. Los. juegos de los dientes del engranaje y su perfil admiten desalineamiento entre ejes. Se requiere la lubricación de los dientes de los engranajes y ios variados diseños admiten como lubricante la grasa o el aceite. - Capacidad: hasta 70,000 HP - Máx. velocidad: hasta las 50,000 r.p.m. - Agujeros de ejes: hasta 30 "(75 cm aprox.). - Espaciado de ejes: hasta 200 " (500 cm aprox.) Diseños especiales y consideraciones: Se le presta una considerable atención a la forma del diente y al perfil del diente el cual progresivamente a través de los años ha sido desarrollado para conseguir un mínimo de desgaste de las superficies apareadas de los conjuntos de engranajes interno y externo.

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Figura 3-3. Acoplamiento flexible tipo engranajes Para proporcionar buenas características de balance, la punta de los diente del engranaje exterior son redondeados y estrechamente ajustados en el engrane del manguito cubierta de mazas. Si el ajuste es demasiado apretado, el acoplamiento no podrá aceptar desalineamiento sin dañar el acoplamiento o el equipo rotativo. Si esta demasiado flojo;! la excesiva luz causará un desbalance. La obtención de un buen ajuste puede ser muy difícil cuando las mazas del acoplamiento tienen una expansión térmica y se contraen sobre el eje produciendo un incremento del diámetro de los engranajes externos. Como regla conocida, se puede usar 1 mil por pulgada (0.02 cm por 2.5 cm aprox) del diámetro del diente del engranaje externo como juego. La cantidad de desalineamiento en el acoplamiento de engranajes directamente afecta el desgaste que se producirá en los dientes del engranaje. Bajo condiciones de excesivo desalineamiento, la carga será soportada por los extremos de los flancos de los dientes y eventualmente producirán estrías de los dientes del engranaje interior y "extremos afilados" del engranaje externo desde que el esfuerzo de compresión es extremadamente alto, expulsará cualquier película de lubricación produciéndose el contacto metal con metal. Ventajas: • Admite libre movimiento axial. • Capaz de trabajar a velocidades altas. e

Bajo peso en voladizo.

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Buenas características de balance con ajustes apropiados y con la curvatura del perfil en la punta del diente.

• Largo historial de aplicaciones exitosas.

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Desventajas, • Requiere lubricación. • Temperatura de operación limitada debido ~Uubricante. • Dificultad para calcular las fuerzas y momentos de reacción de rotores de maquinaria cuando se usan estos acoplamientos desde que los valores del coeficiente de fricción entre los dientes del engranaje varían considerablemente.

Acoplamientos de cinta metálica (Metal ribbon) El acoplamiento de cinta metálica está :ompuesto por dos cubos con ranuras axiales en el diámetro exterior de los cubos donde una rejilla continua en forma de '8' encaja en las ranuras. Se consigue un desalineamiento y movimiento axial por la flexión y deslizamiento de la rejilla especialmente enrollado o encajado en los dientes ranurados de la maza. - Capacidad: hasta 70,000 HP /100 r.p.m. - Máxima velocidad: hasta 6000 rpm. - Agujeros de eje: hasta 20" (SO cm aprox.). - Espaciado entre ejes: hasta 12 (30 cm aprox.). ti

Diseños especiales y consideraciones: Las rejillas son fabricadas de acero de alta resistencia y endurecido. Posee mazas de acoplamiento cerradas con espaciador desmontable.

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Figura 3-4. Acoplamiento tipo cinta metálica.

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Desventaías: • Requiere lubricación. • Limitación de temperatura. • Limitación de velocidad. Acoplamientos de junta universal es el como forma forma

Probablemente el más antiguo de los acoplamientos flexibles en existencia acoplamiento de junta universal. Este acoplamiento es conocido también Cardan o unión Hooke. El diseño básico consiste de un eje con extremos en de 'U' , con agujeros taladrados en cada 'U' para que acepte una cruceta en de '+'.

Figura 3-5. Junta acoplamiento universal Si se usa solo una junta universal para conectar dos ejes, en esta solo puede haber desalineamiento angular donde las líneas centrales de rotación interseca e[ centro de cruceta. Para que un acoplamiento flexible acepte ambos desalinemiento el angular y el paralelo, debe haber por jo menos dos puntos flexibles. Es por ello que casi todos los acoplamientos de junta universal tienen dos ensambles crucetas/yugos como se ilustra en la figura 3-5. c--­

Cuando se usa una junta universal es importante reconocer que la variaciones en la velocidad angular se van a producir entre [os dos ejes conectados, usualmente referidos como el "error del Cardán". Un movimiento sinusoidal se producirá en la direcciones axial y torsional produciendo vibraciones axiales y torsionales, vibración particularmente si el torque que esta siendo transmitido y la velocidad rotacional son altos.

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Figura 3-6. Los fundamentos de las juntas acoplamiento universal Cuando se usan dos juntas universales es importante reconocer que se producirá un movimiento sinusoidal en las direcciones axial y torsional si los ángulos 'entrante' y 'saliente' no son los mismos. como se muestra en la figura 3­ 6. Cuando estos ángulos son los mismos en ambos planos habrá un balance cinético a traves del acoplamiento que cancela la reacción torsional y de empuje .-1

Acoplamientos elastoméricos

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Una amplia variedad de distintos diseños emplean un medio elastomérico Casi todos estos para transmitir el torque y acomodar el desalineamiento. acoplamientos son 'suaves' torsionalmente para absorber altos torques y cargas pulsantes. - Capacidad: hasta 67,000 HP/ 100 r.p.m. pero varia ampliamente con el diseño. - Máxima velocidad: aprox. 5000 r.p.m. (varía ampliamente con el diseño). - Agujero de eje: hasta 30

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(75 cm aprox.).

- Espaciado de ejes: hasta 100 " (254 cm) varía ampliamente. Diseños especiales y consideraciones: Existe una larga colección de diseños variables. El medio elastomérico es generalmente caucho natural o sintético, uretano, nylon, teflón, etc.. Desde que el eslastómero es marcadamente más suave que las masas o cubos y elementos motrices sólidos (cuñas, pines, mordazas, etc.) el desgaste es mínimo por lo quese necesita usualmente solo el remplazo del elastómero como servido periódico. Ventajas. e

Desgaste mínimo del acoplamiento.

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Actúa como un aislador de la electricidad en algunos diseños.

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• Acepta algún movimiento axial y amortigua la vibración axial. • No requiere de lubricación. Desventajas: • Velocidad limitada debido a la distorsión del elastómero por las altas fuerzas centrífugas causando des balance. • Deterioro del elastómero por: temperatura, oxidación del caucho, corrosión por ataque de ambientes inadecuados. • Peligro potencial de la seguridad si la parte elastómerica se suelta de los elementos motrices. • Se genera calor por el flexionamiento cíclico del elastómero.

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Figura 3-7. Acoplamientos trpos elastoméricos

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Diseños de acoplamientos tipo disco/membrana metálica Acoplamientos de diafragma La transmisión de potencia se produce.él través de dos diafragmas flexibles de metal, cada uno empernado al borde exterior de las mazas de los ejes y conectados por un tubo espaciador. Se consigue un desalineamiento y desplazamiento axial mediante el flexionamiento de las partes del diafragma, - Capacidad: hasta 30,000 HP, - Máxima velocidad: hasta 30,000 r.p,m. - Agujeros de eje: hasta 7

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(18 cm aprox.)

- Espaciamiento entre ejes: 2 a 200 " (5 a 500 cm aprox.), Diseños especiales v consideraciones: Los acoplamientos de diafragma de metal son componentes motrices altamente confiables cuando operan dentro de sus rangos establecidos. El exceso de los vaiores admisibles de desa/ineamiento angular y /0 paralelo, o del espaciamiento axial, eventualmente producirá que falle el disco. Desde que del diafragma es, en efecto un resorte, debe darse importancia al porcentaje de la elasticidad axial y las características vibracionales para asegurar que la frecuencia natural de acoplamiento del diafragma no coincida con las velocidades de rotación o las armónicas en el sistema motriz. Ventajas: • Características de balance excelentes. • No requiere de lubricación, • Bajo peso del acoplamiento y fuerzas de flexión sobre el eje cuando opera entre los límites de alineamiento, • Acepta altas temperaturas ambientales. Desventajas • Limitado desplazamiento axial y oscilación • Los requerimientos del espaciamiento entre ejes son generalmente más estrictos que otros tipos de acoplamientos. • El desalineamiento excesivo transmitirá altas c3rgas a los ejes.

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Figura 3-8. Acoplamiento tipo diafragma.

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Acoplamientos de disco flexible Los acoplamientos de disco flexible son muy similares en los principios de diseño a los acoplamientos de diafragma con la excepción se utiliza múltiples discos muy delgados o partes flexibles no circulares como elementos flexibles en lugar de elementos de contorno circular del diafragma. - Capacidad: hasta 65,000 HP / 100 r.p.m. - Velocidad máxima: hasta 30,000 r.p.m. - Agujeros de ejes: hasta 12·" (30 cm aprox.) - Espaciado de ejes: hasta 200 " (500 cm aprox.). Diseños especiales y consideraciones: Es importante observar que se necesitan dos paquetes de discos (o diafragmas) para componer un desalineamiento paralelo por cuanto un solo disco puede soportar solo desalineamiento angular puro. El pliegue en los discos brindan rigidez lineal vs características flexibles como lo opuesto a los discos de perfil plano. Una vez más, la información de resonancia del acoplamiento axial debe conocerse para prevenir problemas que pueden coincidir con las velocidades de funcionamiento de las maquinas, ordenes de armónicas muy altas, o fuerzas mecánicas subsincrónicas (golpe de aceite, soltura de la carcasa de chumacera, juegos inducidos por remolinos, etc.). Ventajas y desventajas: - Los mismos que los acoplamientos de diafragma.

Figura 3-9. Acoplamiento tipo disco flexible.

Acoplamientos de varios diseños Acoplamiento de eslabón flexible

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El acoplamiento de eslabón flexible utiliza una serie de enlaces cruzados, eslabonados metálicamente con un extremo de cada eslabón sujeto a un disco montado en el eje motriz. Los eslabones están apareados de tal forma que cuando El desalineamiento y el uno está en tensión el otro está en compresión. desplazamiento axial se consigue por la acción flexible en !a serie de eslabones cruzados. - Capacidad: hasta 1100 HP/ 100 r.p.m.

36

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Técnicas Con\'cnilJlIa!cs

j'

L;lscr

- Máxima velocidad: hasta 1800 r.p.m. - Agujeros de eje: hasta 20 " (SO cm aprox.). - Espaciamiento entre ejes: acoplado junt~~? espaciado de 100 mm para ciertos diseños. Se puede instalar un dispositivo de Diseños especiales y consideraciones: 'fijación' axial para prevenir cualquier movimiento axial no deseado. Diseños diferentes pueden adecuarse a una rotación unidireccional o bi-direccional.

Figura 3-10. Acoplanyento tipo eslabón flexible Ventaias: o

No requiere de lubricación.

Desventajas: • Movimiento axial limitado . • Capacidad de desalineamiento desalineamiento angular).

limitado

(puede

aceptar

solo

puro

Acoplamiento de ballesta o resorte de hojas

Este acoplamiento emplea una serie de conjuntos de hojas resorte radialmente posicionados sujetas a la parte motriz por el exterior y que encajan en las ranuras axiales de la parte interna del conjunto. La cámara alrededor de cada conjunto de hojas se llena con aceite. Cuando el paquete de hojas se flexiona. se produce la amortiguación a medida que el aceite fluye desde un lado del paquete al otro. - Capacidad: hasta 15,000 HP ! 100 r.p.m. - Máxima velocidad: 3600 r.p.m. - Agujeros de eje: hasta 12 " (30 cm aprox.) .. - Espaciado de ejes: hasta 40 pulgadas.

37

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Técnicas COIIVCllioll:l!cS y Lascr

Diseños especiales y consideraciones: Diseñados inicialmente para máquinas Capaz de transmitir valores de torques pulsantes reciprocantes y diese!. substancialmente mayores que otros acoplamientos hasta que las hojas alcancen su movimiento angular máximo admisible, donde la rigidez radial se incrementa substancialmente. Pueden instalarse hojas con- rigidez variada en cada tamaño de acoplamiento para que coincida con )os requerimientos torsionales del sistema motriz.

Figura 3-11. Acoplamiento tipo ballesta -1

"

Ventajas: • Características torsionales suaves con buena amortiguación.

[

• Movimiento axial del eje libre.

I

• Requiere de lubricación para la amortiguación.

r

• Las características torsionales cambian drásticamente con la pérdida de aceite.

I

r r r

r r

Desventajas:

• Temperatura limitada debido a la lubricación.

Acoplamiento de transmisión con pines

Posee una serie de pines con resorte que están montados cerca del diámetro exterior donde encajan en una serie de agujeros taladrados entre ambas mazas de los ejes. Algunos pines consisten en un paquete de resortes planos con abrazaderas cilíndricas en cada extremo que actúan como elementos flexibles. - Capacidad: hasta 3800 HP a 100 r.p.m. - Velocidad máxima: hasta 4000 r.p.m. - Espaciado entre ejes: acoplamiento cerrado (1/8" a 1/2" ó 3 a 13 mm). Diseño especial y consideraciones: Los pines de transmisión son fabricados para amoldarse a varios requerimientos de flexibilidad.

38

Ventaías: • Pueden adaptarse para desplazamientos axiales hasta 0.5 pulgada. • No requieren lubricación. Oesvemaías: • Capacidad de desalineamiento limitada.

Figure 3-12. Acoplamiento. tipo transmisión con pines . "

.'

Diseño de acoplamientos rígidos

Aunque hoy los acoplamientos flexibles se utilizan en la vasta mayoría de sistemas de transmisión de las máquinas rotativas, los acoplamientos rígidos mantienen un puesto y son frecuentemente utilizados en los sistemas donde se producen pequeños desalineamientos y en situaciones donde las potencias altas se transmiten de eje a eje o en aplicaciones de bombas verticales donde uno de los cojinetes del tren motriz soporta el peso (empuje) de la armadura y de los rotores de la bomba. Es importante reconocer que cuando los dos ejes están conectados con acoplamientos rígidos, los dos ejes se comportan como si fueran un eje continuo. Es por ello que las tolerancias de 'desalineamiento' para los acoplamientos rígidos son las mismas que las aplicadas para las condiciones de 'runout' en ejes individuales como el tratado en la Unidad 5. Hay dos técnicas clásicas de alineamiento de acoplamientos rígidos.: el método de los 16 puntos el que se verá en la Unidad 6. Lubricación de acoplamientos flexibles

Hay básicamente dos métodos utilizados para la lubricación de . acoplamientos: de una solo carga o de alimentación continua. Las grasas son generalmente usadas en los acoplamientos de una sola carga y el tipo es generalmente especificada por el fabricante del acoplamiento.

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39

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Técnjcas COllycnjollales) Lascr

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Figura 3-13. Acoplamiento rígido Los problemas que pueden producirse en los acoplamientos engrasados por cargas son: 1. Pérdida de lubricante debido a fugas por: los sellos de lubricación, los canales de las chavetas, las caras de la bridas hermanadas, o los tapones de llenado. 2. Calor excesivo generado en el acoplamiento por la lubricación deficiente, desalineamiento excesivo. o por la pobre disipación del calor dentro de la guarda del acoplamiento el cual reduce la viscosidad y acelera la oxidación. 3. Lubricación inadecuada. 4. Las fuerzas centrífugas generadas en el acoplamiento puede ser lo suficiente altas como para separar la grasa en aceite y jabón. Debido a que el jabón tiene una gravedad específica mayor que la del aceite, eventualmente este se acumulará donde la fuerza es la más alta (especialmente donde están ubicados los dientes del engranaje) provocando un desprendimiento por sedimento. Periódicamente inspeccione el interior de la guarda del directaménte debajo del acoplamiento detectando cualquier fugas. no continúe añadiendo lubricante puesto que el aceite se perderá jabón quedará. Limpie a fondo el acoplamiento, reemplace los rellene con la cantidad y tipo correcto de lubricante.

acoplamiento y Sí existe esta, mientras que el sellos y juntas,

Instalación de Acoplamientos

Una vez que el acoplamiento flexible haya sido seleccionado para un servicio específico, el siguiente paso importante es su instalación apropiada. Es bastante fácil destruir un acoplamiento costoso debido a mal ajuste en el eje, a dimensiones incorrectas dela chaveta, a la medición impropia de los diámetros de los ejes y otras cosas como esas. Después que el acoplamiento haya sido desembalado deben de realizarse los siguientes pasos antes de proceder a su in$talacíón: 1. Asegúrese que sea el tipo correcto de acoplamiento pedido y que viene con todas sus partes (pernos, carrete espaciador, mazas, cubierta, empaquetaduras, etc.).

40

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Técnicas COIIHllionalcs Y' Llscl"

2. Compruebe todas sus dimensiones utilizando el dibujo que viene el listado de partes, preste particular importancia a los agujeros de las mazas, las dimensiones de la chaveta y la longitud del carrete espaciador. 3. Mida el eje donde el acoplamiento ahusamíento, canal chavetero, etc.).

será

instalado

(diámetro

exterior,

Si es posible, arme completamente el acoplamiento antes de instalarlo en el eje, chequeando el juego apropiado de los dientes de engranaje, el ajuste de la pieza elastómera, ios juegos del diámetro de los agujeros de pernos y las luces.

,\;ominal shaft diameter

~ominal Key

5ize

Height (H) over 0.31250 0.-1.3;50 0.56250 0.:37500 1.25000 L3'"750{\ 1.7500u 2.25000 2.75000 3.25000 3. :5000 -150000 5.500()0

to (inclusive) 0.-13750 0.56250 0.S75(1) 1.25000 1.37500 1."'5000 2.25000 2.75000 3.25000 3.75000 -1.50000 5.50000 6.50000

Width (W) 0.09375 0.12500 0.IS750 0.25000 0.31250 0.37500 0.50000 0.62500 0.75000 0.87500 1.00000 1.25000 1.50000

6.5UCOO ¡50000 9,()I)I)00

7.50(1)0 9.000CO I 1.O()I)I)O

1.75000 2.00000 2.50000

~ominal Keyseat

Depth IHJZ)

Square Rectangular 0.09375 0.09375 0.12500 0.12500 0.18/50 0.18750 0.25000 0.25000 0.31250 0.25000 0.37500 0.37500 0.50000 0.-13750 0.62500 0.50000 0.75000 0.62500 0.87500 0.75000 1.00000 1.25000 0.87500 1.50000 1.00000

Square Rectangular 0.0-1688 0.0"+688 0.06250 1).06250 0.09375 0.09375 0.12500 0.12500 0.15625 0.12500 0.18750 0.18750 0.25000 0.218'75 0.31250 0.25000 0.37500 0.31250 0.-13750 0.37500 0.50000 0.62500 0.-13750 0.75000 0.50000

1.75000 2.00000 2.50000

0.87500 1.00000 1.25000

1.50000 1.50000 1.75000

0.750CO 0.75000 0.37500

* Dimensiones en pulgadas

Tabla 3-1.Tamaños de Chavetas y Canales Chaveteros para Distintos Diámetros de Ejes

41

AOEMIN5M

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Técnicas COl1vcniol1alcs y Lascr

Unidad 4 Definición de Desalineamiento - Alineamiento

y Tolerancias en Acoplamientos ¿Qué es exactamente el desalineamientode ejes?

Como se mencionó en la Unidad 1, el desalineamiento de ejes se produce cuando las líneas centrales de rotación de dos (o más) ejes de máquinas no se éncuentran en línea. A pesar de lo simple que parece, el desalineamiento todavía produce una considerable confusión entre las personas que precisamente están comenzando a estudiar este tema cuando tratan de precisar la cantidad de desalineamiento que puede existir entre dos ejes acoplados rígida o flexiblemente. ¿Qué exactitud debe tener el alineamiento? ¿Cómo se mIde el desalineamiento cuando hay acoplamientos de diseño diferente? ¿Dónde debe ser medido el desalíneamiento? ¿Se mide este en términos: de mils, grados, milímetros de desfase "offset", segundos de arco, radianes? ¿Cuándo debe medirse el alineamiento? ¿Cuando las máquinas están paradas o cuando están funcionando? Medición de Angulos

Hay 360 grados en un círculo. Cada grado puede dividirse en 60 partes llamados cada una minutos de arco y cada minuto de arco puede dividirse a su vez en 60 partes llamadas segundos de arco. 'Por tanto, hay 21,600 minutos de arco y 1,296,000 segundos de arco en un círculo. Otra forma de expresar los círculos es mediante el uso de radianes. Todos los círculos están relacionados matemáticamente por ~ número irracional llamado pi, el cual es aproximadamente igual a 3.14159. Hay 2'radianes en un círculo. Por tanto un radian es igual a 5].295,828 grado,;, ¿Significan lo mismo nivel que alineamiento?

No, el término nivel esta relacionado a la fuerza de gravedad de la tierra. Cuando un objeto esta en posición horizontal o los puntos de su lado largo están a la misma altitud. el objeto se considera que está a nivel. Otra forma de establecer este es sí la superficie del objeto es perpendicular a las líneas de fuerza gravitacionales. Una cimentación de una máquina rotativa a nivel en Arequipa puede no estar en paralelo con una cimentación de una máquina rotativa ubicada en Piura debido a que la superficie de la tierra es curva. Es posible, aunque raro, tener un tren motriz de máquinas a n'vel y alineado. También es posible tener un tren motriz a nivel y no alineado; también es posible tener un tren motriz alineado y no a nivel. Dado que el alineamiento de ejes trata específicamente con las iíneas centrales de rotación de los ejes de la maquinaria es o no posíbie tener las líneas centrales de rotación perpendiculares a las líneas de la fuerza gravitacional.

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42

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Técnicas COIIHniuJlalcs y Laser

I

Desnivel Máximo Recomendada

Desnivel Mínimo Recomendada

Tipo de Máquina

I

.-.

IMáquinas de proceso Igeneral soportados en

10 mils / pie (0.84 mm/m)

30 mi/s / pie (2.5 mm/m)

5 mils / pie (0.42 mm/m)

15 mils / pie (1.26 mm/m)

5 mils / pie (0.42 mm/m)

20 mils / pie (1.67 mm/m)

I cojinetes antifricción ¡

Máquinas procese de general soportados en (hasta cojinetes planos 1500 HP) ¡

de proceso Máquinas ¡soportados en cojinetes antifricción (más de 500 I HP)

I

.

I I

Máqumas de proceso 1 soportados en cojinetes 2 mils / pie (0.17 mm/m) planos (más de 500 HP) I

I Máquinas i

herramientas

1 mil/pie (0.83 mm/m) Nota: 1 mils

!

=0.001"

I ¡

I

I I

8 mils / pie (0.67 mm/m) ,

5 mils / pie (042 mm/m)

=0.025 mm

Tabla 4-1. Rangos de nivel recomendagos para máquinas rotativas montadas horizontalmente

Tipos de desalineamiento El desalineamiento de ejes puede producirse de dos formas básicas: paralelo y angular como se muestra en la figura 4~1. En el campo, en las condiciones reales, usualmente se tiene una combinación de ambos desalineamientos de modo que la medición de la posición relativa entre ejes se hace un poco complicado en las tres dimensiones, especialmente cuando se trata de mostrar esta relación en dos dimensiones en una hoja de papel.

Definición del desalineamiento de ejes En términos más precisos, el desalineamiento de ejes es la desviación de la posición relativa del eje desde una línea central de rotación colineal medido en los puntos de transmisión de potencia cuando el equipo esta funcionando a sus condiciones normales de operación. Para entender mejor esta definición, disgregaremos cada parte de este enunciado para ilustrar lo tratado. Estar colineales significa estar en la misma línea. Si dos ejes están colineales, entonces están alineados. La deSViación de la posIción relativa del eje da cuenta de la diferencia medida entre la línea de rotación actual de uno de los ejes y la proyección de la línea central de rotación del otro. La Fig. 4-1 muestra una situación común de desalineamiento en un motor y bomba.

43

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T0cllíca.'i COIlHniullales y Laser

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I

Para que un acoplamiento flexible acepte ambos desalineamientos paralelo y angular debe haber por lo menos dos puntos donde el acoplamiento pueda 'flexionarse' o pueda acomodarse a las condiciones de desalineamiento. Proyectando la línea central de rotación del eje del motor hacia el eje de la bomba (y recíprocamente la línea central de rotación d~1 eje de la bomba hacia el eje del motor) hay una desviación medible entre las líneas centrales proyectadas de cada eje y las líneas centrales actuales de los ejes donde la potencia se está transmitiendo a través del acoplamiento desde un punto de 'flexión' a otro. Desde que se mide el desalineamiento en dos planos (vertical y horizontal) habrán cuatro desviaciones que pueden ocurrir en cada acoplamiento flexible. En un tren motriz montado horizontalmente, dos de estas desviaciones se producen mirando desde la vista superior, describiendo la cantidad de desalineamiento lateral (lado a lado). Dos desviaciones más se producen cuando se mira el tren motriz desde un lado el cual describe el desalineamiento vertical (arriba y abajo). El objetivo principal de la persona que está realizando el alineamiento es posicionar las carcasas de las máquinas de tal manera que todas las desviaciones estén por debajo de ciertos valores de tolerancia. Desalineamiento Paralelo

Desallneamiento Angular

I

[

I

r

En la vida real normalmente se presenta una combinación de ambos desalineamientos

[

r

r

[

r r

Fig.4-1. Como los ejes pueden estar desalineados

44

AOEM,tJSAl!

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Técnicas Co/nocniollales y Laser

Hay tres factores que afectan el alineamiento de la máquina rotativa: la velocidad del tren motriz, la máxima desviación en los puntos flexibles o de transmisión de potencia I recepción de potencia, y la distancia entre los puntos flexibles o puntos de transmisión de potencia. o-o

eje motriz

, I

I I

eje impulsado

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i:>

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I

1/

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,

) I

j driven offse

driver offset (in mils)

desalineamiento paralelo del eje impulsado

El desalineamiento es la desviación de la posición relativa del eje desde una linea central de rotación colineal medida en los puntos de transmisión de potencia cuando el equipo esta funcionando a sus condiciones normales de operación. Fig. 4-2. Definición del desalineamiento de ejes.

I I

I

La última parte de la definición del desalineamiento de ejes es probablemente la más difícil de abordar, y usualmente ei aspecto del alineamiento que con más frecuencia es ignorado. Cuando el equipo rotativo entra en funcionamiento, los ejes comenzarán a moverse a otra posición. La causa más común para que este movimiento se produzca son los cambios de temperatura que se producen en la carcasa de la maquinaria. por ello, este movimiento está comúnmente referido como alineamiento en frio y en caliente. Estos cambios de temperatura son provocados por la fricción en los rodamientos o por cambios térmicos que se producen en líquidos y gases del proceso. El movimiento de la maquinaria puede también ser causado por los momentos de reacción cuando se sujetan las tuberías o las reacciones debido al rotación del rotor.

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45

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Técnicas CUIl\'cnionaJcs y Lascr

Como determinar las tolerancias de alineamiento Encuentre la más grande de las cuatro desviaciones y divídala entre la distancia entre los puntos de transmisión para detecminar la desviación máxima de desalineamiento. -,

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puntos de transmisión de potencia .~

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distancia entre los puntos de transmisión de potencia

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la más grande de las tres desviaciones Por ejemplo: Si la más grande de las cuatro desviaciones es 6 mils (0.15 mm), y la distancia entre los puntos de transmisión de potencia es 4 pulg (100 mm aprox.) se tiene que 1.5 mils/ pulg (0.15 mm/ 100 mm aprox.) es la máxima desviación. Fig. 4-3. Como determinar las tolerancias de alineamiento. Alineamiento de acoplamientos vs alineamiento de ejes Frecuentemente las personas utilizan el término 'alineamiento de ejes y 'alineamiento de acoplamiento' indistintamente. ¿Hay realmente alguna diferencia? Note en la Fig. 4-5 que los centros de rotación del eje de la izquierda está en línea con el agujero del semicople del eje de la derecha, pero no está en línea con la línea central de rotación del eje de la derecha. Por pura definición, los ejes están alineados cuando los centros de rotación son colinea\es. Este es un punto muy importante en ie alineamiento de máquinas rotativas que un vasto número de personas no toma en cuenta. Es posible alinear las líneas centrales de rotación de ejes de maquinaria que están combados o tienen un defectuoso el agujero del semicople y no saber nunca que este tipo de defectos existen.

46

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Técnicas COIl\'elliollalcs y Lascr

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Maxima desviación en ambos puntos de transmisión de potencia

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4

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12

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22

24

26

velocidad (RPM x 1000)

Figura 4-4. Guía de Tolerancia de Alineamiento para maquinaria rotativa acoplada flexiblemente. si se rota solo este eje. se alineará la linea central de rotación con la línea c2ntral de agujero mal maquinado del acoplamiento y no con la 1inea central de rotación del eje

r r

r

Para el alineamiento de las líneas centrales de ejes con defectos 'de maquinado' deben de rotarse los dos ejes juntos

,1

línea c~ntral de rotación -------- línea central de rotación del cubo del acoplamiento

linea central del perímetro

exterior del acoplamiento

Figura 4-5. Alineamiento de una línea central de rotación con el centro de un agujero mal maquinado en un maza de acoplamiento

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Técnicas COIlHlliollalcs y Lascr

Note en la Fig. 4-6 que cuando el eje rota, su línea central de rotación está recta pero el eje por sí solo no. En esta situación ¿qué trataremos de alinear el eje de la derecha a la línea central del agujero del semicople o a la línea central de la rotación? La respuesta correcta debe ser. porqué se deberá tratar de alinear maquinaria que tiene ejes flexionados o un semicople con un agujero mal maquinado?

línea centrai de rotación de eje doblado

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línea central del agujero i...J _//, del cubo del acoplamiento - - - : ! . . . J

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Fig. 4-6 Alineando un eje combado? ¿Qué tan rectos son los ejes de la maquinaria rotativa? La presunción que mucha gente se hace es que las líneas centrales de rotación en las máquinas son líneas perfectamente rectas. En ejes orientados verticalmente esto puede ser cierto, pero la vasta mayoría de máquinas rotativas tienen sus ejes montados horizontalmente y los pesos de sus ejes y componentes a ellos sujetos originan que los ejes se flexionen debido a su propio peso. Esta curvatura que ocurre naturalmente en el rotor de las máquinas se le refiere usualmente como la curva catenaria. Defi niciones catenaria - la curva asumida por una cuerda perfectamente flexible inextendible de densidad uniforme suspendida en dos puntos fijos. catenoide - la superficie descrita' por la rotación en la la línea central de rotación de una catenaria La cantidad de deflexión depende de varios factores tales como la rigidez del eje, la cantidad de peso entre los puntos de soporte. el diseño de los cojinetes y la distancia entre los pumas de soporte. Para la vast¿ mayoría de máquinas rotativas en existencia, esta flexión o curva es despreciable y para todo propósito práctico ignorado.

48

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Técnicas COlll'Cníolla)cs y I.:lscr

En trenes motrices extremadamente largos sin embargo (turbinas de plantas de generación eléctricas e instalaciones MG en la industria metal mecánica) esta curva catenaria debe ser tomada en consideración.

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Figura 4-7. La flexión natural de los ejes debido a su propio peso

49

AOEMINS¡¡¡¡

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TécniC3S COII\'clJioJlalcs y L~lSCr'

Unidad 5

Inspecciones Preliminares de Alineamiento

Quizás sea este uno de los pasos que más se pasa por alto en el proceso de

alineamiento de las máquinas rotativas. Por lo genera! desgraciadamente, las

personas que se saltan este paso tienen problemas posteriormente cuando

intentan alinear con precisión los ejes, añadiendo y quitando lainas varias veces en

las patas de la maquinaria y muy frecuentemente se encuentral} "persiguiendo su

cola" tratando de reposicionar las máquinas lateralmente varias veces con éxito

parcial o sin él. Después de perder muchas horas en su intento de alinear la

maquinaria, se dan cuenta que algo esta mal y reinician el tré;ibajo chequeando

muchos de los problemas que aquí se listan.

En la Unidad 1, se revisaron los 8 pasos básicos de un proceso de

alineamiento de máquinas rotativas. Como se ilustró, una cantidad considerable

del tiempo se utiliza en estas verificaciones 'preliminares'. En resumen Ud. tratará

de encontrar y corregir problema en las siguientes áreas:

• Inestabilidad o deterioro de las cimentaciones y soportes-base (referirse a la

Unidad 2)

• Daños o desgastes de los componentes de las máquinas rotativas (ejm.

cojinetes, ejes, sellos, acoplamientos, etc.)

• Condiciones defectuosas excesivas 'runout' ( ejm. flexión de ejes. maquinado

defectuoso de los agujeros de los semicoples).

• Problemas de interferencia entre le¡. carcasa de la máquina y su plato-soporte

(ejm. pie flojo)

• Fuerzas excesivas producidas por las tuberías o ductos instalados (referirse a la

Unidad 2)

Condiciones Defectuosas ('Runout') El término 'runout' se refiere a condiciones de falta de redondez o falta de que existen en los ejes de las máquinas rotativas y que deben ser uno de las primeras cosas que uno debe verificar en las máquinas que esta Ud. intentando alinear. Todos los ejes de las máquinas, semicoples, impulsores o otros tipos de componentes rígidamente sujetos a los ejes tendrán estos defectos. Algunos de estos defectos pueden ser tan pequeños como diez millonésima de pulgada (0.002 mm) o tan grandes como 100 mils (2.5 mm). La falta de redondez radia) cuantifica la excentricidad de la superficie exterior del eje o componente rígidamente montado en el eje con respecto a la línea central de rotación del eje. Los defectos medidos en el sentido axial "face" cuantifica la falta de perpendicularidad que puede existir entre un extremo del eje o en las superficies de los componentes rígidamente montados en él. Las condiciones defectuosas se miden corrientemente con indicadores dial. Las verificaciones de , estos defectos también se pueden hacer en varios puntos a lo largo del rotor. Note que la cantidad del defecto en el sentido axial varía dependiendo de la distancia desde la línea central de rotación. o

50

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Técnicas COl\l'cl\ionalcs y Lascr

¿Cuánto de imperfección es aceptable? La tabla 5-1 puede utilizarse como guía para establecer las cantidades aceptables de imperfecciones en los ejes de la maquinaria rotativa.

El dial indicador básico Tipo de vástago inferior

Tipo de vástago detrás

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Cuando el vástago se mueve hacia afuera la aguja se moverá en sentido antihorario

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Cuando el vástago se mueve hacia adentro la aguja se moverá en sentido horario

.-

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Fig. 5-1. Como trabaja el dial indicador

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51

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Verificación de defectos en el eje y/o semicople

Fig. 5-2. Como verificar los defectos

Los problemas de falta de redondez á perpendicularidad "Runout"

de los componentes frecuentemente están dentro de estas tres

categorías:

O""

(]) ¡! l¡¡

El semicople tiene

•

agujero descentrado

52

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El eje esta combado

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El semicople tiene

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Fig.5-3. Como verificar los diferentes tipos de problemas de 'runouí'

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Fig. 5-4. Como medir el runout en el sentido axial

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Guía Recomendada de 'Runouf Velocidad de la Máquina

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Tabla 5-1 Máximo runout radial recomendado La medición del runout puede ser difícil algunas veces. Los 'puntos altos' y las 'cuestas' no son la misma cosa. Los 'puntos bajos' y los 'valles' tampoco son lo mismo. Los puntos altos y los puntos bajos deben producirse con un desfase de 180 grados. Las cuestas o picos y los valles pueden producirse en cualquier punto o tal vez en varios puntos alrededor de 12 superficie exterior del semicopie por ejemplo. Problemas de interferencia de la carcasa de la máquina con el soporte-base (pie flojo o 'soft foon Una de los problemas más prevalecientes en el alineamiento de la maquinaria rotativa puede atribuirse al problema de interferencia de la carcasa de la máquina con el plato-soporte, Cuando una máquina rotativa se monta en su base/estructura/plato de asiento y una o más de una de sus "patas' no esta haciendo buen contacto en los punto? de asiento en la estructura. Esto puede atribuirse a estructuras alabeadas o combadas, a defectos simílares en la carcasa, al maquinado defectuoso de las patas del equipo, al maquinado defectuoso de plato-soporte o a una combinación de un alabeado/una estructura irregular y alabeado/ una carcasa dispareja. A este problema comúnmente se le refiere como .pie flojo'. El pie flojo generalmente describe cualquier condición en la que exista un contacto deficiente entre los parte exterior de las patas de la carcasa de la máquina y el lugar de contacto con el plato-soporte o estructura. Los problemas de pie flojo parecen ser peores en los platos-soportes prefabricados que en los platos-soportes fundidos. Un plato-soporte prefabricado esta normalmente hecho de secciones de canal, ángulos de acero, de tubería estructural o de vigas en 1. Estas piezas se sueldan para construir la estructura. La posibilidad de cortar las piezas a 45 o 90 grados con exactitud y luego soldarlas es muy escasa. Sin embargo, tampoco los platos-soportes fundidos están exentas de estos problemas. Incluso en los platos-soportes que han sido fundidos en arena y que las patas de las máquinas han sido maqulnadas, es posible que durante el proceso de instalación la estructurá haya sido distorsionada cuando se estaba posicionando en el pedestal de concreto introduciendo un problema de soft foot. ¿Porqué deberíamos molestarnos en preocuparnos por este fenómeno? Hay dos razones importantes por las que esto debe ser corregido: 1. Dependiendo en que secuencia los pernos de anclaje se ajusten, la línea central de rotación puede cambiar a distintas posiciones, provocando un considerable frustración cuando se este tratando de alinear la maquinaria.

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2. El ajuste de cualquier perno de anclaje que no este haciendo buen contacto provocará en la carcasa de máquina una distorsión de las luces y tolerancias pre-fijadas en componentes críticos tales como cojinetes, sellos de eje. sellos mecánicos, anillos de desgaste en bombas, sellos compresores multjetápico. entrehierros 'gap' de armadura/estator en los motores, etc. Las personas comúnmente confunden este problema haciendo una analogía con la pata coja o corta de las cuatro que tiene una silla. Esta comparación es demasiado sirnple y no refleja la verdadera naturaleza de lo que ocurre a la maquinaria. Las patas de una silla normalmente se asientan haciendo un contacto puntual en el suelo. Si las patas de nuestra maquinaria rotativa estuvieran haciendo un contacto puntual, entonces cualquier problema de pie floJo podría corregirse utilizando tres patas tal como se puede encontrar en un trípode. Es importante reconocer que las patas de nuestra maquinaria no están haciendo un contacto puntual. En lugar de ello, hay comúnmente cuatro (o más) superficies de patas supuestamente planas en nuestras carcasas de máquinas tratando de coincidir con cuatro (o más) superficies en el plato-soporte. Es frecuente, que cuando tratamos de hacer coincidir los lados inferiores de los píes de una máquina con los puntos de contacto en el plato-soporte. se presente un condición, no paralela, tipo espacio en forma de cuña que no pueda corregirse con una pieza plana del stock de laínas. Adicionalmente, es probable que una condición de pie flojo exista en todos los puntos de las patas. Ahora no se está diciendo que la maquinaria este suspendida libremente en el espacio, solo que las patas no están haciendo buen contacto en el plato-soporte. Una amplia variedad de condiciones pueden existir. La maquinaria puede cabecear a través de las dos diagonales entre esquinas o puede cabecear de extremo a extremo. No es poco común ver tres de las patas asentar bien y la cuarta no. Es posible que se tenga "filos de contacto' en el parte interior de la pata y que la parte exterior de esa pata presente una luz.

Pasos para Corregir una Condición de 'Pie Flojo' Paso 1. Alivie o descargue cualquier esfuerzo en la carcasa de la máquina y plato­ soporte. • Si las máquinas han estado funcionando por un tiempo con lainas debajo de las patas y se sospecha que el pie flojo no ha sido corregido, saque todas los paquetes de lainas existentes y asiente la carcasa en el plato-soporte. • Limpie el lado inferior de cada pata de la máquina y el lugar de contacto en el plato-soporte. Quite cualquier suciedad, oxido, o laina vieja por debajo de cada pata. Si es necesario, use lija para limpiar las superficies debajo de las patas y en los puntos de contacto en el plato-:soporte. • Instale los pernos de anclaje pero no los ajuste. trate de centrar la carcasa de la máquina en los agujeros de sus pernos de anclaje y realice un alineamiento 'grueso' de las unidades.

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Fig. 5-5. Verificaciones del pie flojo - Paso 1 Paso 2. Verificación del 'cabeceo de la carcasa' y medición de la luz alrededor de los pernos de anclaje.

• Con los pernos de anclaje completamente desmontados, o muy sueltos en sus agujeros, verifique si ia máquina puede cabecear de esquina a esquina o de extremo a extremo o de lado a lado. Si es así. determine la posición en que se acomoda. Sujete la máquina en esa posición "con el ajuste a mano de uno (o más) perno de anclaje y mida por los cuatro lados alrededor de ese perno. • Luego mida por los cuatro lados alrededor de cada uno de los pernos restantes utilizando un calibrador de láminas, y registre las lecturas de cada uno de los puntos medidos en la carcasa de la máquina.

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Fig. 5-6. Verificación del pie flojo - Paso 2 Paso 3. Corrección del pie flojo

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• Elimine el 'pie flojo' bajo cada pata instalando lainas completas en forma de U (si Ud. tiene una luz igual por los cuatro lados alrededor del agujero del perno) o si tiene una luz desigual construya una "escalera a manera de cuña con las laínas' con lainas en forma de L o J o con lainas recortadas e instale la cuña especial bajo cada pata que necesite corrección.

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• Si' Ud. tiene que construir una 'cuña de lainas' especial con lainas en forma de L o J o recortadas, en lo posible trate de mantener la forma de una laina en forma de U para cuando usted instale las jaínas juntas, Más tarde Ud, podrá instalar laínas adicionales bajo las patas para variar la altura o separación de la carcasa de la máquina cuando la alinee. .Si el paquete de lainas del pie flojo están fabricadas cuidadosamente y agrupadas en forma de U Ud. fácilmente puede quitar el paquete de lainas del pie flojo y adicionar lainas en la parte superior o inferior del paquete y luego reinstalar el conjunto de lainas entero, sin desordenar el paquete. I

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Fig. 5-7. Corrección del pie flojo - Paso 3

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Nota: Después de instalar las lainas de corrección bajo las patas, puede ser muy útil ver si el pie flojo ha sido eliminado. Para hacer esto, ajuste inicialmente a mano un perno, con una llave trate de ajustar completamente el perno. Si el perno se ajusta muy rápidamente (ejm. Ud. solo tiene que girar la llave 1/8 de vuelta o menos) el pie flojo probablemente se ha corregido. Pero si en su lugar, Ud. tiene que girar % o Yi vuelta la llave y ¡as patas parecen aún no muy sujetas. el píe flo!o probablemente aún subsiste. teniendo Ud. que probar con otro paquete de lainas.

Paso 4. Verificación si el pie flojo ha sido corregido. La verificación de si los problemas de 'pie flojo', de distorsión de la carcasa o estructura soporte de la máquina ha sido eliminada puede hacerse por alguno de los métodos siguientes: • • • •

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del pernos múltiples - indicadores múltiples del pernos múltiples - un sólo indicador del movimiento del eje de un solo perno - un sólo indicador

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Fig. 5-8. Verificación del pie flojo - Paso 4. El artificio real para corregir el pie flojo es asegurar que el contacto cruce completamente los ejes de coordenadas o axisa de cada uno de los agujeros de los pernos. Idealmente sería mejor conseguir un contacto anular total alrededor de cada agujero de perno. pero esto requeriría la fabricación de lainas en cuña compuesta, lo que sería bastante complicado.

Verificación de si el 'Pie Flojo' ha sido eliminado Hay varios métodos de verificación si el pie flojo ha sido eliminado. Debido algunas veces a la naturaleza complicada de la distorsión de la carcasa o estructura soporte de la máquina, el:- mejor método requiere que se monitoree Si esto es varios puntos en la máquina para observar su movimiento. impracticable, un punto de la carcasa de la máquina debe ser monítoreado mientras de varios pernos se aflojan. Otro método es monitorear el movimiento del eje de la máquina mientras se aflojan uno o más pernos de anclaje.

Método de Pernos Múltiples - Indicadores Múltiples (Método preferido) 1. Ajuste en su lugar todos los pernos de anclaje de la máquina. 2. Monte un indicador dial en cada uno de los lugares donde están los pernos de anclaje. Sujete los indicadores dial al bastidor o base, poniendo los vástagos de los indicadores lo más cerca posible a ¡os agujeros de los pernos de anclaje. asegurese que los vástagos estén tocando por encima a ¡as patas y estén indicando cero. 3. Afloje el perno donde el peor pie flojo exista, observando el indicador en esa pata. Si el movimiento es mayor a 2 -3 mils aún existe algo de pie flojo en eSa pata, pero no haga nada todavía. Deje el perno flojo. 4. Afloje otro perno observando cualquier movimiento en el indicador de esa pata y también observe cualquier movimiento adicional en el indicador de la primera pata. Si se detecta un movimiento de más de 2 -3 mils cuando este perno se afloja y si se detecta un movimiento adicional mayor a 2 3 mils en el indicador del primer perno que esta flojo, probablemente algún alabeo existe entre los dos pernos, pero no haga nada todavía. Deje ambos pernos flojos.

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5. Continúe aflojando cada uno de los pernos de anclaje restantes de la carcasa, observando los indicadores por si hay algún movimiento adicional en los perno desajustados. Observe cuidadosamente el indicador puesto en cada esquina por si sube o baja a medida que se afloje cada perno, lo cual le proporcionará indicios de si lo que hay es un alabeado en diqgonal del bastidor o el alabeado es de extremo a extremo. 6. Una vez que todos los pernos se han aflojado, repase lo observado cuando cada uno se fue aflojando. Si sólo un indicador mostró un movimiento mayor a 2 - 3 mils probablemente exista en una sola pata el problema dei pie flojo. Quite cualquier ¡aina que este sueita bajo esa pata y vuelva a medir con el calibrador ei láminas en cuatro puntos alrededor de ese agujero del perno e instale una laína plana o en cuña corregir el problema observado. Si se nota 'un movimiento de. más de 2 - 3 mils en varias ubicaciones de los pernos, debe haber probablemente problemas de pie flojo en cada uno de esas patas. Quite cualquier laina suelta bajo esas patas y vuelva a medir con un calibrador de láminas en cuatro puntos airededor de esos agujeros de pernos, luego para corregir el problema observado instale lainas planas o en forma de cuña. 7. Repita el procedimiento si se requieren correcciones adicionales.

Método de Pernos Múltiples - un sólo indicador (segunda elección) 1. Ajuste todos los pernos de anclaje de la máquina. 2. Ubique un dial indicador en la pata donde se note el peor problema de pie flojo. Sujete el dial indicador al bastidor o a la base y ubique el vástago del indicador lo más cerca posible del agujero del perno, asegúrese que el vástago este tocando por encima la pata y que indique cero. 3, Afloje el perno donde esta instalado el indicador observando cualquier movimiento en el instrumento. Si el movimiento detectado es mayor de 2 - 3 mils, probablemente exista aún un problema de pie flojo en esa pata, pero aún no haga nada todavía. Deje el perno flojo. 4. Suelte otro perno observando cual movimiento del indicador de en la primera pata. Si se detectó un movimiento adicional mayor a 2 - 3 mils cuando este perno fue aflojado, existe probablemente algún alabeado entre esos dos pernos, pero no haga nada todavía. Deje ambos pernos flojos. 5. Continúe aflojando cada perno sujeto a la carcasa de la máquina observando cualquier movimiento adicional del indicador del primer perno. Observe cuidadosamente el indicador a medida que cada esquina se eleve o baje cuando se afloje cada perno, obteniendo pistas de si el alabeado esta en la dirección diagonal o de lado a lado. 6. Una vez que todos los pernos han. sido aflojados, repase lo observado cuando cada perno se fue aflojando. Si el movimiento producido ha sido mayor a 2 - 3 mils cuando sólo uno de los pernos se aflojo, eXiste probablemente un problema de pie flojo sólo en ese perno. Quite cualquier ¡aina suelta bajo esa pata y vuelva a medir con un calibrador de láminas en cuatro puntos' alrededor del agujero del perno y instale una ¡aina plana o en forma de cuña para corregir el problema observado. Si se ha notado un movimiento mayor a 2 -3 mils cuando varios pernos se estuvieron aflojando, entonces existe probablemente problemas de pie flojo en cada una de esas patas.

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Quite cualquier laina suelta bajo esas patas y vuelva a medir con un calibrador de láminas en cuatro puntos alrededor de esos agujeros de perno, instale lainas planas o en forma de cuña para corregir el problema observado. 7. Repita el procedimiento si se requieren correcciones adicionales. Método del Movimiento del Eje (tercera elección)

1. Ajuste todos los pernos de anclaje de la máquina. 2. Sujete la abrazadera a un eje, ubique el dial indicador en la parte superior df.:1 otro eje poniéndolo a cero (similar a la verificación de los esfuerzos por tubenas mostrado en la Unidad 2). 3. Secuencialmente afloje un perno de anclaje a la vez observando cualquier movimiento en el indicador cuando cada perno se esté aflojando. 4. Si hay un movimiento mayor a 2 - 3 mils solo en uno de los pernos aflojados, probablemente existe un problema de pie flojo en sólo esa pata. Quite cualquier laína suelta bajo esa pata y vuelva a medir con un calibrador de láminas en cuatro puntos alrededor del se agujero de perno, instale una laína plana o en forma de cuña para corregir el problema observado. Si se ha notado un movimiento mayor a 2 -3 mils cuando varios pernos se aflojaron, probablement~ exista un problema de pie flojo en cada una de esas patas. Quite cualquier laina suelta bajo esas patas y vuelva a medir con un calibrador de láminas en cuatrl) puntos alrededor de cada uno de los agujeros de esos pernos e instale lainós planas o en forma de cuña para corregir los problemas observados. 5. Repita el procedimiento si se requieren correcciones adicionales. ;

Método de un perno - un indicador (última elección)

1. Ajuste todos los pernos de anclaje de la máquina. 2. Ubique un dial indicador en uno de las patas de la carcasa de la máquira. Sujete el dial indicador al bastidor o base y ubique el vástago del indicador la más cerca posible al agujero del perno, asegure que el vástago esté tocando la parte superior de la pata y este indicando cero. 3. Afloje el perno donde el indicador esta ubicado observando cualqui,::r movimiento en ei indicador. Si el movimiento detectado es mayor a 2-3 mi¡,. probablemente exista un algún problema de pie flOJO en esa pata. QUite cualquier laina suelta en esa pata y vuelva a medir con un calibrador de láminas en cuatro puntos alrededor del agujero de ese perno e instale una laina plana o en forma de cuña para corregir el problema observado. Reajuste el perno. 4. Secuencialmente mueva el indicador a cada una de las patas, aflojando un perno por vez y observando cualquier movimiento en el dial indicador. Si ,::1 movimiento detectado es mayor "de 2 - 3 mils, probablemente subsista 'm problema de pie flojo en esa pata. Quite cualquier laina suelta bajo esa pata 'j vuelva a medir con un calibrador de láminas en cuatro puntos alrededor de 8',e agujero de perno e instale una laina plana o en forma de cuña parar corregir ~I problema observado. Reajuste cada perno. 5. Repita el procedimiento si se requieren correcciones adicionales.

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Técnicas Conycnion;¡Jcs.l· Lascr

Una vez que el píe flojo ha sido corregido, las laínas permanecerán ahí durante el resto del proceso de alineamiento. Probablemente añadiremos más ¡aínas después para variar la altura o inclinación de la carcasa de la máquina, manteniendo en su sitio las lainas utilizadas para corregir el pie flojo. Otros métodos para corregir los problemas de pie flojo

Para muchos de los que conocen por primera vez este problema existe una gran tendencia a no creer en que este mal exista comúnmente. Este prevenido, esto representa tiempo consumido efrustrando el proceso de alineamiento. Puede parecer algo tonto cortar las lainas en U en listones o tiras, en forma de L, de J o en U cortas para corregir este problema, pero el recorte de lainas en U. son comúnmente utilizadas en la industria para ajustar la posición de la máquina rotativa en el proceso de alineamiento dei equipo. Nuevamente Ud. no podré corregir una luz o espacio en forma de cuña con una laina plana del stock. Puesto que muchas personas solo tienen este stock de laínas cortadas para ellos, entonces la única forma de c::mstruír una cuña es sobreponiendo partes de lainas para construir la cuña que se necesita. Descarte el hecho de que virtualmente todas las máquinas rotativas tienen un problema de pie flojo, muy pocas soluciones se han ideado sobre como corregir este problema fácilmente. En cualquier mecanismo que se use hay seis problemas que se necesitan tratar: • La vasta mayoría de los problemas de pie flojo son situaciones de espacios no paralelos. • Una o más de una pata de la máqui~a puede no estar haciendo contacto si esta o no palalela la pata al plato soporte. • Es posible que se introduzca un ligero problema de pie flojo cuando se intente corregir el alineamiento añadiendo más lainas en un extremo de la carcasa de la máquina que en el otro. • Puede producirse un albeado térmico de la base o de la estructura de la máquina durante el funcionamiento que puede alterar los problemas de pie flojo observados cuando la máquina estuvo parada.

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Unidad 6 -

Técnicas de Alineamiento de Ejes e Instrumentos de Medición

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Las técnicas e instrumentos mostrados en esta unidad ilustran la amplia variedad de métodos utilizados para medir la posición de !a línea central de rotación de un eje con respecto a otra línea central de rotación cuando las máquinas están fuera de operación. Un' 'experto' alineador es aquel que sabe como ejecutar estas mediciones de la posición de ejes en una vaíiedad de formas diferentes. Hay ciertas ventajas y desventajas en cada uno de estas técnicas. No hay un método o dispositivo de medición que pueda resolver todos los problemas que posiblemente existan en los variados tipos de sistemas de transmisión de máquinas rotativas. Comprendiendo cada una de estas técnicas se estará en la posibilidad de seleccionar el mejor método de medición para la situación de alineamiento que se confronte. En muchos casos dos (o más) técnicas diferentes pueden utilizarse para efectuar la medición de la posición de la línea central del eje. Frecuentemente personas que obtuvieron un conjuntos de lecturas utilizando una de estas técnicas o con los instrumentos de medición se encontraron con situaciones en las que los datos parecían no tener sentido. El saber como ejecutar la medición de la posición del eje de una manera diferente permite verificar si los datos de la técnica inicial son válidos. Dado que los ejes de las máquinas pueden estar sólo en una posición a un tiempo, los datos de dos o más métodos van a indicar la misma información de la posición del eje. Por ejemplo, si Ud. ha obtenido un conjunto de lecturas con un sistema de alineamiento !aser y Ud. no cree en lo que el sistema le esta señalando, realice?un conjunto de lecturas con indicador dial invertido. Si los dos conjuntos de lecturas concuerdan, entonces los datos medidos son probablemente correctos. Sí no es así, entonces será atinado determinar porque hay discrepancias entre los dos métodos de medición antes de continuar con la información de medición errada. Dado que el alineamiento primeramente tiene que ver con la aplicación de medición de distancias, este unidad comenzará cubl-iendo la amolia variedad de instrumentos y herramientas disponibles para medir dimen~,icnes. Luego, se mostrarán individualmente las técnicas de indicador dial comúnr:-en:2 empleadas en ejes de máquinas rotativas conectadas mediante acoplamientos flexibles. Es importante comprender cada una de estas técnicas básicas de medición dado que todos los sistemas de medición del alineamiento existentes utilizan uno o más de estos métodos prescindiendo de los sensores de medición utilizados Dara obtener la información de la posición del eje. Mantenga en mente que este capítulo cubre una faceta pequeña pero importante del alineamiento de ejes: medición de la posición relati'la ce ¡os ejes de dos máquinas rota.tivas. En otras palabras, estos métodos van a mostrarle como hallar las posiciones de dos líneas centrales de ejes cuando la maquinaria esta fuera de operación. (Paso 5 en la Unídad 1). Una vez que Ud. ha determinado las posiciones relativas de cada eje en los elementos de tren motriz, el siguiente paso es determinar si la máquina está dentro de las tolerancias aceptables de alineamiento. Si las tolerancias no son aceptables aún, la maquinaria tendrá que ser reposicionada.

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Técnicas COllVCniOllales y'Lascr

Medición Dimensional

Es importante para nosotros comprender como todas estos instrumentos o herramientas de medición trabajan dado que jos nuevos instrumentos raramente reemplazan a las antiguos, ellos solo potencian estos. No obstante a pesar de la introducción de los sistemas de alineamiento de ejes laser en la mitad de la década del 80. virtualmente todos los fabricantes de estos sistemas insisten en incluir o incluyen un cinta de medición estándar para la tarea de medir las distancias entre los pernos de anclaje de la carcasa de la maquinaria y donde estarán situados los puntos de medición en los ejes. Los dos sistemas de medición comúnmente utilizados hoy en día en el mundo son los sistemas métrico y Inglés. Sin ir a una larga disertación sobre conversiones del sistema Inglés al métrico, lo más fácil que las personas pueden recordar es: 25.4 mm ,= 1.00 pulgada Por un simple movimiento del punto décimal tres espacios a la izquierda es obvio que tengamos: 0.0254 mm

= 0.001" = 1 mil (una milésima de pulgada)

Reglas y cintas estandares de medición

Probablemente una de las herramientas más comunes utilizadas en alineamiento sean las reglas o las cintas de medición estandares.. La cinta de medición es usada comúnmente para medir la distancia entre los pernos de anclaje de la maquinaria (referidos comúnmente como las patas de la maquinaria) y los puntos de medición en los ejes o mazas de los acoplamientos.

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Figura 6-1. Alineamiento grueso con calibradores de láminas y cuña

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Las graduaciones de la cinta de medición son generalmente tan pequeñas como 1 mm (1/16" a 1/32" en cintas del sistema inglés) la cuai esta cerca de la dimensión más pequeña que es capaz de discernir la vista sin ayuda. La regla recta a menudo se usa para "alineamientos gruesos" de las unidades, como se muestra en la figura 6-1. Calibradores de láminas y ahusados Los 'calibradores de láminas' son tiras o flejes simples de lainas de metal dispuestos en diseño de paquete tipo abanico. Son utilizados para medir el espaciado o luz del 'pie suelto', las distancias entre ejes dispuestos con los extremos muy juntos y una multitud de tareas similares donde se requiere bastante precisión t !. 0.02 mm o 2: 1 mil). Los calibradores ahusados son cuñas fabricadas con precisión, de metal, con líneas grabadas en todo su largo, correspondiendo a cada línea grabada en la cuña un espesor particular. Estos se utilizan comúnmente para el espaciamiento entre los extremos de ejes donde la exactitud requerida es de ± 0.25 mm o 10 mils. Calibrador deslizante (vernier) El calibrador deslizante ha sido usado para medir distancias con una precisión de 0.02 mm o 1 mil (0.001 ") en los últimos 400 años .. Tiene dos escalas, la primera es como un regla estándar con divisiones en mm (o pulgadas) marcadas a lo largo. La segunda escala, la deslizante, tiene una serie de 20 marcas (25 sistema inglés) espaciadas igualmente donde la distancia de la primera a la última (o 1.250"). Las quijadas se disponen para marca en la escala deslizante es medir una dimensión mediante el posicipnamiento de ia escala deslizante en lo largo de la primera escala. La lectura se lee observando la posición donde se alinea la marca 'O' en la escala deslizante con las divisiones de la primera escala para obtener una lectura en cm y mm (o pulgada y cuartos de pulgada). Las lecturas de las décimas de mm (o milésimas de pulgada) se obtienen observando que marca es la que más se alinea con una en la escala primaria. Micrómetros Aunque el micrómetro fue originalmente 'inventado por William Gascoigne en 1639, no se utilizó ampliamente hasta 150 años después cuando Henry Maudslay inventó un torno mecánico capaz de hacer roscas repetitivamente y con precisión. El micrómetro tiene un uso prevaleciente hoy. El micrómetro es utilizado comúnmente para medir diámetros de ejes, agujeros, lainas o espesores de suples , etc. y es casi 'de carácter obligatorio' para una persona que realiza un trabajo de alineamiento. l'

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Los Indicadores Dial El indicador dial provino del trabajo de los relojeros en Inglaterra en siglo 19. John Logan de Waltham, Massachsetts registró una patente norteamericana el 15 de Mayo de 1883 for lo que llamó "un mejoramiento en calibcación". En su apariencia exterior parecía no tener mas diferencla que con el dial indicador de hoy en día pero el señalador (la aguja) era accionado por un mecanismo interno de cadena de reloj enrollado alrededor de un tambor (eje). Ei diámetro del eje determinaba el factor de amplificación del indicador. Más tarde, Logan desarrollo un ensamble de cremallera y piñón que corrientemente se usa hoy en día en cási la totalidad de indicadores.

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Figura 6-2, El indicador dial básico. Comúnmente los indicadores dial AGD (American Gauge Desing) del Grupo 1 o 2 son los que se utilizan para la medición de la posición de ejes, el Grupo 1 tiene una cara del dial de 1 pulgada de diámetro y el Grupo 2 tiene de 2 pulgadas, aunque también pueden utílizarse para medir cualquier otro tamaño de cara del n' , ulal.

Instrumento de Alineamiento Optico El instrumento de alineamiento óptico consiste de dispositivos que combinan los telescopios de bajo poder con los niveles de burbuja precisos y los micrómetros ópticos usados en la determinación precisa de elevaciones (gradas horizontales a través del espacio) líneas a plomo (gradas verticales a través del espacio). No se deben confundir estos con los sistemas de teodolito que también pueden medir la inclinación de una línea de la visual.

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Técllicas COllHlliollalcs y L:lscr

Los sistemas ópticos son probablemente uno de los instrumentos más versátiles disponibles para una amplia variedad de aplicaciones tales como nivelación de cimentaciones. verificación de cuadratura de máquinas herramientas o bastidores. alineamiento de la ubicación de pedestales en trenes motrices de largas máquinas rotativas. inspección del paralelismo entre los rodillos de las fábricas de papel y de acero y así por el estilo. Si se tiene una considerable cantidad de maquinaria rotativa en una planta, es muy recomendabie de que se evalúe las aplicaciones potenciales de este instrumento extremadamente útil y preciso. Sensores de Proximidad Los sensores de proximidad (llamados también probetas Eddy o pick up) son básicamente indicadores dial electrónicos de no contacto y son por ello dispositivos utilizados para medir la distancia o el desplazamiento. Su uso en la medición de la vibración datan de la mitad de los años 60 y se usan comúnmente como sensores instalados permanentemente para medir el movimiento de los ejes, pero también se utilizan para medir la posición de los ejes en las direcciones radial y axial.

Fig. 6-3 Sensor de proximidad y el osc:lador- demodulador. Estos sensores fueron pensados como dispositivos de medición del alineamiento, pero en la actualidad ninguna compañía ofrece estos sistemas. Los sensores de proximidad han tenido un uso extensivo para medir el movimiento de los ejes de la maquinaria rotativa de muchas formas innovativas. Su limitación primera es el rango de su distancia útil de medición (aproximadamente de1.2 mm a 3.75 mm o de 50 a 150 mils) que se puede obtener con los sensores estándares. Los Laser y Detectores Desde cuando se confiaba en la precisión de la vista al usar reglas rectas y calibradores de láminas y luego eventualmente en los indicadores dial y sus sujetadores, el arte de medir las posicion¿;s de los ejes de maquinaria ha estado continuamente refinándose para mejorar la exactitud y reducir el tiempo de requerido para lograr un alineamiento aceptable de la maquinaria.

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Técnicas COllvcniolla/es y Llscr

Con el advenimiento del 'chip' microprocesador, del semiconductor en unión con el laser, los fotodiodos de silicon, se han hecho incursiones nuevas en ei proceso de la medición de las líneas centrales de rotación de ejes, utilizando estos nuevos dispositivos electrónicos en lugarete los instrumentos mecánicos de medición. Términos utilizados: fotonica - campo de la electrónica que trata sobre los dispositivos que emiten y detectan luz. semiconductores - combinación típica de 'cristal' de silicona, con otros elementos tales como fósforo. Dependiendo de ciertas condiciones los semiconductores pueden actuar como aisladores o conductores. LASER - iniciales de la descripción técnica del proceso de denominado 'Light Amplified by Stimulated Emission of Radiation' (Luz Amplificada por la Emisión Estimulada de la Radiación).

Luz es la parte visible del espectro electromagnético, el cual también incluye UV,IR, microondas etc. El rango de longitud de onda óptico consiste de una radiación con una longitud de onda entre 200 nm y 1 nm. Dentro de este rango la radiación con longitudes de onda entre 400 y 780 nm es llamada luz. En principio la radiación es del mismo tipo de otros tipos de luz, pero con la diferencia que solo consiste en luz de una solo longitud de onda. El riesgo de dañar los ojos o la piel por la luz laser es producto de la intensidad de la luz y no de sus características físicas. Este riesgo es el mismo al si una persona fija la mirada en el sol por período corto. Desde una perspectiva segura es por ello importante saber que clase de laser se usa y cual su potencial de daño.

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Técnicas Conveniollales y Laser

LED - (Light Emitting Oiode) Luz emitida por el diodo. Todos los diodos emiten alguna radiación electromagnética cuando se polariza negativamente. La corriente transmitida alcanza un cierto nivel, llamado el punto umbral, la acción del laser se produce en el semiconductor. El diodo de Galio ­ Arsenio - fosfina emite mucho más radiación que los diodos tipo silicona y son corrientemente utilizados en unión semiconductora diodo lasers.

fotodíodo - Todos los diodos responden cuando son expuestos a la luz (radiación electromagnética). Los diodos de silicona responden muy bien a la luz y son comúnmente utilizados para detectar la presencia o posición de luz a medida que incide en la superficie del diodo.

Como Trabaja los Detectores Laser Los detectores laser son fotodiodos semiconductores capaces de detectar radiación electromagnética (luz) de 350 a 1100 nm. Cuando la luz incide en la superficie dei fotodiodo, se produce una corriente eléctrica. La mayoría de los fabricantes de sistemas de alineamiento de ejes !aser-detector utilizan detectores de 10 mm x 10 mm, unos pocos utilizan detectores de 20 mm x 20 mm. Algunos fabricantes de estos sistemas utilizan un fotodiodo bi-celda (unidireccional) o celda cuadrante (bi-direccional) para detectar la posición del rayo laser. Cuando la luz incide el centro del detector, la salida de corriente de cada celda son iguales. Cuando el rayo se mueve a través de la superficie del fotodiodo, se produce un desbalance de corriente indicando la posición descentrada del rayo.

Técnicas de Alineamiento Medición de la posición de las líneas centrales de los ejes utilizando indicadores dial En los últimos 40 años el instrumento más común utilizado para medir con exactitud el desalineamiento ha sido el indicador dial. Hay algunos innegables beneficios para el alineamiento que con su uso se consigue, como por ejemplo:

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• Uno de los p2.S0S preliminares de alineamiento es medir los defectos (runout) en los ejes y lT"¡azas de los acoplamientos para asegurar que la cantidad de excentricidad no sea excesiva. Como se ha visto en la Unidad 5, el indicador dial es el instrumento típico utilizado para esta tarea y por ello, usualmente, uno de los instrumentos que el experto de alineamiento deberá llevar a un trabajo de alineamiento. Desde que el indicador dial es utilizado para medIr los defectos 'runout'. ¿Por que no le usa también para medir las posiciones de la línea central dei eje? • El rango de operación de los indicadores dial en mucho exceden el rango de otros tipos de sensores utiiizados para alineamiento. Los indicadores dial con una carrera del vástago de 5 mm (0.200") se utilizan convencionalmente para alineamiento, pero también SE; utilizan indicadores con carrer2S de 75 mm (3" aprox.) o mayores si el desalineamíento es moderado a severo, durante el alineamiento grueso.

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Técllic;lS COIlI'Cllionalcs y Lascr

• El costo de un indicador dial (en los Estados Unidos es alrededor de U.S. $ 70 a 110) de lejos es más cómodo que muchos otros sensores utilizados para el alineamiento. • Dado que el indicador dial es un instrumento de medición basado mecánicamente, hay una indicación visual directa de la medición a medida que Ud. observa la aguja girar. fI

Su operación es muy fácil de chequear.

• Son más fáciles de encontrar y remplazar en el caso de que se dañe o pierda el indicador. • No incluye baterías desde el hecho que no necesitan. • Su precisión de medición es equivalente al nivel de capacidad de corrección (ejemplo el stock de lainas no puede comprarse con una medida menor a 1 mil). Rotación de ambos ejes para superar cualquier defecto 'runout'

En la Unidad 5 se cubrió la información sobre la determinación de si existen condiciones de 'runout' en los agujeros de las mazas de los acoplamientos o agujeros inclinados y ejes doblados. ¿Cómo Ud. alinea las líneas centrales de rotación si las superficies donde Ud. está midiendo son excéntricas? Sí Ud. rota sólo este eje, alineará la línea central de rotación con la línea central del agujero mal maquinado de la maza del a.coplamiento y no con la línea central de rotación del otro eje.

Para alinear las líneas centrales de rotación de (alineamiento real de ejes) si existen imperfecciones 'runout' en el acoplamiento o ejes deberán de rotarse juntos ambos ejes Si no hubiera imperfecciones 'runout' no se tendrá que rotar ambos ejes.

Figura 6-5. 'Porque deben de rotarse ambos ejes para superar una defecto runout.

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Técllicus Cnlll·cniOllaics ;.' Laser

Para superar cualquier problema de 'runout' que exista en las mazas de los acoplamientos o ejes, deberá Ud. rotar junto los ejes de la maquinaria (ejemplo tome las lecturas en los mismos puntos en la superficie del eje), La figura 6-5 muestra que pasaría si Ud. tiene una condición de 'runout'y sólo rota uno de los ejes cuando toma las lecturas. Mantenga en su cabeza que tomando lecturas en la misma posición angular en los ejes superará cualquier defecto 'runout' que exista. Este procedimiento para nada sugiere que él problema de runout sea ignorado. Si la cantidad existente de runout es excesiva, debe siempre ser corregida antes de iniciar el alineamiento del equipo. Método Axial - Radial (Face - Rim)

Probablemente la técnica 'más antigua' utilizada para alinear ejes de máquinas rotativas es el método axial - radial o axial - periférico mostrado en la figura 6-6. No esta completamente claro sobre quién fue el primero que usó está técnica par alinear ejes de maquinaria rotativa pero este método se puede encontrar frecuentemente en los manuales de instalación de maquinaria y las instrucciones de instalación de acoplamientos flexibles y es utilizado por un gran número de mecánicos para alinear maquinaria. 1

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Técnicas COllvcniunales y Lascr

Procedimiento 1. Sujete el soporte de los indicador(es) firmemente a un eje y posicione el indicador en la cara y/o periferia del otro eje._ 2. Ponga a cero el indicador(es) en la posición horaria de las 12 en punto. 3. Lentamente rote el eje y el soporte montado a intervalos de arco de 90 o parando a las posiciones horarias de las 3, 6 Y 9 en punto. 4. Retorne a la posición 12 en punto para ver si el indicador está en cero. 5. Repita los pasos del 2 at 4 para verificar el conjunto de primeras lecturas. Ventajas ~ Esta es una buen método a usarse en situaciones donde uno de los ejes de la

máquinas no puede rotarse o es dificultosa la rotación de uno de los ejes de la maquinaria (vea también Técnica Radial Doble). Nota: La lectura axial puede tomarse en el lado frontal o posterior del acopiamiento. • Muchas personas que utilizan este método comprenden que la lectura radial del indicador dial muestra el desalineamiento paralelo ('offset' de la línea central) y que el axial el desalineamiento angular.

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Figura 6-7. Las lecturas axiales a diferentes diámetros van a dar como resultado lecturas diferentes así el eje este en la misma posición angular.

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Técnicas COII\ clliUllrt1eS y L:1'er

• Un buen método para utilizar cuando las lecturas se toman en ejes de diámetros muy grandes (ejemplo 200 mm o más). Este método comienza a aproximarse a la precisión de la técnica del indicac;Jr Invertido cuando el diámetro de las lecturas axiales obtenidas son ¡gUé..! o exceden el espacio desde el soporte al punto done .3 se toma la lectura radial del indicado. Desventajas • No es tan preciso como el método del indicador dial invertido si ambos ejes pueden rotarse y pé:icylarmente sí las mediciones axiales se toman en diámetros menores a ~. JO mm.

• Sí los ejes de las máquinas están soportados en cojinetes planos (deslizantes o de manguito), es muy fácil que les ejes floten axía!mente. hacia aden:ro o fuera uno del otro cuando se roten los ejes resultando lecturas axiales erradas e inexactas (vea la Reg!a Válida). • La fiecha (o pandeo) del sujetador debe medirse y compensarse. Método del Indicador Invertido También llamado método del (;;al doble. Este parece haber sido originado alrededor dea mitad de los SO de este siglo y nuevamente no está claro quién fue el primero que ucSat;cniO esta técnica. Prc'~edimiento

1. Sujete los sopor 2S e indícador(es) firmemente en un ( o ambos) eje(s) y posicione el: j:ccdor(es) en f;1 perímetro del otro eje. 2. Ponga a cero el

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5. F'.epita los pasos del 2 al 4 para verificar el conjunto de primeras lecturas, 6, Si se ha usad:) un solo so¡::,)rte/indicador, instale este en el otro eje y repit;: los pasos del 1 al 5, El Inétodo del indicador invertido puede usarse en el 60 - 70 % de la maquinaria rotativa existente y es el método del indicador dial corrienterr9l"ite preferido para la medicién los ejes de las ¡Iláquinas rotativas Es el que mejor se acomoca cuando la dist;:ncias entre los puntos de medición en cada eje esta en un rango de 75 a 750 mm, ;unque ia figura 6-8 muestra el u: o de dos sujetacores o abrazaderas y dos indicié lore~ die:! al mismo tiempo, no hay razón ¡:Jara que no se use un e'oío indicador Jlal cen su sujetador. con jo cual primero SE' obtiene un conjunto 02 mediciones en un eje y lueC'o se invierte el soporte y el indicador para obtener el conjunto de !ectL;ras del otro eje, De hecho, puede ser mé.s recomendabk' usar solo U,l sujetador a la vez para asegurar que se este tomando las lecturas ccrectamente v mininizar la confusión que puede resultar de tratar de mirar dos indic3dores simultaí:eamente, Adicionalrr3nte, ¿Cuámo Iiempo toma instalar dos sLjetadcres y dos indicadores versus instalar un sujetador ! un

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Figura 6-8. Técnica del indicador invertido Ventajas • Comúnmente más exacto que el método axial-radial desde que la distancia de los puntos de montaje del sujetador al punto donde los indicadores toman las lecturas en el eje es usualmente mayor que la distancia en que la lectura axial se puede tomar. • Si la maquinaria está soportada en cojinetes tipo deslizante y el eje esta 'flotando' hacia adelante o hacia atrás cuando se rota el eje para tomar las lecturas, no hay virtualmente un efecto en la exactitud de las lecturas que se están tomando. • Puede ser ejecutado con el acoplamiento flexible en su sitio. Desventajas • Ambos ejes deben de rotarse. • Dificultad para visualizar las pOSICiones de los ejes desde las lecturas del indicador dial que se están tomando. • La luz o pandeo del soporte debe ser medido y compensado.

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Método Radial Doble Aunque no tan frecuentemente usado, este método tiene algunas ventajas precisas comparado con algunos de ios métodos tratados. Este sólo puede usarse si por lo menos hay unos 75 mm (3 pulgadas aprox.) o más de separación entre los puntos de medición. La precisión de esta técnica se incrementa a medida que la distancia entre puntos de medición se incrementa. La desvent~ja de este método es que usualmente no hay suficiente eje expuesto para tender los indicadores lo suficiente lejos para ameritar el uso deí método, excepto para circunstancias muy especiales. Procedimiento

y localice los dos indicadores en posiciones axiales diferentes en el perímetro del otro eje.

1. Sujete los soporte/indicadores firmemente a uno de los ejes

2. Ponga a cero los indicador en la posición de las 12 en punto. 3. Lentamente rote el eje y el soporte/indicadores parando a intervalos de arco de 90 grados en las posiciones 3, 6 Y 9 en punto. Registre cada lectura (más o menos) 4. Retorne a la posición 12 en punto para ver si el indicador (es) está (n) en cero. 5. Repita los pasos del 2 al 4 para verificar el conjunto de primeras fecturas, 6. Si se ha usado un solo soporte/indicador, instale este en el otro eje y repita los pasos del 1 al 5.

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Técnicas COllvcniunaies y Lascr

Ventajas • Esta es una buena técnica para usarse en situaciones donde uno de los ejes de las máquinas no puede ser rotado o es difícil_ de rotar. ... Puede disponerse o instalarse para medir superficies circulares internas como e"' agujero de un barril. 11

Un buen método para utilizarse cuando las mediciones del indicador dial pueden obtenerse a través de un espacio largo (ejemplo 200 mm o más). Este método comienza a aproximarse a la precisión de la técnica del Indicador Invertido cuando la distancia entre 'os dos indicadores que miden en un eje es igualo excede ei espacio entre los puntos de medición desde eje a eje.

Desventa¡as 11

No se tiene suficiente superficie expuesta en el eje para extender la medición lo suficiente para una aceptable precisión.

• Sí las máquinas están soportadas en cojinetes deslizantes y los ejes están 'flotando' hacia adelante o hacia atrás axialmente cuando se rote el eje para obtener la medición. Virtualmente no se tiene precisión en las lecturas que se están tomando. • La luz del soporte debe medirse y compensarse. Método del Eje a Carrete de Acoplamiento

Hay situaciones donde dos máquinas rotativas están posicionadas considerablemente lejos una de otra dOQde tratar de emplear cualquiera de las anteriores técnicas de indicador dial serían engorrosas debido a la extrema distancia entre los extremos de cada eje. Cuando la distancia entre los extremos de los ejes empieza a exceder 750 a 1000 mm (30 - 40 pulgadas), esta técnica es la recomendada para medir las posiciones de los ejes. Este método puede ser aplicado por ejemplo a: sistemas de transmisión en ventiladores de torres de enfriamiento, transmisiones con juntas universales en rodillos de presión de la industria papelera, secciones de transmision de tambores de secado, sistemas de ejes de transmision en vehículos, turbinas a gas de generación de electricidad. Para precisiones aceptables cuando se utiliza esta técnica, la distancia desde los puntos flexibles en cada extremo del acoplamiento al punto donde el indicador dial obtiene la medición debe estar por lo menos a 100 mm (4 pulgadas aprox.) o más. Una buena regla usada cuando se instala el instrumento para esta técnica es mantener por lo menos una razón de 1: 15 la distancia del punto de flexión a la ubicación de la lectura comparada con la distancia entre puntos flexión. Por ejemplo, si la distancia entre los puntos de flexión en el acoplamiento es 120 pulgadas, la distancia desde el punto flexión a:.:onde los indicadores están obteniendo la lectura debe ser por lo menos 8 pulgadas. Procedimiento

1. Instale los soportes e indicador (es) firmemente en un (ambos) eje (s) y localice el indicador (es) en algún punto a lo largo del carrete con el indicador tocando el diámetro exterior del carrete. 2. Ponga a cero el indicador (es) a [as 12 en punto.

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Técnicas Cnn\'CIJioflafcs y LasCl"

3. Lentamente rote el eje y el soporte(s) /indicador (es) parando a intervalos de arco de 90 o en las posiciones 3, 6 Y 9 en punto. Registre cada lectura (más o menos) 4. Retorne a la posición 12 en punto para ver si el indicador (es) está (n) en cero. 5. Repita los pasos del 2 al 4 para verificar el conjunto de primeras lecturas. 6. Si se ha usado un solo soporte/indicador, instale este en el otro eje y repita los pasos del 1 al 5.

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Figura 6-10. Técnica Eje a carrete de acoplamiento Ventajas • Probablemente la técnica más precisa de medición cuando hay distancias extremas entre los extremos de ejes. • Relativamente fácil de instalar y obtener la medición. Desventajas • Dado que el acoplamiento de carrete (ejemplo eje intermedio) debe mantenerse en su lugar, ambos ejes deben girar juntos. Método Axial - Axial Carrete de Acoplamiento

Otro método usado para medir la posición de la línea central de un eje típicamente para grandes espacios entre los extremos de los ejes es la técnica axial - axial mostrada en la figura 6-11. Note que dos conjunto de lecturas axiales se toman a través del punto flexible en el acoplamiento.

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Aunque usualmente no es tan preciso como el método del eje al carrete de acoplamiento, hay ocasiones donde este método debe ser utilizado. La precisión de esta técnica se incrementa a medida que el diámetro de las lecturas axiales se incrementa.

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Técllicas ClJlIl'clliollalcs y Lascr

Procedimiento 1. Instale los soportes e indicador (es) firmemente al carrete de acoplamiento y posicione el indicador (es) en algún- punto de la cara de la masa del acoplamiento rígidamente sujeta al eje(s) 2. Ponga a cero el indicador (es) a las 12 en punto. 3. Lentamente rote el eje y el soporte(s) ¡indicador (es) parando a intervalos de arco de 90 o en las posiciones 3, 6 Y 9 en punto. Registre cada lectura (más o menos) . 4. Retorne a la posición 12 en punto para ver si el indicador (es) está (n) en cero. 5. Repita los pasos del 2 al 4 para verificar el conjunto de primeras lecturas. 6. Si se ha usado un solo soportelindicador, instale este en el otro eje y repita los pasos del 1 al 5.

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Figura 6 -11. Técnica axial-axial del carrete acoplamiento Ventajas • Mejor instalación si los soportes no pueden sujetarse a los ejes de la maquinarie (como en el método del eje al carrete de acoplamiento) pero puede sujetarse al carrete. Desventajas • No tan preciso como el método del eje a carrete de acoplamiento asumiendo que las lecturas se están tomando a diámetro relativamente pequeño.

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Técnicas COllvcnioll:Jlcs y Lascr

Técnica de Alineamiento de Acoplamientos Rígidos Método de los diez y seis puntos El método de los 16 puntos es utilizado frecuentemente en la maquinaria rotativa conecta con acoplamientos rígidos en lugar de los flexibles. Este método se muestra en la figura 6 -12. Se utiliza comúnmente cuando ambos ejes están soportados en dos chumaceras. Se aflojan los pernos de las brida, se separa ligeramente los ejes y se toman una serie de mediciones axiales a cuatro puntos alrededor de las caras de la brida a las posiciones horarias 12, 3 , 6 Y 9 en punto. La presunción que se hace cuando se ejecuta está técnica es que sólo existe desalineamiento angular (no desalineamiento paralelo) y que las caras de la brida son perpendiculares a las líneas centrales de rotación. En muchos casos estas presunciones no son reales, lo que da como resultado alineamientos errados. Este método tambien ha sido utilizado donde uno de los ejes esta soportado en dos chumaceras y el otro eje está soportado por su extremo exterior en una chumacera. Las bridas del acoplamiento tiene un rebaje de ajuste o de encaje.

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Figura 6 - 12. Técnica de los 16 puntos.

Procedimiento 1. Asegurese que los pernos del acoplamiento esten sueltos y que exista una separación pequeña (unos 0.5 mm) entre las caras de las mazas del acoplamiento, para prevenir cualquier esfuerzo o fuerza de interacción que apriete un eje y al otro. 2. Haga una marca referecial en uno (o ambos) de los ejes, usualmente a las 12 en punto.

79

ADEMINSNl

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TéCllic:lS COIIVellioll:lIcS y Lascr

punto. 3. Con precisión marque a 90 o de incremento las mazas del acoplamiento desde la referencia de las 12 en punto. 4. Use un feeler o un calibrador de cuñá capaz de medir centémas para medir las "luces" entre las caras de las mazas del acoplamiento a intervalos de 90 o (a ambos lados, arriba y abajo). 5. Mida el diámetro de las masas dei acoplamiento, donde las luces se midierón. 6. Registre cada lectura de luces obtenidas y rote ambos ejes 90

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7. Tome otro conjunto de lecturas y 90 0 ambos ejes nuevamente. 8. Repita el paso 6 hasta que la marca haya retornado a su posición original de las 12 en punto.

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Debido a la geometría de la medición alrededor de la circunferencia de un eje circular, emerge un patrón al cual comúnmente se le refiere como la 'regla válida '. La validez de regla establece que cuando las dos mediciones se toman a 90 grados a cada lado del punto definido como 'cero', sumados estos, serán igual a la medición tomada 180 grados desde el punto'cero'. Ejemplos de la validez de la regla se muestra en la figura 6-13, y como Ud. habrá podido notar en todas las lecturas de los ejemplos mostrados de las variadas técnicas de indicador dial tratadas en las páginas anteriores. La validez de regla es aplicable a ambas mediciones radiai y axiaL izquierda (Ieft)+ derecha (right)

=inferior (bottom)

La suma de las dos lecturas a los costados del cero

debe ser igual a la lectura opuesta al cero (+/- 10 %

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Figura 6-13. Regla válida

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Técllicas COJl\cllioIl:Jlcs:- Lascr

La regla válida es importante por dos razones: 1. Para asegurar que Ud. esta obteniendo un conjunto de mediciones precisas cuando mide las posiciones de desalinea-miento de los ejes de las máquinas. Una considerable cantidad de tiempo se perdería intentando reposicionar la máquinaria basándose en mediciones imprecisas. 2. Ud. no tendrá que rotar toda la vuelta para determinar la posición de las líneas centraies de los ejes. Si Ud. puede obtener mediciones en un arco de 180 0 (ejemplo tres de las cuatro mediciones) Ud. puede determinar cual sería la otra lectura sin que tome la medición en' esa posición. Esto sabe a algo muy manejable cuando hay restricciones físicas (ejemplo líneas de lubricación, el plato-soporte. un soporte de la guarda del acoplamiento) que impiden recorrer todo el círculo compieto. De hecho, es posible determinar la posición de la líneas centrales de los ejes en un recorrido de menos de 180 grados. Este tipo de mediciones son llamadas lecturas de 'arco parcial'. Sin embargo hay imprecisiones inherentes cuando se intenta determinar las posiciones de las líneas centrales partiendo de las lecturas de un arco parcial.

¿Porqué las mediciones se toman a intervalos de 90 grados?

Invariablemente la pregunta a la que se llega es ¿Porqué las lecturas se toma a las posiciones horarias de las 12, 3, 6 Y 9 en punto en los ejes de las máquinas rotativas? En los equipos rotativos montados horizontalmente los ajustes se hacen a la carcasa de la maquinaria para alinear los ejes en dos planos, el plano de arriba a abajo (ejemplo el movimiento vertical) y el plano lado a lado (ejemplo movimiento lateral). Los ajustes verticales que se hacen a las carcasas de las maquinaria rotativa están basadas en las mediciones hechas a las 12 y 6 en punto. Los ajustes laterales que se hacen a las carcasas de la maquinaria rotativa estan basadas en las mediciones hechas a las 3 y 9 en punto. En otras palabras cuando Ud. está ajustando la altura de las carcasas de la maquinaria rotativa las lecturas de los lados (3 y 9 en punto) no tienen significado alguno, solo las lecturas en las partes superior e inferior indican la posición vertical. Igualmente cuando se ajustan las posiciones de los lados de la carcasa de las máquinas, las lecturas de las partes superior e inferior no se toman en cuenta, solo las lecturas de los lados se consideran. Las mediciones de la posición de los ejes se toman en los planos que defina las direcciones del movimiento de las carcasas de la maquinaria a la que se van a someter o hacer para corregir el desalineamiento. En las máquinas orientadas verticalmente, sin embargo. es obvio que no hay parte superior e inferior. En este caso, debe determinarse cuales serán los planos de movimiento/traslación en la carcasa de las máquinas y obtener las medidas en esos planos.

".\U"E.\\IIEi\TO DE ,\L\(){T\,\S"

Técnicas ConYelljonafcs.v Lascr ------~---~---------------

Flecha de la Barra/Soporte ('Sag')

Siempre que se use soportes mecánicos e indicadores dial para medir las posiciones de los ejes, la flecha del 'soportetbarra' debe de medirse y compensarse. El tramo de barra es una viga en voladizo que se pandea por su propio peso y por el peso dei dispositivo que está sujeto al extremo de la barra debido a la fueíza gravitacional de la tierra. Esto es similar al fenómeno discutido en la Unidad 4 en un rotor combado (ejemplo la curva 'catenaria'). La flecha del soporte de sujeción es algo confusa (y sorprendente) para fas personas que lo observan por primera vez. Este fenómeno no solo afecta a las mediciones radiales/circunferencia/es, sino que también a las mediciones axiales. Intentar alinear la maquinaria basado en mediciones que no han sido compensadas debido al pandeo del soporte producirá un cambio de lainas incorrecto en el intento de rectificar el desalineamiento vertical. Este es uno de los errores clásicos de las personas que alinean máquinas rotativas y que no han sido entrenados lo suficiente. Hay cuatro factores que afectan la cantidad de luz o pandeo que Ud. tendrá en cualquier disposición de soporte mecánico. 1. La cantidad de peso en voladizo (el peso del indicador dial en el extremo de la luz de la barra y el peso de la misma barra). 2. El largo de la barra. 3. La rigidez del largo de la barra. 4. La fuerza de la abrazadera del soporte al eje. Comúnmente cuando se comienza a alinear una máquina rotativa, hay varias cosas que Ud. no sabe hasta que instale su sistema de medición en los ejes. Ud. no sabe los diámetros de los ejes en los que se sujetarán los soportes, ni sabe cual es la altura o la luz que necesita estar la barra desde el punto de contacto en cada eje, ni sabe la distancia de eje a eje. Probablemente la mejor forma de aproximarse a esto debido a todas estas variables es ejecutando el procedimiento siguiente cuando tome mediciones de alineamiento: 1. Instale el soporte/barra espaciadora/ indicador en la maquinaria que se está alineando. 2. Tome un serie de mediciones de eje a eje y registre los datos. referidos como las mediciones de 'campo'.

Esto está.n

3. Oesmonte el conjunto sujetador/la barra espaciadora/indicador hacerlo muy cuidadosamente para no alterar la longitud de la luz de la barra y la configuración de la barra y distribución del sujetador. Use el mismo indicador que uso para medir las lecturas. 4. Busque un tramo de tubo rígido. conduit. una barra de longitud suficiente para poner el sujetador. Trate de seleccionar un pedazo de tubo rígido con un diámetro cercano al del eje donde el sujetador ha sido'instalado cuando midió la posiciones eje a eje.

82

",\LJ0J~,\,\lJr:'\Tü DE ,\ f..\() I.T\.\S"

Técnicas ConvcnionaJcs y Lascr

Figura 6 -14. Como se miden la flecha del soporte (ejemplo la flecha de la barra) en soportes mecánicos para alineamiento de ejes que se instalan en el diámetro exterior de un eje 5. Ponga el indicador en la posición superior y asegúrese de que el vástago tenga precarga parte de su carrera y ponga a cero el indicador. 6. Sujete el conjunto en la eoslclon horizontal y rote todo el tubo/soporte/barra/indicador dial a través de arcos de 90 grados y note las lecturas en cada posición (particularmente la de la parte inferior) y registre lo que observa. Estas son referidas como las lecturas de ''Flecha'. Usualmente las lecturas en cada uno de los lados son la mitad de las lectura en la parte inferior y todas las lecturas tienen un valor negativo (comúnmente pero no siempre). Refierase a las figura 6 - 14. 7. Calcule que lecturas hubieran sido si Ud. hubiera usado un soporte que no tuviera flecha o pandeo. Estas están referidas como lecturas 'compensadas. Refierase al ejemplo mostrado en la figura 6 - 15. Es extremadamente importante notar que cuando los ejes de las máquinas están en perfecto alineamiento, las lecturas en el indicador serán exactamente 10 que la lecturas de la flecha son. En otras palabras, si Ud. está 'obteniendo 'cero cero' los ejes están desalineados. Como se mencionó anteriormente si no se compensa el pandeo del soporte en las lecturas o mediciones de 'campo' y se intenta calcular las laínas que se cambiarán o utilizarán para ajustar la posición de la maquinaria para conseguir su alineamiento Ud. tendrá una cantidad de error en las lainas determinadas.

83

AbEM'NSAT!

",\LI¡\'L\~¡IEi'\TO

DE\fM)l'I.';.\S"

Técnicas Convcnionaics y Lascr

motor O

fan O

'Field' readings

T

T

W +55

W -64

+16 E

B

B -48

-6

motor O

+97

O

~ 'Sag'

0

W

-6

-12

'Compensated' readings

T

T WJ -56

+22 E

fan O

_

W +61

+28

(-64+6=-J6)

(+ 16+6=+22)

B

B

:.r

+109

-36 (-48+ 12=-36)

Figura 6 -15. Ejemplo de como compensar la flecha 'sag' del soporte

Las Lecturas Circunferenciales (Radiales) son el Doble de la Cantidad de Desplazamiento o Descentrado (Offset). 0

Siempre que las mediciones se tomen a 180 alrededor del perímetro de un eje o cubo del acoplamiento, el valor medido es el doble de la cantidad del desplazamiento entre líneas centrales como se ilustra en las figuras 6-16. Este .hecho de las medidas debe tomarse en cuenta cuando se calcula los movimientos 'vertical y lateral de la maquinaria y se aplica a todos los métodos de medición de indicador dial tratados previamente excepto la técnica axial-axial. Se aplica a las lecturas radiales obtenidas por el método axial-radial, pero las lecturas axiales se toman al valor axial leído (no son el doble de la cantidad).

84

"ALli'iLUIIENTO DE .\J..\I}l'¡'"",\S"

TécJ1icas COIlYellioJ1ales y L:lser

centerline of rotatíon

starring radius

. ~

e:=::

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_-:

•

shaft bein!! rotated wiÚ! indicawr :lnd alignmem bracket attached to it

, ,

..

i

perip~eral readings taken on thls shaft

Figura 6-16. Porque las lecturas radiales o circunferenciales son el doble del descentrado entre las líneas centrales de rotación de los ejes. ~

."

85

¡ir

"'\UNL\i\IJEi'iTO DE ,\IM)IT";,\S" TéClliC;JS COlJI'l'llionnI1'5 .;,

L¡ser

Unidad 7 Técnicas Gráficas I Modelado del Alineamiento Incluso para las personas que regularmente alinean maquinaria rotativa le es muy difícil visualizar exactamente donde las líneas centrales de rotación están con solo mirar el indicador dial, laser o medidores ópticos. Su principal objetivo es posesionar cada máquina de tal forma que ambos ejes funcionen en ia misma línea de rotación. Aún en la actualidad, existen muchas personas que alinean equipos rotativos utilizan el método de 'prueba y error' (aproximaciones sucesivas). Instalan un conjunto de laínas bajo las patas y mueven un poquito la maquinaria hacia los lados, y toman un conjunto de nuevas lecturas y ven si las mediciones obtenidas han mejorado algo. Hay una relación geométrica entre el tamaño de la maquinaria (ejemplo donde están ubicados los pernos de las patas), la posición donde se toman la medidas y el eje mismo. Una vez que todas las mediciones se han tomado, el movimiento de solución puede ser definido matemáticamente o gráficamente.

La relación matemática en el alineamiento de máquinas La figura 7-1 muestra la relación matemática entre las dimensiones de la maquinaria y las lecturas obtenidas en el indicador dial utilizando las técnicas axial­ radial y de! indicador invertido. Las ecuaciones van a resolver los movimientos que se necesitan hacer para corregír el desalineamiento en una o la otra carcasa de máquina. Cualquiera de los dos, si Ud. decide mantener la motriz fija, Ud. resuelve hacer los movimientos en la máquina impulsada o viceversa. Esto usualmente es referido como el concepto de alineamiento 'fija - móvil 'y no es recomendable por razones explicadas más adelante.

Técnicas de alineamiento gráficas I modelado PresCindiendo del instrumento que se use para medir las posiciones de las líneas centrales de rotación (sea indicador dial, medidores ópticos, lasers, u otros), virtualmente todos los sistemas de medición de alineamiento utilizan uno (o con ligeras varidciones) de los siguientes principios de medición: Método dei Indicador Invertido Método axial-radial (Rim-Face) Método del Doble Radial Método del Eje al Carrete de Acoplamiento

r

Método Axial-Axial (Face-Face) Con el propósito de comprender como algunos de estos métodos trabajan, se utilizarán las lecturas del indicador dial para ilustrar como algunos métodos pueden ser graficados o esquematizados para determinar la posición relativa de cada eje. Todas estas técnicas pueden graficarse o esquematizarse a mano. Corrientemente todo lo que Ud. necesita es algo de papel milimetrado, una regla recta y un lápiz.

87

'''II,L'ILI,\IIE,'ITO IJL ,\I,I(jl 1,,',15"'

Técnicas ConvcnioI1aJcs y Laser

Método Matemático Axial-Radial MOTRil

donde:

A, 8,

e,

IMPULSADA

D, E ::: distancias mostradas

H ::: diámetro de las lecturas axiales

F ::: diferencia de la lectura axial (desde la parte supenor a la inferior o de lado a lado) y ::: diferencia de la lectura radial (desde la parte superior a la inferior o de la do a iado)

F (B-;.-C)

Patas interiores de ::: máquina motriz

I

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~.

A

,

..

BCD

E

FD

Patas interiores de = -----::===:.\ ¡., ., máquina movida 'JH-+F­

- (Y)

-,

VH- + Fe.

F (A+B ....C)

F ID-'-E)

Patas exteriores de = máquina movida

Patas exteriores de = --;:===-- - (Y) /\! I ' \1 H- -;.- F máquina motriz

+ (Y)

+ (Y)

Método Matemático Indicador Invertido MOTRil

donde:

A. S,

e,

D, E

IMPULSADA

=distancias mostradas

x ::: diferencia de la lectura radial en máquiina motriz (desde la parte superior a la inferior o de lado a lado)

y = diferencia de la lectura radial en máquina movida (desde la parte superior a la inferior o de la do a lado) BCD

Patas interiores de = máquina motriz

Patas exteriores de máquina motriz

=

(B+C) (x+Y) _ (Y)

Patas interiores de::: máquina movida

C

(A+8-'-(' (X+ Y) _(Y)

C

E

J..s=.+D) (X+Y) - (X)

C

IC-'-D..¡ E) X.,..Y)

Patas exteriores de::: ' máquina movida

- ¡X)

C

Figura 7-1, Ecuaciones para determinar el movimiento de uno u otra carcasa de máquina para las lecturas axial-radial y del indicador invertido

88

"\U,'IE,\,\lJl':,'Iro /lE ,\l.\Ql ¡,,\Y'

Técnicns Cüll\'cniünalcs y Lasc!"

Las técnicas de esquematización del alineamiento de ejes usan dos factores de escala diferentes. Un factor de escala proporciona las dimensiones totales del tren de máquinas de forma que el dibujo entre dentro de los limites impuesto por el papel para graficar y otra factor de escala 'diferente utilizado para exagerar el desalineamiento entre los ejes de las máquinas. Si nos referimos a trenes motrices de maquinaria rotativa horizontalmente instalados habrán dos gráficos que tendremos que dibujar. Como se muestra en la figura 7-2, un gráfico mostrará la posición exagerada de cada eje VISTA LATERAL, ilustrando la posición vertical o arriba y abajo de la maquinaria. El. otro gráfico se construirá en la VISTA SUPERIOR mostrando la posición lateral o lado a lado de la máquina.

Figura 7-2. Partición del desalineamiento en el tren motriz en dos vistas diferentes.

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Una vez que las posiciones relativas de los ejes de la maquinaria han sido graficadas, una amplia variedad de soluciones diferentes puede determinarse para hacer coincidir las líneas centrales de rotación en línea entre ellas.

89

AOEfV1INSM

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COlIycl1iuna!cs y Llscr

El beneficio de la esquematización de la máquina rotativa es representar visualmente una gráfica, exagerada pero precisa, a escala del desalineamiento, de forma tal que uno pueda fácilmente acertar a cuál posición la maquinaria debe moverse lo que lo que hará fácil alinear jos ejes dentro de las condiciones impuestas por el plato soporte / la cimentación y las restricciones laterales admisibles por los pernos de la carcasa de la maquinaria y los agujeros taladrados en la carcasa. Adicionalmente la técnica del modelado puede incluir otros parámetros de medición tales como tuberías inadecuadamente instaladas, [a luz o entrehierro 'gap' entre armaduras y estatores; y el intersticio entre el rotor y la guarda de un ventilador. Finalmente el gráfico es un registro pE:':smanente del alineamiento de la maquinaria y puede guardarse para referencias futuras. En resumen este capítulo va a repasar los siguientes pasos claves en la corrección de situaciones de desalineamiento (referidas al paso 6 de la Unidad 1). 1. Determinar las posiciones actuales de las líneas centrales de rotación de toda ia maquinaria. 2. Observar cualquier restricción de movimientos en las máquinas en los puntos de control/ajuste (usualmente las patas de la máquinas / pernos de anclaje). 3. Dibujar las restricciones en el gráfico / modelo. 4. Determinar las movidas de una o de ambas carcasas de máquinas en el gráfico / modelo que serán factibles ejecutar. Las técnicas de modelado mostradas en esta Unidad son los métodos más precisos y eficientes para alinear máquinas rotativas y están entre los aspectos más Importantes del dominio de ios prinCipios del alineamiento de máquinas. Primero comenzaremos ilustrando como se construye las posiciones relativas de las líneas centrales de rotación y luego como puede determinar la amplia variedad de opciones de movimiento disponibles cuando se reposicione máquinas desalineadas. Modelado del Método del Indicador Invertido Utilizando la Técnica del 'Punto a Punto'

Probablemente la técnica de modelado más fácil de aprender sea el método de modelado del indicador invertido punto a punto y es por el[o el que primero se abordará. Se requieren ocho datos para construir apropiadamente las posiciones de los ejes utilizando con esta técnica: 1. La distancia entre la patas anteriores y posteriores (planos de anclaje anterior y posterior) de la primera máquina. 2. La distancia desde el plano anterior de anclaje de la primera máquina al punto en el eje donde los soportes de los indicadores se instalan. 3. La distancia desde donde los soportes han sido instalados y los puntos donde los indicadores dial toman las lecturas radiales en la primera máquina. Note que esta distancia puede ser cero si se utiliza una disposición simétrica en la que la los puntos de sujeción y lectura son los mismos en cada eje.

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90

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Técllicas COIII'ClliOI1;¡/cs y Lascl'

4. La distancia desde donde el indicador dial toma las lecturas radiales en la primera máquina al punto donde el indicador dial toma las lecturas radiales en la segunda máquina. 5. La distancia desde donde el indicador dial toma las lecturas radiales en la segunda máquina al punto donde los soportes están instalados. Note que esta distancia puede ser cero si se utiliza una disposición simétrica en la que se sujete y lea en los mismos puntos en cada eje. 6. La distancia desde donde los soportes están instalados al plano anterior del perno de anclaje de la segunda máquina. 7. La distancia desde las patas anteriores yposteriores (planos de anclaje) de la segunda máquina. 8. Las ocho lecturas del indicador dial tomadas en la parte superior, inferior y las de los dos lados en ambos ejes después de compensar )a luz o pandeo. Desde el punto de vista de la geometría, el método del indicador invertido mide la desviación de las líneas centrales de rotaciónae los ejes en dos 'tajadas' en el espacio a una distancia conocida. Con precisión grafique a escala las distancias de las líneas centrales del tren motriz como se muestra en la figura 7-3. Prepare dos gráficos, uno de la vista lateral y otro de la vista superior. Vista Lateral

Medición de la posición de ejes Tome un conjunto de lecturas con el método del indicador invertido y compense las lecturas con la cantidad de pandeo (" sag')

motor

pump

MOTOR

BOMBA

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H

0

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-12 s

. Field readingso~

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B

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Comoensaled readrngs

-10

B

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Lecturas compensadas

¡

I

Figura 7-3. Prepare dos gráficos que muestre las vistas lateral y superior de las líneas centrales de rotación

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91

A~~~~

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Técnicas ConvcIIioIlalcs y Laser

Las lecturas radiales son siempre el doble de la cantidad del desplazamiento En todo momento la lectura radial o circunferencial medida de un lado a otro del eje (180 grados de rotación) es el doble de la cantidad de la distancia actual entre las líneas centrales de rotación en ese punto. La figura 7-4 muestra porque se produce esto.

Figura 7-4 . Las lecturas radiales o circunferenciales son siempre el doble que la distancia entre líneas centrales de rotación. Procedimiento para graficar la técnica del indicador invertido punto a punto: 1. Con precisión a escala prepare dos gráficos para las dos vistas lateral y superior, conteniendo las distancias entre las patas anteriores y posteriores de las dos máquinas, las distancias de las patas interiores de las dos máquinas al punto donde los vástagos de los indicadores dial tocan (toman lecturas) a ambos ejes y la distancia entre los puntos de lectura a lo largo de la línea central graficada de izquierda a derecha. Vista Lateral motor

bomba

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BOMBA

",0,,­ 1)

-~;B - - o.--- ---5~ ~----Lecturas con 'sag' compensadas

, Marque la escala de izquierda a derecha '5ag')

Registre las lecturas (no olvidar compensar el

Figura 7-5. Paso 1. Confección del gráfico I modelado

AOEMINSM

",\U.\C,\,\IIc" 1O !JE .\L\()ll'\,\S"

Técnicas COJlvcllioJlalcs v Lascr

2. Para seleccionar la escala más apropiada comience a graficar las lecturas dei indicador dial superior-inferior o lado a lado en el eje que tengan los mayores valores superior-inferior o lado a lado. En el ejemplo. es la del eje de la bomba. Vista Lateral

I motor I ¡ Grafique ia mitad de la lectura inferior donde el I indicador dial toma la lectura en eje de la bomba

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MOTOR

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bomba

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La 'lectura es negativa

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~6

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I

Lecturas con 'sa9' compensadas Dibuje una línea desde donde la abrazadera sujeción está instala en el eje del motor al punto graficado a escala

Figura 7-6. Paso 2. Dibujo del primer eje en el gráfico. 3. En la intersección de la línea central graficada y el punto donde el indicador dial tomó la más grande de las dos lecturas inferior (o al lado), grafique un punto sobre o debajo de esta intersección. la mitad de la lectura superior a inferior o lado a lado del indicador dial. Si la lectura inferior (o de lado) fue negativa, ubique un punto a la mitad de la lectura inferior (o lado) desde la línea central graficada hacia la parte superior del gráfico. Si la lectura de la parte inferior (o lado) fue positiva, ubique un punto a la mitad del lectura inferior (o lado) desde la línea central graficada hacia la parte inferior del gráfico. Dibuje una línea desde donde el soporte fue instalado en el eje opuesto en la línea central graficada al punto antes graficado a escala. Recuerde. sea como fuera el eje en el que el indicador dial ha tomado la lectura. ese es el eje que se dibujará en papel gráfico. 4. Paso siguiente. en la intersección de gráfica de la línea central y el punto donde el indicador dial toma la más pequeña de las lecturas grafique un punto sobre o debajo esta intersección la mitad de la lectura superior-inferior o lado a lado del indicador dial. SI la lectura inferior (o de lado) ha sido negativa, ubique un punto a la mitad de la lectura inferior (o lado) desde la línea central graficada hacia la parte superior del gráfico. Si la lectura de la parte inferior (o lado) fue positiva. ubique un punto a la mitad del lectura inferior (o lado) desde la línea central graficada hacia la parte inferior del gráfico. Dibuje una línea desde donde el soporte fue instalado en el eje opuesto en la línea central graficada al punto último graficado a escala.

93

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I

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Vista Lateral

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Lecturas con 'sag' compensadas Estas son las posiciones exageradas de las líneas centrales de los ejes del motor y de la bomba

El objetivo principal es hacer coincidir las líneas centrales de ambos ejes.

Figura 7-7. Paso 3. Dibujo del segundo eje en el gráfico. Note que si la lectura superior-inferior o lado a lado del indicador dial es negativa, se debe graficar la mitad de la lectura hacia la parte superior del papel de graficar para ambos ejes. Si la lectura del indicador dial es positiva, se debe graficar la mitad de la lectura hacia la, parte inferior del papel de graficar, para ambos ejes. Vista Superior

bomba

motor (este) , --i - - -~----._-_ ~

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MOTOR

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Figura 7-8. Técnica de Modelado punto a punto del indicador invertido. Ejemplo que muestra las posición exagerada de las líneas centrales de ejes en la vista superior

94

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Téel! ieas COl! ven jrJII aJes y Lasc r

Las cuatro posibles configuraciones de gráficos de alineamiento son motor

bomba

motor

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bomba

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motor

bomba

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motor

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~Figura 7-9. Ejemplos de la técnica de modelado punto a punto del indicador invertido mostrando las posiciones del los ejes basándose en lo valores (+/-) de las lecturas inferiores

Modelado del método del Indicador Invertido utilizando la técnica de la Línea a Puntos Hay un método alternativo parél. modelar las lecturas del indicador invertido. Hay dos ventajas en esta técnica como opuesto al método de punto a punto: • Es más fácil para modelar trenes motrices de elementos múltiples donde las lecturas del indicador invertido han sido tomadas en dos o más acoplamientos flexibles.

95

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• Prescindiendo de si se tiene una disposición asimétrica o simétrica de los soportes, los puntos donde los soportes están insta1ados al -eje no son relevantes; solo se requieren los puntos 'donde el indicador dial toma las lecturas. Hay seis datos que se necesitan saber para construir apropiadamente las posiciones de los ejes utilizando esta técnica:

1. La distancia desde las patas posteriores y anteriores (planos de anclaje) de la primera máquina. 2. La distancia del plano de anclaje anterior de la primera máquina al punto en el eje donde el indicador dial toma la lecturas radiales en la primera máquina.

3. La distancia desde donde el indicador dial toma las lecturas radiales en la primera máquina al punto donde el indicador dial toma las lecturas en la segunda máquina.

4. La distancia desde donde el indicador dial toma las lecturas radiales en la segunda máquina al plano de anclaje anterior de la segunda máquina.

5. La distancia desde las patas anteriores a las posteriores (planos de anclaje) de la segunda máquina. 6. Las ocho lecturas del indicador dial tomados en la parte superior, inferior y a ambos lados de los dos ejes después de compensar la flecha.

A escala y con precisión grafique el tren motriz como se muestra en la figura 7-10y7-11. Vista Lateral motor

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BOMBA

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Lecturas con flecha compensadas

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Figura 7-10. Técnica de modelado línea a punto del indicador invertido, ejemplo en el que el eje del motor es directamente ubicado sobre la línea centml graficada

Procedimiento para graficar la técnica de la línea a punto del indicador invertido.

1. Seleccione uno de los dos ejes de la maquinaria y dibuje uno de estos ejes sobre la línea central graficada.

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TécniC:1S COIIYClliolW!CS y Lascr

2. Comience con las lecturas superior-inferior o lados a lado en el otro eje (el que no ha sido dibujado sobre la línea central graficada). 3. Grafique la otra línea central de eje comeozando en la interseécTón de la línea central graficada y el punto donde el indicador dial tomó las lecturas en el otro eje. Si la lectura inferior (o de lado) fue negativa, ubique el punto a la mitad de la lectura inferior (o de lado) desde la línea central graficada hacia la parte superior del gráfico. Si la lectura inferio~ (o de lado) fue positiva, ubique el punto a la mitad de la lectura inferior (o de 'lado) desde la línea central graficada hacia la parte inferior del gráfico (lo mismo que en la técnica de modelado punto a punto). No dibuje ninguna línea todavía. Vista Lateral bomba

motor (arriba)

MorOR

n

'1

... 50 mils

-24n~4 \~

BOMBA \

í ' \\\ \-10

-.iG f ~ \

I

..~

-28

-56

Lecturas con flecha compensadas

Figura 7-11. Técnica de modelado línea a punto del indicador invertido, ejemplo en el que el eje la bomba es directamente ubicado sobre la línea central graficada 4. Luego, comience en la intersección de la línea central graficada y el punto donde el indicador dial tomó las lecturas en el eje que fue dibujado sobre la línea central graficada. Si la lectura inferior (o de lado) fue negativa, ubique el punto a la mitad de la lectura inferior (o de lado) desde la línea central graficada hacia la parte inferior del gráfico. Si la lectura inferior (o de lado) fue positiva, ubique el punto a la mitad de lectura inferior (o de lado) desde la línea central graficada a la parte superior del gráfico (opuesto a la técnica de modelado punto a punto). 5. Estos dos puntos marcados en la gráfica donde el indicador dial tomó las lecturas define la vista de fa línea (la línea central de rotación) del otro eje. Dibuje una línea recta a través' de estos dos puntos desde el extremo del acoplamiento al extremo exterior del otro eje.

97

",\U:,L 1 \111.\ 1() DE .\I\()I 1.\.1,-;"

Técnicas CUII'clliollalcs y Lascr -----~----------------

Modelado del Método Axial - Radial El método Axial-Radial mide el desalineamíento paralelo 'offsef y un ángulo de la línea central de rotación de un eje con respecto a la vista de una línea de un "eje de referencia'. Para graficar el método axial-perisférico se necesita tener un pieza de plástico claro con una 'T' pintada en el plástico similar al mostrado en la figura 7­ 12. La barra 'r sobrepuesta representará al eje donde los indicadores dial toman las lecturas. Hay nueve datos que se necesitan para construir apropiadamente las oosiciones de los ejes utilizando esta técnica: 1. ¿En cuál eje se sujetarán las abrazaderas? y ¿en cuál eje los indicadores díai tomarán las lecturas? 2. La distancia desde las patas exteriores y interiores (planos de anclaje) de la máquina donde está sujeta la abrazadera. 3. La distancia desde el plano de anclaje interior de la máquina donde esta sujeta la abrazadera al punto en el eje donde la abrazadera se sujeta en su sítio. 4. La distancia desde donde la abrazadera esta sujeta en su sitio al punto en el otro eje donde los indicadores dial toman las lecturas axiales y radiales. 5. La distancia desde donde los indicadores dial toman las lecturas toman las lecturas axiales y radiales al plano de anclaje de esa máquina. 6. La distancia desde las patas interiores a exteriores (planos de anclaje) de la máquina donde los indicadores dial toman las lecturas. 7. El diámetro donde las lecturas axiales se toman. 8. Si las lecturas axiales se toman en la en el lado 'frontal' o 'posterior' de la maza del acoplamiento, o la superficie de medición. 9. Las ocho lecturas del indicador dial tomadas en la parte superior, inferior y a ambos lados de los puntos de medición axial-radial. --_._------~--~--------

r

r

¡

Figura 7-12. La barra 'T' sobrepuesta. Esta figura puede fotocopiarse y aumentarse su escala en un 200 % para utilizarse en graficado y modelado axial­ radial.

98

AOEMINSN/

",\Ui'iEA¡\IIE:\,TO I)I~ ,\L\Qll\'..\S" TéClliC:lS COlll'Cllioll:i1CS

y Lascr

Dibuje a escala ¡as distancias en una hoja de papel gráfico y haga a escala el diámetro de las lecturas axiales sobre la transparencia sobrepuesta en forma de 'T, Asegúrese que utilice la misma escala- para todas estas dimensiones. La parte superior de la 'T representa la cara del eje donde se está tomando las lecturas y la 'base' de la 'T' representa la línea central de rotación del eje. Procedimiento para graficar la Técnica Axial-Radial

1. Dibuje directamente sobre la parte superior de la línea central de rotación graficada el eje donde está sujeta la abrazadera de alineamiento 2. Luego, posicione la barra 'T transparente sobrepuesta para reflejar las lecturas tomadas radiales o perimetrales del otro eje. Si la lectura de la parte inferior (o de lado) fue negativa, deslice la barra 'T' hacia la parte superior de! papei gráfico de manera que la base de la 'T' este a la mitad de la lectura radial desde la línea central graficada. Si ia lectura radial inferior (o de lado) fue positiva. deslice la barra 'T' hacia la parte inferior del papel gráfico de manera que la base de la 'T' este a la mitad de la lectura radial desde la línea central graficada. 3. Pivotee la barra 'T' sobrepuesta para reflejar las lecturas axiales tomadas. Hay muchas formas de conseguir esto. Puede pivotearse o rotarse la barra 'T' desde el punto más alto en la parte superior de la barra 'T donde el indicador dial fue puesto en cero y mover el punto inferior. Después de que se ha posicionado apropiadamente la 'T' sobrepuesta, determine el mejor movimiento de realineamiento para conseguir alinear las dos líneas centrales de rotación basándose en el conocimiento de la restricciones que se tiene en la patas de la maquinaria. La Barra Sobrepuesta 'T'

La barra soprepuesta 'T' representa al eje donde los indicadores dial toman las lecturas. En el ejemplo mostrado aquí la barra 'T representa el eje de la bomba ya que los indicadores dial están tomando lecturas en la bomba con la abrazadera sujeta al motor. En esta disposición. se esta tratando de 'ver' donde está el eje de la bomba con respecto a un punto en la línea central del eje del motor. Recuerde donde los indicadores dial toman las lecturas. No error si se sujeta la abrazadera al eje de la bomba y se toman las lecturas en el eje del motor. Si la abrazadera se sujetó la eje de la bomba, entonces la barra 'T' deberá representar la posición del eje del motor,

Figura 7-13. Haga a escala el diámetro donde se tomaron las lecturas axiales en la parte superior de la 'T en la barra sobrepuesta T.

99

".\LL'.;E,\.\IIf:.'.;¡ () lJF..\L\I)ll'\\S"

Técnicas COflYefliOJlalcs y Llser

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I 1

I

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O pump shaft

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'''-----.S/ +60 ~

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Tome la mitad de esta lectura radial y grafique esta por debajo de la línea central graficada

bomba

motor

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f

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10 inch diameter

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.

~

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Baje las patas anteriores y postenores del motor a

esta línea central proyectada del eje de la bomba

Las lecturas axiales se tomaron en esta ubicación

......-'

ubique la línea central del eje del motor en la parte superior de la linea central graficada "",

'-

-12 ,"-.Ic;

"'--." "",-­

(la lectura aXial en la parte infenor del cubo acoplamiento

de la bomba)

~

p¡votee la T sobrepuesta aquí

Figura 7-14. Ejemplo Axial-Radial en vista lateral

100

AbErVI,NSIJ

",\Ll;\E,\,\III~:"TO DE ~L\(¿ll".\S"

Técnicas Convcniollalcs y Laser

Chequeo de la tolerancia de desaJineamiento

Las técnicas de modelado permite visualizar con preclslon las posIciones réiativas de ¡as líneas centrales de dos ejes. Una vez que las posiciones de los eJes han sido determinadas, el primer paso es determinar si la cantidad de desalineamjento está dentro de las tolerancias. (Revisar Unidad 4 figuras 4-2 y 4­ 3)

En cualquier punto en el tiempo, los ejes de la maquinaria están algo desalineados lado a lado y desalineados arriba y abajo (o en cualquier otra coordenadas que se les establezcan). La clave es encontrar la mayor de las cuatro desviaciones (los puntos deflexión) y divida esta por la distancia entre los puntos de la transmisión de potencia (los puntos de flexión). Dos de estas desviaciones se producen en la VISTA SUPERIOR , la cual mostrará la cantidad de desalineamiento lateral (lado a lado) y las otras dos desviaciones se producirán en la VISTA LATERAL, la cual mostrará la cantidad de desalineamiento vertical (arriba/abajo) como se ilustra en al figura 7-15 VISTA LATERAL motor

bomba la más grande d

s cuatro desviaciones

Fiac~n_de~4mils\ __._,¡_2_~_'"":~~
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~rT~_,~·_~_~otoor.~_ _ 15mt_a~ _

I :50 mils I

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i

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·28

E

W

. 8-

-10 .. - ..-

"..

-56

¡

i

lecturas con flecha compensada

28 mils /4 = 7 mils /pulg.

No se está dentro de la tolerancia.

VISTA SUPERiOR motor

bomba

desviación de 10 míls

!.. . }.-~--~_ .... _-.Mo_lOL.._.. :

50 mils

I

4" ~

_ .

Bomba

.

,0,,- 00·,,-'

Figura 7-15. Determinación de la precisión y tolerancia del actual desalínamiento.

101

",\L/NE,\,\lIESm DI:: ,\f..\OlIS,\S"

Técnicas COIlHlliollalcs;' Llscr

La desviación del desalineamiento maxlmo puede determinarse directamente del gráfico. Note que los puntos de flexión no necesariamente son los mismos puntos donde se tomaron las lecturas. Sin embargo, desde que el desalineamiento se expresa en rnii por pulgada (o mm por 100 mm), sea que las desviaciones estén medidas donde se tomaron las lecturas, o a los extremos de los ejes, o en los mismos puntos de flexión, la desviación de desalineamiento {recuerde esta en mils/ pulgada o mm/1 00 mm) siempre será la misma cantidad.

Restricciones de movimiento y el movimiento permisible

Una vez que las distintas técnicas de graficado y modelado muestren la posiciones relativas de las líneas centrales de rotación de la maquinaria. así como, la cantidad excesiva de las desviaciones de desalineamiento, extraídas de ¡as vistas lateral y superior. ¿Qué hacer? Lo siguiente es determinar la restricciones de movimiento impuestas por las carcasas de la .máquinas en los puntos de ajuste y control. Las restricciones del movimiento definen la cantidad admisible de movimiento 'fácil' en la maquinaria. Cuando se observa la maquinaria en la dirección arriba/abajo (VISTA LATERAL), las restricciones del movimiento están definidas por la cantidad de movimiento que puede realizarse con la maquinaria en la direcciones hacia arriba y hacia abaJO. ¿Qué tanto puede moverse hacia arriba las carcasas de la maquinaria? Hay virtualmente una cantidad ilimitada de movimiento en la dirección hacia arriba. Las carcasas de la maquinaria comúnmente se mueven hacia arriba instalándoles laínas (láminas de metal de varías espesores) entre las lados inferiores de las patas y el plato soporte. Esto es, si se quiere mover la maquinaria hacia abajo y no hay lainas debajo de las patas de la máquina. se define esto como restricciones del movimiento vertical. Pero si hay 10, 20 o tal vez 50 mils (0.2, 0.4 o 1.2 mm) por debajo de las patas de la maquinaria que se puede quitar, se refiere esto como movimiento permisible. El stock de lainas se refiere comúnmente a láminas de metal con un espesor en un rango de 1 mil (0.01 mm aprox.) a 125 mils (3.0 mm aprox.). Existen diversas compañías que fabrican stocks de lainas pre-cortadas en medidas estándares (vea las figuras y tablas mostradas más adelante). Una laina de más de 125 mils o 3 mm se le refiere como 'espaciador' o 'suple', Igualmente importante es que tanto se puede mover las carcasas hacia abajo. Las carcasas normalmente se mueven hacia abajo quitando las laínas instaladas entre las patas de la maquinaria y el plato-soporte. As[, si se quiere mover la maquinaria hacia abajo y no hay lainas debajo de las patas de la maquinaria. se denomina esto como restricciones de movimiento vertical. Si hay 10, 20, o tal vez 50 mils (0.2, 0.4 o 1.0 mm) debajo de la maquinaria que pueden quitarse, se define esto como movimiento permisible.

102

"AI.Ii\'EA.\IIE:\TO DE .\IM)ll;\AS"

Técnicas COlll'cniollalcs y Lascr

Adicionalmente al alineamiento en la dirección arriba/abajo de la maquinaria, también es imperativo que la maquinaria este alineada apropiadamente lado a lado. La maquinaria se alinea lado a lado desplazando lateralmente la carcasa de la máquina. Este movimiento a los lados se monitorea o controla instalando los indicadores dial a lo largo del lado la carcasa de la máquina, en la zona donde se sujetan los pernos de anclaje de las patas interiores y exteriores, sujetando los indicadores dial al plato soporte o bastidor, poniendo a cero los indicadores y moviendo la cantidad prescrito los extremos interior y exterior de la carcasa. Aqui es cuando uno puede encontrar limitaciones en el movimiento ai no existir espacio suficiente de desplazamiento entre los pernos de anclaje y los agujeros en las patas de la carcasa. Por ejemplo si se quiere mover el extremo exterior de la máquina 120 mils (2.5 mm aprox.) hacia un lado (izquierda por ejm.), se comienza a mover la carcasa controlando ei movimiento con indicador dial, y la máquina se para después de un desplazamiento de 50 mils (1.0 mm), se considerará esto como restricción en el movimiento. El problema cuando se mueve lateralmente la maquinaria es que hay una cantidad límite admisible de movimiento a ambos lados. La cantidad de movimiento total lado a lado a cada extremo de la carcasa de la máquina se denomina como el movimiento lateral permisible. Es muy importante reconocer que una corrección del alineamiento sin problemas sólo ser posible lograr cuando el movimiento permisible se conoce. Probablemente una de las enunciados mas importantes existentes es: Cuando se considera que las dos carcasas de máquinas son movibles, hay un número infinito de maneras posibles de alinear los ejes, algunas de las cuales son los movimientos permisibles determinados.

Lo notorio de este enunciado es que quienes realizan el trabajo de alineamiento no pueden limitarse (como muchos instrumentos descritos en la Unidad 6) a considerar una de las carcasas invariablemente estacionaria, debe explorarse la posibilidad de moverla antes de maquinar los agujeros de las patas de la otra carcasa o de modificar los agujeros en el plato-soporte. Para prevenir la pérdida de horas enteras o días tratando de corrigiendo un desalineamiento, se deben seguir los cuatro pasos básicos siguientes: 1. Encuentre las posiciones de cada eje en el tren motriz con las técnicas de graficado y modelado que se muestran en esta unidad. 2. Determine el movimiento permisible total de toda la carcasa en ambas direcciones. 3. Grafique las restricciones en el gráfico/modelo. 4. Seleccione una 'línea final de alineamiento deseada' que encaje dentro de lo permisible y mueva la máquina a esta línea.

10:3

ADEMiNs7J/

"ALlI'iL\~IJ¡':"'T()

IlE .\L\Ql:l\ \:,"

Técnicas COllvcnionalcs y Lasa

Determinación del movimiento de la maquinaria para corregir el desalineamiento

Una vez que las líneas centrales de rotación han sido determinadas y el movimiento permisible ha sido graficado, será bastante evidente que movimiento de reposición será más fácilmente hacer y cual no. La línea final de alineamiento deseado (conocida como la línea sobrepuesta) es una línea recta dibujada sobre el gráfico mostrando la posición deseada en que ambos ejes tendrán sus líneas centrales de rotación colineales. Es evidente que si una carcasa de máquina es estacionaria, la línea central de rotación de esta máquina será ias línea final de alineamiento. Desde que los ajustes se hacen en las patas anteriores y posteriores (o interiores y exteriores) de la máquina, el lógico que algunas soluciones alternativas puedan realizarse para considerar uno o mas de uno de estas patas como puntos de pivote. En el siguiente ejemplo. la posición de los ejes de la turbina de vapor y la bomba de alimentación al caldero han sido determinados y el conjunto de lainas bajo todas los pernos de anclaje han sido graficados en el dibujo (52 mils debajo de patas exteriores y 20 mils en las patas interiores en la turbina de vapor; 40 mils debajo de las patas interiores y 46 mils debajo de las patas exteriores de la bomba de alimentación). La línea discontinua representa los puntos de restricción en cada uno de los puntos de los pernos de sujeción. Note que ninguna de las carcasas de las máquinas podrá mantenerse 'estacionaria' sin una rectificada del plato-soporte o los lados inferiores de las patas de las máquinas. En este caso una posible solución puede ser pívotear en las patas exteriores de la bomba de alimentación y en las patas interiores de la turbina de vapor bajando las otras dos patas lo señalado en la gráfica. VISTA LATERAL

bomba' rje-aHmeri~t caldero

turbina de vapor

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línea de restricción inferior 7

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pivotee aquí

de Agua al

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-26

lecturas con ¡lecha compensada

Figura 7-17. Gráfica de los puntos bajos de restricción.

104

\

PRIMERA PRACTICA DE ENTRENAMIENTO

""\1,1,\1':.\ \IIEo'\1 () DE \I.\()II:,\S"

Técnicas CUlIYellionalcs y Lascr

Unidad 8 Medición y Compensación del Movimiento Producido por el Funcionamiento de las Máquinas Virtualmente todos los equipos" rotativos experimentarán cambios de posición durante su arranque y mientras funcionan, los mismos que afectarán el alineamiento de sus ejes. Con el propósito de que los ejes operen colineales bajo sus condiciones normales de funcionamiento, es deseable conocer la cantidad y dirección de' estos movimientos para posicionar apropiadamente las máquinas durante lo que comúnmente se llama el proceso de alineamiento en 'frío' (fuera de servicio o parado) para compensar este cambio.

¿Que tipo de maquinaria es propicia a cambiar de posición cuando funcionan? las características del movimiento de fuera de servicio a funcionamiento de la vasta mayoría de sistemas motrices de maquinaria rotativa existente nunca ha sido medido. Probablemente en el 60 % de los sistemas motrices existentes la cantidad de movimiento es insignificante y se puede ignorar. En los casos restantes, sin embargo, esto puede establecer la diferencia entre un sistema motriz de transmisión que funciona suavemente y uno que está plagado de problemas. Es importante saber cuanto movimiento se produce antes que Ud. juzgue que es insignificante y lo ignore. La pregunta es .. ¿cuál de las máquinas rotativas que Ud. tiene se mueve lo suficiente de su condición fuera de servicio a la de funcionamiento para que este movimiento requiera medirse y compensarse? La siguiente es una lista de la maquinaria que es propensa a cambiar de posición desde su condición fuera de servicio a la de funcionamiento . • Sistemas de maquinaria rotativa que funcionan a o sobre los 200 HP Y velocidades de 1200 r.p.m. o mayores. • Maquinaria que soportan cambios de temperatura en la carcasa por ejemplo: - motores eléctricos y generadores - turbinas de vapor - turbinas a gas - motores de combustión interna (diesel, etc.) • Variadores de velocidad (ejemplos cajas de engranajes) • Maquinaria que esta bombeando o comprimiendo fluidos o gases en los que los fluidos y gases sufren cambios en su temperatura de 50 grados o más desde su ingreso hasta su descarga (este puede ser o un incremento o una caída de temperatura). Por ejemplo:

- compresores centrífugos o reciprocantes

106

".\U¡"E.UIIEi\TO lJl~ :\I.\f)\ T\\S"

TéclIicns COllITllioJln]cs y

- bombas centrífugas - ventiladores de hornos. • Equipos con soportes deficientes de tuberías sujetas a las carcasas de las máquinas donde la expansión o contracción de la tubería induce fuerzas en la carcasa de la máquina o donde los flujos de los fluidos pueden causar un movimiento de reacción en las tuberías. ¿Qué es lo que causa este movimiento? Hay una variedad de factores que originan que la maquinaria se mueva una vez que está funcionando. La causa más común se debe a los cambios de temperatura en la máquina misma (a medida que comprime gases o se calienta el lubricante por la fricción en los cojinetes) y es por esta razón que generalmente se le refiere como movímíento 'térmíco' o 'frío' o 'caliente'. El cambio de temperatura en las máquinas rotativas es raramente uniforme por toda la carcasa lo cual produce que casi todos los equipos se inclinen algún ángulo, un poco que crezca o (se contraiga) hacia arriba o hacia abajo. Para los compresores y bombas, el movimiento térmico de la línea de tuberías acoplada también provocarán que el equipo se mueva. Otras fuentes de movimiento de maquinaria pueden ser los pernos de anclaje sueltos, variación de la condiciones climáticas para los equipos instalados fuera de locales, el calentamiento o enfriamiento de pedestales de concreto, cambios en las condiciones de operación de los equipos desde situaciones sin carga hasta las con carga, las reacciones de las carcasas o soportes ante las fuerza centrífuga de los rotores cuando estos están rotando. Debe tenerse en cuenta consideraciones especiales para los equipos que arrancan y paran frecuentemente o donde la carga pueden variar considerablemente mientras están funcionando. En casos como estos, debe hacerse un arreglo que sopese factores como: períodos de trabajo a ciertas condiciones, variación total del movimiento de la maquinaria desde un máximo a un mínimo, tolerancias de alineamiento y acoplamiento, etc. Para observar y registrar apropiadamente estos cambios, deben de realizarse chequeos periódicos de estos cambios en el movimiento para comprender apropiadamente como posicionar eficientemente el equipo para un rendimiento óptimo. Los sistemas de monitoreo continuo de ejes son los más recomendados. Sin embargo, por experiencia, la mayoría de los equipos rotativos corrientemente mantendrán una posición específica prescindiendo de la variación de la carga. Lo que usualmente se torna en problema grande es que el equipo tiene ser alineado desplazado en 'frlo' una distancia considerable lo que hace los arranques críticos. En la mayoría de los casos, el equipo se someterá a su mayor rango de cambio de movimiento al poco tiempo después del arranque. Este poco tiempo puede significar desde 5 minutos a 1 hora para casi todos los tIpOS de equipos y puede establecerse a alguna posición 'final' muchas horas o incluso días más tarde.

107

L1SCr

".\LIi'iL\,\1 1E:i'iTO DE: ,\1.\Q1J';'\S"

Técnicas COllvcllionales y Lascr

Medición del movimiento de la condición fuera de servicio a la de funcionamiento A primera vista esto parece algo bastánte complicado, pero estas mediciones no son más que comparaciones entre la posición de las líneas centrales de rotación cuando las máquinas están fuera de servicio con la posición de las líneas centrales de rotación cuando las máquinas están operando (frecuentemente referidas como OL2R 'off-line to running' e inversamente, R20L para 'running to off-line') es por ello que los datos deben tomarse cuando la máquina esta fría y luego cuc::ndo la máquina esta caliente. Hay mucha ingeniosas formas de medir las posiciones de alineamiento desde la condición fuera de servicio a la de funcionamiento (o viceversa). El dato del movimiento de la condición fuera de servicio a la de funcionamiento medido es usualmente una completa sorpresa y hay una gran tendencia a no creer en los resultados. Cada método tiene sus ventajas y desventajas y es bueno comparar las mediciones de dos o más métodos solo para ver si los resultados son similares. Verificación del alineamiento en caliente inmediatamente después de parar el equipo Por muchos años, las personas han intentado tomar lecturas de alineamiento rápidas 'en caliente', esto es verificar el alineamiento inmediatamente después de parar el equipo. Esto se torna una tarea bastante dificultosa de ejecutar por diversas razones: montar las soportes de los indicadores dial o lasers los suficientemente rápido para obtener las lecturas, asegurando que las los equipos no vayan a ser arrancados sin aviso con los soportes montados en los ejes; y tomar un conjuntos de lecturas precisas mientras el eje se esta moviendo prueba ser un reto real para el personal que está haciendo el trabajo. Si Ud. planea hacer esto, es recomendable tomar tres o cuatro lecturas (puede ser cada 5 minutos) durante el periodo de 'enfriamiento' y extrapolar estas lecturas hacia atrás al instante en que se paró la máquina para determinar las posiciones de los ejes cuando funcionan. El dato es usualmente no lineal y adivinando la inclinación de la curva durante los primeros cinco o diez minutos después de parada la má.quina es acertar o fallar la proposición. Es por ello que este método no es muy recomendable, pero si es todo lo que Ud. está en posibilidad de hacer, entonces es mejor que adivinar o no hacer nada. Cuatro categorías de mediciones OL2R (condición fuera de servicio a la de funcionamiento) Hay cuatro clasificaciones amplias de técnicas de medición que se usan para tomar el movimiento de la condición fuera de servicio a la de funcionamiento: • Movimiento de las líneas centrales de las carcasas de las máquinas con respecto a sus platos-soportes o estructuras soportes. • Movimiento de las líneas centrales de las carcasas de las máquinas con respecto a alguna remota referencia o punto de observación. • Movimiento de una carcasa de máquina con respecto a otra carcasa de máquina. • Movimiento de un eje con respecto a otro eje.

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"t\L1NEA~IlENTü DE ~IAQlT\.\S"

Técnicas Convenionalcs y Lascr

Así como se tenía ventajas y desventajas con cada una de las técnicas de medición de la posición de los ejes en la Unidad 6, hay ventajas y desventajas en cada una de las técnicas OL2R mencionadas en esta Unidad. Todas estas técnicas comparan la posición de la maquinaria rotativa del tren motriz cuando esta el equipo fuera de servicio con la posición de la maquinaria cuando está funcionando. Los instrumentos y las técnicas usadas para medir el movimiento desde una condición fuera de servicio a la de funcionc¡miento son: • Para el movimiento de la carcasa de la máquina con respecto a un punto remoto de referencia - Niveles basculantes ópticos y teoloditos.

- Instrumentos laser

• Para el movimiento de la carcasa de la máquina con respecto a otra carcasa - Barras de alineamiento con sensores de proximidad. - Sistemas Jaser-detector - Montaje laser / target - Plug in - back zeroing - Sistema conector Entubado-varilla-bola • Para el movimiento de la carcasa de la máquina con respecto a el plato-soporte o la cimentación - La expansión térmica de la carcasa utilizando la ecuación de deformación. - Micrómetros interiores y/o dispositivos de medición de ángulos - instrumentos de bolas.

- Sensores de proximidad con soportes enfriados con agua.

• Para el movimiento de un eje con respecto a otro eje - Sistemas de acoplamiento instrumentado. - Sistema Vernier- Strobe. Cálculo de la expansión térmica de la carcasa de la máquina utilizando la ecuación de al deformación (categoría carcasa de la máquina a plato-soporte) Al nivel atómico en los materiales sólidos, la temperatura y el volumen del material esta determinadapor vibración de las moléculas individuales. En otras palabras mientras más caliente este un material, vibrarán más las moléculas y se espaciarán más. Este fenómeno produce los cambios en las dimensiones que pueden calcularse por la siguiente ecúación

6.. L = L (DI..,) ( 6. T)

6.

L= cambio de dimensión /Iongit~d (pulgadas o mm)

L= longitud del objeto (pulgadas o mm) 0(.= coeficiente de expansión/contracción térmica (pulg/pulg

_0

F o mm/mm- OC)

D. T= cambio de temperatura (OF o OC)

109

AOEMINSAl/

"A Ut'\E,,\,\I[F:"TO DE ,\J .. \Q\'J,'\.. \S"

Técnicas COl1l"cnionalcs y Lascr

El coeficiente de expansión térmica para la mayoría de materiales utilizados en las carcasas de maquinaria y cimentaciones se muestran en la Tabla 8-1. Estos coeficientes pueden ser utilizados para temperaturas entre 32 y 212°F. Hay una ligera variación en el valor de los coeficientes para temperaturas mayores o menores debido a la no Iineabilidad de la vibración molecular en los materiales. Material

Coeficiente de Expansión Térmica

(pulg/pulg

~OF)

Aluminio

12.5 x 10-6

Bronce

11.0x10's

Acero al carbono (AISI 1040)

6.3 x 10 -s

Fierro fundido (gris)

5.9x10's

Concreto

7.2x10-s

lnvar

0.68 x 10-6

Acero al niquel

7.3 x 10.6

Acero inoxidable

9.8x10·s

Caucho vulcanizado

45.0 x 10-s

Nylon

55.0 x 10-6

j

-­ 1

Tabla 8-1. Coeficiente de expansión térmica para diferentes materiales Técnicas de termografía infrarroja para determinar los perfiles térmicos de los equipos rotativos • Las carcasas de las maquinaria rotativa cuando están funcionando transfieren al ambiente el calor generado por la fricción de sus diversos compontentes, así como el calor generada por el proceso de compresión de gases. flujos de vapor o al devanado del motor estator. La temperatura superficial de la carcasa varia ampliamente según las distintas partes de esta, virtualmente ningún equipo rotativo mantiene constante su gradiente de temperatura a través de la carcasa entera. Las turbinas a gas, por ejemplo, pueden tener a la entrada de la carcasa temperaturas por debajo de las temperatura de aire ambiental y 6 pies más allá tener temperaturas de carcasa de 1200 °F (650 oC aprox.) en la sección de combustión. Desde que nuestra vista esta limitada solo al espectro visible (vea información sobre el espectro magnético mencionado anteriormente) no estamos en la posibilidad de ver los perfiles de gradientes de temperatura de las carcasas de las máquinas ya que estas emiten radiación infrarroja

110

AOEMINS7J/

"A u,''-¡:: . \,\ 11L,'1TO J)l~ ,\fi\QUI,"AS"

Técnicas COllvenionales y Laser

Las radiaciones infrarrojas emitidas por los cuerpos pueden observarse con el equipo de termografía. Los instrumentos de termografía barren el objeto tomando la radiación infrarroja y mediante un photodetector super enfriado convertir esta radiación en señales eléctricas en un tubo de rayos catódico (CRT) donde la imagen fotográfica del objeto puede registrarse.

Figura 8-1. Cámara Termográfica

111

AbEMIN5N/

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TécnlCls Ci111 v cl\i(jl1alcs

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Unidad 9 Alineamiento de Poleas y Engranajes Alineamiento de Tiansmisiones pOi Fajas V los equipos con transmisiones por fajas en 'V' tienen un tipo diferente de problema comparado con los que pueden tener los equipos acoplados directamente, la ventajas de ios equipos con transmisiones por fajas '\f' son que ei alineamiento no es tan crítico como las máquinas rotativas acopladas directamente y que las fajas 'V' proporcionan un medio barato para incrementar o reducir la velocidad de la unidad impulsada sin recurrir a medios más costosos tales como cajas de engranajes o motores de velocidad variable, Se pueden también instalar pojeas especiales de fajas ·v' para sistemas motrices de ángulo recto. Las fajas motrices positivas (ejemplo coreas dentadas) previenen de resbalamiento si se encuentra las fajas V ajustadas incorrectamente y puede transmitir la misma cantidad de potencia HP que las fajas estándar sin una tensión excesiva minimizando la carga en los rodamientos. El método de alineamiento de fajas en método 'grueso' en comparación métodos de medición del alineamiento de transmisiones directas, el alineamiento se logra utilizando una regla recta o cuerda. El objetivo es asegurar que las líneas centrales de los ejes estén paralelos. Con el método grafico I modelado que utiliza la Daría '1' sobrepuesta para mostrar las posiciones relativas de los ejes se puede llegar a un esquema de reposición aceptable. Inspección preliminar antes de proceder al alineamiento .. Asegúrese de que los rodamientos de ambas máquinas no estén dañados . • Inspeccione el estado de las fajas asegurándose que no están cuarteadas, . vidriadas, estiradas, etc. t~c

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Figura 9·1. Chequeo preliminar de poleas

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Téc!licas C1lI\VClIiOI\:1Ics." L:1Sl:!'

• Busque cualquier condición de 'pie flojo' entre las patas de la máquina y el plato sopo¡ie en todos los pernos de anclaje. • Chequee el desgaste de los canales en 'V' de las poleas con un indicador o patrón apropiado (no más de 0,8 mm ver figura 9-1). • Asegúrese que el 'runout' axial (defecto axial) no exceda 1 míl por cada seis pulgadas de diámetro de la polea (0.01 mm/70 mm de diámetro de polea). • Asegúrese de que de 'runouf radial (defecto radia]) no exceda las 5 mils (0.12 mm)

Método de la Cuerda o Recta Este método a pesar de lo simple que es, sino se toman en cuentan algunos aspectos puede no emplearse adecuadamente. • Verifique que los canales de las poleas tengan el mismo paso, asi como el mismo espesor de bordes. Si no es así y no se pueden cambiar las poleas, tienen qüe tomarse en cuenta estas diferencias para compensar y realizar un correcto alineamiento. • Extienda la cuerda entre a través de las caras laterales de las dos poleas de modo que se tenga una recta. Esta recta deberá situarse secuencialmente en tres posiciones. central. superior e inferior. Para hacer esto se toma con centro de giro de la recta el extremo más alejado de la polea pequel18 y se hace girar la recta a manera de abanico.

• En cada una de las posiciones se debe observar a medida que se acerca la recta en puntos se entra en contacto primero y que puntos no llegan a entrar en contacto, para determinar los movimientos más adecuados. • Debe comprobarse también antes de iniciar el alineamiento si existen los dispositivos adecuado para realizar los movimientos y sí no hay restricciones de movimiento para el componente móvil. • Realizado ei alineamiento '/ regulada convenientemente la tensión de la faja(s) es necesano asegurar bien los pernos ae anclaje, los cuales deben coniar con sus arandelas planas y de presión.

Modelado de los problemas de alineamiento de fajas V • Se recomienda papel para graneas para dibujar ei modelo grafico. .. Use ;jos barras

r

sobrepuestas (para representar cada eje/poiea¡

• Seleccione un factor de escala apropiado para encajar :a maquinaria dentro del papel para grafiear. Procedimiento Básico • Comience por dibujar a escala uno de ios dos el ventilador primero se dibujo en el grañco).

113

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en el gráfico (en este ejemplo,

AOEMINs/JI

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• Dibuje una línea de referencia para representar la distancia entre las dos lineas centrales de los ejes, ~

Use una regla recta para rjibujar una linea comenzando en un punto en el primer eje dibujado en el gráfico ( en este caso, el eje del ventilador) para ir a través de! punto en el filo exterior de la polea donde la regla recta loque y un punío que represen1e el intersticio 'gap' que fue medido en el otro lado de ia paiea (en este , caso, 20 mils de gap' Fue medido a través de la polea del motor), ,A,segúrese que esta línea alargada pase la posición del otro eje (en este caso, el eje del motor), 9"

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Figura 9-2. Medic)ones necesarias para gratiear

'r sObrepuesta para representar ei eje del motor y su posición, para reflejar el gap que Fue medido a través de la polea en el motor (en este caso, 30 mils de 'gap' fue medido en la polea deí motor en el lado del ventilador).

• Use la barra

• Reposicionar la barra '¡- sobre ,cada eje hasta que se tenga la posición deseada en ambos ejes.

• Mida la distancia entre los pernos de anclaje parte ex1erior e interior en ambas máquinas. ~

Mida la distancia desde las patas interiores a donde ia regla recta o ¡a cuerda se va a ubicar para tomar la lecturas del -gap' en las poleas,

• iv1¡da el djametro de las .ooleas (e¡emOlo la distancia a lraves de las ,ooleas donde .}, la lectura del 'gap' se tomaráL ..

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í~ movimiento del extremo

posición desalineada de~-------... la lín~~ central de ''O.~~' / . //"_ interior del motor en 1O área de. restricción de los agujeros del ~ rotaclon ~>"..5../'''''''''' .--:i-.,:/ mlls al oeste y 8 mils al extenores ~..--' / i _'o"--:;;" sur ~j,:;~

mueva el extremo exterior del motor 25 mils al este y 15 mils al sur

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30 mils de luz medidos aquí

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área de restricción del los agujeros interiores línea recta

pivoteo en le pie interior del ventilador \ Movimiento del extremo exterior del ventilador

en 40 mils al oeste

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área de restricción de

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área de restricción de agujeros interiores

/ posición de desalineamiento del ventilador

Figura 9-3. Ejemplo giañco de alineamiento de fajas V.

Alineamiento de TransmisIones por Engranajes Para garantizar una vida larga y un deben estar apropiadamente instatados y como ha de chequearse ei alineamiento prDceso de mantenimiento de engranajes dobie helicoidal.

óptimo perfom ance todos los engranajes alineados. En esta sección se muestra y el contacto entre díentes durante un de dientes rectos, helicoida!es simple y

Paso 1 Verificación del 'Runout' ~ial de la Corona Dentada 1. Si el engranajes es una sola pieza {ejem. cajas de engranajes) su runout

permisible es el mismo que el de las pojeas, un máximo de 0.13 mm para aqueilos con velocIdad menor 8 1800 r.p.m .

,..::.mal l,:>ra ·-le 1"-'" rn .... I¡·¡'"'u""'·l "'xist·.:. n v .... v"_ métodos establecidos por los fabricantes de estos equipos, que toman en cuenta ei número de secciones. el diametro eXlerior dei .engranaje y factores establecidos por ellos mismo.

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3. Para :levar a cabo la establecen toda una indicadores, el registro datos '1 la determinación

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medición y registro dei runout, los Fabricantes tam bién metodología, que establece la posición de los diaies y tabuiación en formatos de las lecturas, el análisis de jos del máximo runout leido.

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Paso 2 Verificación del 'Runout' Radial de Engranajes 1. El runout radial permisible depende del Paso Diametral de engrane. El mismo que se encuentra en los planos del engranaje, Los runout radiales permisibles se dan en la tabla siguiente:

Paso Diametral Nomina! ! Runout Radial (Ver Plano del permisible(pulgadas)

.Altura aproximada del Diente (pulgadas)

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0.30

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0.25

1.80

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0.20

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y rvlayor Tabla 9-1 Runout Radial Permisible.

Figura 9-4 Ubicación de los Indicadores o Diales

118

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CIlI1I'clliOIl:lkS

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Lascr

2. Ubique el indicador dial de modo que su vástago asiente contra una de las cuatro superficies maquinadas mostradas en la Figura 9-4 Gire lentamente el engranaje y registre los valores del dial indicador. Después de una revolución completa el indicador deberá tener una lectura de + 0.002 " de la lectura inicial al com ienzo. Si no fuere así repetir este paso. 3. Si el runout total o entre secciones exceden las tolerancias permisible, deben hacerse correcciones de recentrado del engranaje. Uliti:ar pernos de empuje, gatos hidráulicas etc. Si el error no puede corregirse chequee la concentricidad de los componentes del equipo. Paso 3 Verificación del Alineamiento del Piñón 1. Backlash (Juego entre Dientes) Recomendado El backlash requerido varia

con el paso diametral,

la distancia entre centros y la

diferencia entre la temperatura de operación más aita del engranaje y la temperatura ambiente. La temperatura de operación del engranaje varia con el Opo de encierro, ellipo de equipo, lubricación 'j carga de trabajo que realiza. El backlash final requerido para cada engranaje esta determinado por la adición de dos factores. Uno que 10m a en cuenta \a expansión térmica del engranaje y la otra que loma en cuenta la el tamaño del los dientes. El crecImiento térmico para el engranaje y p;¡ión se determina mediante gráficos como el mostrado en )a Figura S-5.

Backlash Allawance far Temperature Rise -

Inches

Figura 9-5 Factor Térmico del Back!ash

117

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\' L:I'CI'

A este valor obtenido a partir del la distancia entre centros y la diferencia de temperaturas, se le suma el backJash adicional requerido por su paso diametral mostrado en el dibujo del engranaje. Vea Tabla 9-2. El valor del backlash total tiene una tolerancia de +010 " , - .000 ". : Paso Diametral ¡ {ver Dibujo del engranaje}

i Tamaño del

i i

Backlash (pulgadas)

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i Paso Diametral ¡

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Tamaño del Backlash (pulgadas)

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0.30

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0.:30

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TaDla 9-2. Backjash normal de Engranajes Ejemplo: Cálculo del Backlash

El engranaje instalado tiene un paso diam etral de 1 y una distancia .:>nt ro L....... ~"'ntros "'spe ífica t...... j'" 15'"' 6Q I;" I '> te.ml"'l~ratura de 'nah:ta'~¡""" d":"I.lo

...... IJ t: . \ I .... U U J,U \." .se. encuentra antes ponerlo en operación es de 70 ' F Y la temperatura de operación del equipo esperada es de 160 "F . ......

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La temperatura se eleva en 160 - 70 90 "F. Se in'~resa al gráfico de la Figura 9-5 con 152" entre centros y se sigue horizontalm ente hasta \jnea de 90 :F, ¡uego se baja perpendicuiarmente para hallar ei backlash de 0.092 pulgadas debido a la elevación de la temperatura. El adicional al factor térmico del backlash se obtiene de la Tabla 9-2, en la que para un paso diametral de 1 el backlash es 0.045 pulgadas. El backlash recomendado a la temperatura ambiente es 0.092 + 0.045 0.137 pulgadas.

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2. Reposición del Piñón para obtener el Backlash y el Contacto de Dientes Recomendado

Ubique e! pi¡iól1 aproximadamente paralelo con e! engranaje, poniéndolo :3 nIvel y eniainandolo las chumaceras Se recomienda usar un mínImo ,je 0.03D pUlgadas de !ainas por debajo de Gada pil!ow block. Esto permitirá realizar aJus~es futuros si son necesarios. Las jainas tienen que ser de acero y deben abarcar todo ei pillow block o chumaceras. Si ei engranaje instalado es heiicoidal de una fila, se deben de quitar las tapas de ios roaajes para asegurarse que íos aniilo separador se encuentran en ~I soporte fi¡o y el rodamiento libre está en el centro de flotación axial. En el caso de los engranajes de heiicoidal dobie, ei pil1ón helicoidai doble debe tener .092 .. de flotaCIón axial mínima y los rodamientos ubicados centralmente.

Posicione el pif1ón buscando alcanzar ei backlash estipulado mientras '38 mantiene un contacto de dientes adecuado. Ei estabiecimiemo del backiash y :::1 contacto deben hacerse simultáneamente. Ei backlash debe establecerse donde el iunoul radial del engranaje provoca el minimo backlash.

118

"ALI.'E.\~IJE;\T()

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TécllicClS COllvclliollalcs y Lascr

3. Someta a Torque el Piñón para que se pegue al Engranaje. Asegure el engranaje para prevenir su rotacion y apllque un tarque al piñón para que se pegue al engranaje en la d¡reccíón en que opera, como se lIustra en la Figura 9-6.

Finura 9-6 ., .A,Dlicación de TOrdue al Piñón ." ,

4. Medición del Backlash y Contacto entre Dientes p.,. Determine la diferencia permisible entre el Contacto Izquierdo (el) y el Contacto Oerecho (CO). Este se hana con fa fórmula siguiente: A - f x R

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Oonde A: La diferencia oermls\ble entre 111

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R. : Runout Axiai permIsible del Engranaje \Tabla 9-1)

o : Diámetro E--;:1enor Gel Engranaje 3. Con el p(¡1ón asentado firmemente centra el engranaje, chequee el contacto y l1 "U U'"~ e"'rlr"ne "'1 L.har-kla"}o,1 1 el~l ...""$t",-1(\ An1 ;:,', nun DOr .lo Im"no~ ::>n u· • a u.,J u-le in" ; U'J Ur1¡e"'+A~ 1 i Il l' II!::I a cualrO posicIones: espacJaáas 90 ": en el engranaJe. Esto se hace introducIendo un callbrador de lámmas (feelen entre los clientes como se muestra en la Figura 9- 7. .~

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Técnicas Cnll\'CilIU¡¡:1ics: L.1SC:·

S¡em pre chequee el contacto y el backlash lo más cerca a la línea del paso diametral el cual esta marcado en el cosíado de Jos engranajes como se ilustra en la Figura 9-8. Ajuste los soportes hasta que se obtenga en el CI y el CO una medida de feeler cercana a cero 'J un backlash igual y cercano dentro del rango recom endado en backlash izquierdo (BI) y el backlash (80). Las mediciones se tienen que hacer por io menos en cuatro puntos dislancianciados 90 o en el engranaje. Para el caso de engranajes grandes no es recomendable utilizar los cables de plomo (plastigage) o los djales indicadores para medir el backlash debido a la impresición de estos metodos. Se debe utilizar el calibrador de láminas.

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Figura 9- 7. Verificación del 8acklash Comunmente en los engranajes grandes y en los piñones pueden encontrarse sus caras laterales grabadas líneas grabadas que facilitan el (:ontrol visual del juego entre dientes (backlash). , ... THIS

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Figura 9-8 lineas Grabadas

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Técllicas COfll'ClliOIl:llcs y Lascr

Como se muestra en la Figura 9-8 el backlash adecuado se consigue soja cuando las líneas grabados son tangenciales o operan separadas. Si las lineas grabadas se sobreponen como en 3, es necesario separar el engranaje y el piñón para darles el backlash necesario.

5. Interpretación de las Lecturas con Calibrador de Láminas LI' L

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Si CI y CR no son igua!es, un extrem o de! pii'\ón esta a una elevación diferente al de su otro extremo. DebIdo al runout radial dei engranaje, el iotal de (el + 81) o (CO + RO) puede variar en cada posición. Esto no es píobiem a cuando la variación cae de! runout radial permisible.

6. Ajuste Secundario del Piñón Después de establecer cuidadosamente el movimiento a realtar a partir de p\/a1uac'o' dI"> ·""u.J(",s lo" I¡ ....CU.,., ]r·r""s no' pn Dr", SiC íD" n pe: i"I,P('PS e.... ....... riO j Ihlrar ¿ I'~...... 1. ..... ..... 1»' ..,1 1.id'os ...... . . c..,rla a ..... indicadores dial en el plllo'N block que movera para observar el movimiento. Los indicadores deberán instalarse antes de aflojar los pernos. De modo que se pueda anadir o quitar lainas o de mayer los pil!ows blocs. Finalm ente debe instalarse los indlcadores nara un recheaueo desDués del ajuste de ¡os Demos. la l

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7. Vertficadóndel Contactó entre Dientes Oespués de realizar el alineamiento preliminar del plñón con los soportes o chumaceras firmemente SUletüs, realizar un chedueo del contacto entre dientes para asegurar un alineamiento preciso. Aplique una capa muy delgada de azul de Prusia a cinco o seis dientes, limpiados previamente, como se muestra en la Figura 9-9, asegurarse que las caras de los dientes estén cubiertos comoletamente. Rote haCia adelante \j hacia atrás vanas veces el oinón a través de punto de engrane para marcar el patrón de contacto en (os dientes de! engranaje. El patrón de contacto puede ser disperso pero debe presentarse en por lo menos ei 80 Ü!o de la cara de! engranaje, como muestra la Figura 9-10, f

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Figura 9-9. i\pl¡cac¡on de,t3.,:ü l de PrusIa al piñón

Oesoues de obtenerse un patr6n de contacto sal!sfaclono nara la oosiclon inicial del engrana¡e, este mlsrno chequeo debe hacerse en un mínimo de tres o ,

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Puede requerirse un ajuste menor del piñón para obtener un contacto promedio mejor en el engranaje

Single. Helical

Double Hclicol

Figura 9-10. Patrones Típicos de Contacto entre Dientes.

8. EnclavIje todos los soportes o pedestales y VerIfique el ajuste de los pernos de anclaje de los soportes para asegurar la instalación del engranaje Paso 4 Veficación Final del Alineamiento Luego de una minuciosa inspección de los dientes de Jos engranajes y eiimínado cualquier rebaba, as! como del rechequeado de! ajuste de todos los pernos, limpie cuidadosamente los dientes y recúbraJos con un lubricante apropiado, La verificación final del alineamiento y con!aclo se realizará a sus condicioii8S de funcionamiento Esto es necesario, para el caso de determinadas máqUinaS (como (os molinos) debido al efecto de la temperatura. Las verificaciones iniciaies con los feelers e indicadores son importantes y son un buen punto de partida, pBro el control deí contacto dinámico es el que la distribución de la carga (para el caso de los molinos) a través del \a cara.

1. Chequeo del contacto utilizando tinta de trazado indeleble. Pinte 3 dientes en unas 6 posiciones alrededor del engranaje con tinta de trazado, lubrique los díentes. haga funcionar el molino unas 6 a 3 hrs, qUite el lubricante sin quitar la tinta remanente, La tinta indeleble deberá haber desaparecido del 100 % de la cara del diente en todo su ancho si se tiene un buen alineamiento. Si se tiene un contacto de caras diferente al 100 % a carga máxima del equipo se requiere un realineamiento.

2. Verificación del Contacto utilizando un pirómetro o termómetro infrarrojo La instalación desalineada de engranajes producen una distribución irregular de la carga a través de ia cara de engrane provocando mayores temperaturas de func!onamlento en jos pumos de mayor carga. E¡ pIrómetro :equiere que el equipo se pare para medir inmediatamente la temperatura. ('i1ientras que con el termómetro de no contacto infrarrojo la medición se hace con el eqúlpo funcionando, Las mediciones deben ae nacerse en CHiCO OOSICiones 8 traves de la cara del DlIión Gomo se muestra en la Fiaura ,

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Figura 9-11, Posiciones de Medidón para el Pirómetro o Termómetro lnfraríOjo interpretación de los Datos - Distribución de la Temperatura

En la Figura 9 -12 , la línea sólida, !lustra la distríbución de la lemperatUía de un engranaje instalado con un alineamiento óptimo. El gradiente de temperatura que es la temperatura en el punto '1 menos la temperatura en ia posición 5 es cero, esto indica que la distribución de la carga es igual. La línea punteada muestra la distribución en un engranaje mal alineado, Corrección del Alineamiento

Es recom endable que los piilow blocks o chum aceras dei plnon del equipo estén enlainados para mejorar el alineamiento si la magnitud de! gradiente de temperatura excede íos 15 e F. Después del enlaínado, hacer funcionar el equipo por lo menos 24 horas, para entonces rechequear el gradiente de tempertura e instalar más lainas si son necesarias. El enlaínado de las chumaceras pueden provocar el desalineamiento de! por ello es necesario que se verifique el alineamiento de! acoplamiento acoplamiento.

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Figura 9-12. Oistribuclón de la Temperatura

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Técnicas COIII'clliolla!es y L:lsel'

Unidad 10 Consideraciones para el Alineamiento de Máquinas Específicas Hasta este punto, se han hecho amplias generalizaciones acerca de la maquinaria rotativa. Los métodos de medición del alineamiento tratados en la unidad 6 no mencionan nin'gún tipo específico de maquinaria en los que los métodos debieran ser usados. Casi todos estos métodos pueden utilizarse en cualquier tipo de maquinaria prescindiendo de su función específica. Los ejes mostrados en todas las figuras del Capítulo 6 pueden ser motores eléctricos, turbinas de vapor, bombas, ventiladores, compresores, etc. Esto no sugiere, sin embargo, que la amplia variedad de máquinas rotativas se comportan de la misma manera o deben alinearse de la misma forma. Es importante saber una cantidad considerable acerca de cada máquina antes, durante y después del proceso de alineamiento, como trabaja internamente, que función operacional ejecuta, como el proceso afecta su funcionamiento operacional y como interactúa con la cimentación/estructura o conexiones externas tales como tuberías. En esta Unidad veremos alguna información específica relacionada a las consideraciones de alineamiento para maquinaria rotativa común. Los rangos de movimiento del OL2R (fuera de servicio a funcionamiento) indicados en cada categoría de maquinaria contenidos aquí están basados en datos de mediciones de campo hechas en varios tipos de equipos, pero no deben traducirse como reglas rápidas e inflexibles. Esta información indica como las líneas centrales de rotación de los ejes pueden moverse desde su condición fuera de servicio a la de funcionamiento (o como las posiciones de los cojinetes de la parte interna y externa cambian de posición desde su condición fuera de servicio a la de funcionamiento o viceversa). La cantidad de movimiento OL2R refleja el promedio de rangos del movimiento, en otras palabras, los altos valores finales pueden, yen muchos casos han sido, considerados en exceso, algunas veces en un 300 % o más. La mayoría de los fabricantes de máquinas rotativas no han realizado sus mediciones OL2R. Si Ud. consulta fabricante del equipo original sobre información del OL2R, pregunte como la midieron, cuales fueron la condiciones ambientales y operacionales durante la prueba y porqué piensan que esta información puede ser indicativa de la maquinaria que Ud. tiene en operación. Es recomendable que esta información sea usada estrictamente como un punto de partida para el alineamiento inicial de sistemas de maquinarias rotativas nuevas. Motores Eléctricos

Los motores eléctricos (de inducción CA, sincronlcos o motores CO) son probablemente los tipos de maquinaria rotativa 'de mejor comportamiento'. Los motores eléctricos hasta 500 HP se montan hoy en día con cojinetes de tipo antifricción de tal forma que estos no poseen ningún problema mayor. Asumiendo que estos están mecánicamente y eléctricamente bien.

124

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Los motores medianos y grandes están frecuentemente montados con cojinetes del tipo deslizante o planos, Cuando el campo electromagnético es aplicado a las armaduras de los motores soportadas en cojinetes del tipo deslizante, el campo electromagnético querrá centrar el rotor con respecto al campo del estator, este fenómeno frecuentemente se le refiere como 'el centro magnético' y tomarse en consideración para el espaciado apropiado eje a eje, Muchos eléctricos no tienen cojinetes de empuje por sí mismo y se atienen a las electromagnéticas para centrar el rotor. Para encontrar el 'centro magnético', desacople el motor y hágalo funcionar solo. Una vez que el campo se ha aplicado, Ud. puede notar el eje moverse axialmente hacia atrás y adelante por un corto período y luego corrientemente se fijará en una posición axial específica o 'centro magnético'. Con mucho cuidado marque una línea en el eje rotatorio con la punta de un lapicero cerca del soporte del estacionario de referencia, tal como los sellos del cojinete. Mantenga sus dedos alejados de las chavetas o canales de s y no permita que ninguna ropa, herramienta u otros objetos toquen el eje. Quite el campo (pare el motor) y deje que el eje pare completamente. Es improbable que la posición axial del eje este directamente en el centro magnético, así que una vez que aseguro que el interruptor este con un aviso de seguridad, rote a mano el eje o empujelo axialmente hasta que aparezca la marca de referencia. Ahora, mida y disponga la distancia de eje a eje con máquina que esta impulsando. A necesita motores fuerzas

Si el desalineamiento es bastante severo en los motores eléctricos y el eje /armadura este se flexará elásticamente una cantidad considerable (vea figura 1-2), originando que la luz entre el rotor y el estator se salga de la tolerancia (la tolerancia aceptable de diferencial de excentricidad para el 'a ir gap' o el entrehierro es +/- 10 % del 'air gap' total). Desde el punto de las vibraciones, los problemas de excentricidad por el 'air gap' frecuentemente mostrarán un pico espectral a dos veces la frecuencia de la línea (120 Hz en el Perú). El rango de movimiento horizontalmente): ,

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Movimiento Vertical: 1-5 mils hacia arriba (5 -200 HP) 3-30 + mils hacia arriba (200 + HP), comúnmente simétricos (los extremos anterior y posterior se mueven la misma cantidad). Movimiento Lateral (a los lados): 0-4 mils (usualmente mucho menor que cualquier movimiento vertical). Notas especiales en motores eléctricos: Una condición de 'pie flojo' de moderado a severo se ha experimentado en virtualmente todos los tamaños de motores prescindiendo del diseño de su estructura soporte.

Turbinas de Vapor Las turbinas pueden estar en un rango desde 20 HP hasta 100,000 4- HP con velocidades que van hasta 25,000 + r.p.m. y es por ello vienen a ser unas de los equipos más interesantes para estudiar, y en consecuencia alguno de los equipos más difíciles de mantener operando apropiadamente.

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La presión del vapor puede estar en un rango que va desde 200 a 4000 + psig y las temperaturas de 400 a 1100 + grados F. Debido al hecho de que el gas a alta temperatura se usa para propulsar los alabes y conseguir la rotación de los ejes. Se toman en cuenta extensivas consideraciones de diseño bastidor/carcasa concerniente a la expansión y contracción carcasa/rotor para minimizar los cambios de posición excesivos del rotor durante su operación. Sin embargo, el movimiento del eje invariablemente se produce desde su condición fuera de servicio a la de funcionamiento, lo que puede variar considerablemente de unidad a unidad. Adicionalmente, debe tomarse en consideración la expansión del rotor cuando se seleccione un acoplamiento flexible para prevenir la transferencia de empuje desde un rotor a otro, provocando fallas prematuras de los cojinetes o acoplamiento. Nuevamente , desde que hay tan amplia variedad de equipos en existencia, es siempre mejor consultar con su fabricante del equipo para la instalación inicia!, modificación del diseñó, reparación general o problemas operacionales de estas unidades. El rango de movimientos OL2R típicos de las turbinas a vapor (dispuestas horizontalmente) Movimiento vertical: 5-25 mils hacia arriba (5-500 HP) ... 5-40 + mils hacia arriba (500+ HP), corrientemente asimétricos (los extremos de las partes anterior y posterior no se mueven hacia arriba en la misma cantidad). Movimiento Lateral (a los lados): 0-40+ mils (pueden considerablemente mayores que los movimientos verticales).

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Notas especiales en las turbinas de vapor: Se han experimentado en estos equipos fuera de servicio condiciones de 'pie flojo' moderadas a excesivas en virtualmente todos los tamaños de turbinas a vapor prescindiendo del diseño de construcción de su bastidor. Durante la operación la forma de la carcasa puede cambiar introduciendo una condición de 'pie flojo' diferente al que se produce cuando esta el equipo parado. Algunas veces, en turbinas de vapor de tamaño pequeño a mediano, un extremo de la carcasa esta rígidamente anclada a la estructura y el otro extremo se encuentra apoyado en un soporte flexible que permita se produzca la expansión axial y así prevenir el alabeo durante la operación. Algunas veces, en las turbinas grandes de vapor la carcasa es 'enchavetada' o 'calzada' en su línea central y los pernos de anclaje no se ajustan para permitir que se produzca una expansión térmica simétrica lateral y axial de la carcasa. El movimiento lateral que se produce esta frecuentemente relacionado a la expansión y contracción de las tuberías conectadas a la carcasa de la turbina de vapor por lo que es imperativo una apropiada instalación del sistema de tuberías para mininizar las cargas estáticas (equipo parado) y dinámicas (en funcionamiento). Casi todas las turbinas de vapor están soportadas en cojinetes del tipo deslizante o planos, y es por ello que presentan una cierta cantidad de juego axial entre rodete de empuje y los cojinetes de empuje activos/inactivos (comúnmente referidos como' empuje flotante}

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Turbinas a Gas

Las turbinas a gas de uso industrial se utilizan en una variedad de aplicaciones que VEln desde la compresión de gases y generación de energía a sistemas de propulsión de barcos. El ciclo Baryton (el de una turbina a gas) comprime aire vía un compresor de flujo centrífugo o axial donde el aire comprimido se mezcla con el combustible (chorro de combustible líquido o gas natural) y es quemado. El gas caliente a alta velocidad luego choca con la serie de varias etapas de alabes curvos instalados (turbinas de energía) que se usan para rotar la maquinaria impulsada: Las turbinas de gas producen tremendas cantidades de empuje hacia adelante en reacción a la alta velocidad del gas que escapa por el extremo de la cola de la máquina. Una considerable cantidad de calor se genera en el ciclo y se produce una reacción contraria torsional en la estructura durante la operación. Todos estos factores contribuyen a algunos de los más radicales movimientos de maquinaria de su condición parada a la de funcionamiento. El rango de movimiento OL2R de las turbinas a gas Movimiento vertical: Extremo de ingreso del gas - 10+ mils hacia abajo a 10+ mils hacia arriba. Extremo de salida del gas - 5 a SO mils hacia arriba. Movimiento lateral (a los lados): lado de ingreso - 2 a 20+ mils lado de salida - 2 a 60+ mils Notas especiales en las turbinas a gas: Se han experimentado condiciones de 'pie flojo' moderadas o excesivas, en los equipos parados, en virtualmente todos los tamaños de turbinas a gas prescindiendo del diseño de su estructura. El movimiento en la dirección axial desde su condición parada a funcionamiento puede también ser excesivo. Han sido observados movimientos hacia adelante de traslación de las turbinas a gas Se han empleado (hacia el extremo de ingreso del gas) de 1S0+ mils. acoplamientos de engranajes o de diafragma en el eje de salida para impulsar equipos. Si el acoplamiento es del tipo de diafragma (o de cualquier tipo flexible) y hay movimiento hacia el extremo de ingreso del gas, pueden producirse daños en el acoplamiento y las fuerzas de empuje pueden transmitirse a la máquina impulsada. La distancia entre los ejes de la turbina y el equipo impulsado' es usualmente 40+ pulgadas en un intento por minimizar el efecto de la cantidad grande de movimiento OL2R y para minimizar cualquier transferencia de calor desde el ducto de trabajo a la máquina impulsada. Aunque raramente empleado, la técnica de eje a carrete de acoplamiento es un excelente forma de medir las posiciones del eje de su condición parada o la de servicio. Motores de Combustión Interna

Muy pocos estudios se han realizado sobre como los motores de combustión interna se mueven desde su condición parada o la de funcionamiento. Los motores diesel, por ejemplo, se utilizan frecuentemente para impulsar grupos electrógenos, bombas contra incendios y compresores de aire móviles.

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Técnicas

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El eje cigueñal es comúnmente instalado bien bajo en ia carcasa y el montaje del motor se encuentra frecuentemente ligeramente sobre la línea central de rotación del cigueñal. Los relativamente pocos estudios que se han hecho al respecto han mostrado el movimiento OL2R de la maquinaria prescindiendo de la ubicación los soportes. Los diseños de acoplamientos flexibles es algo crítico desde que produce variación del torque a medida que cada pistón entrega su fuerza rotacional a intervalos variados. Rango de movimiento OL2R típico de los motores de combustión interna Movimiento vertical: 1 a 5 mils hacia arriba (5 a 200 HP), 2 a 20+ mils hacia arriba (200+ HP), comúnmente simétricos (los extremos se mueven la misma cantidad). Movimiento lateral (a los lados): cualquier movimiento vertical).

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Notas especiales sobre los motores de combustión interna Se han experimentado condiciones de 'pie flojo' moderados y severos, en equipos parados, en virtualmente todos los tamaños de motores de combustión Se usan interna prescindiendo del diseño de construcción de su bastidor. frecuentemente aisladores de vibración lo que dificulta acertar que suerte de cOírecciones del pie flojo requiere. Generadores Eléctricos Los generadores eléctricos (similares a los motores eléctricos) son probablemente los tipos de máquinas rotativas de 'mejor comportamiento' hasta en lo que concierne al movimiento de maquinaria OL2R. Como con los motores, el máximo diferencial de excentricidad en el entrehierro debe ser +/- 10 % del total del entrehierro. Donde las armaduras se soportan en un cojinete como se encuentran en los equipos o grupos MG, los juegos del entrehierro pueden también tomarse en cuenta cuando se alinean las carcasas de las máquinas. Otro aspecto muy importante de la técnica gráfica / modelado es que el gráfico puede usarse no sólo para alinear los ejes sino también para centrar la armadura en el agujero del estator. Los rangos típicos del movimiento OL2R de los generadores eléctricos (montados horizontalmente) son: Movimiento vertical: 1 a 5 mils hacia arriba (5 a 200 HP) 3 a 30+ mils hacia arriba (200+ HP), corrientemente simétricos (ambos extremos tienen la misma cantidad de movimiento). Movimiento lateral: O a 4 mils (usualmente mucho menor que cualquier movimiento vertical). Notas especiales de los generadores eléctricos: Se ha observado que las condiciones de 'pie flojo' en los generadores son los mismos que en los motores. Bombas Centrífugas Hay varios diseños diferentes de bombas centrífugas es difícil cubrir todos los estilos utilizados en la industria. Su propósito es básicamente mover un líquido incompresible desde el punto A al punto B. La temperatura del fluido bombeado tiene un efecto grande en las condiciones OL2R de la bomba.

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Como se trato antes la tubería sujeta a la bomba puede tener una tremenda influencia en la obtención y mantención de un alineamiento preciso, tanto que muchas personas están renuentes de plano a tratar de reposicionar bombas y en lo sucesivo las declaren máquinas 'estacionarias' cuando las alinee. Hay varios tipos diferentes de bonibas verticales tales como bombas de agua, bombas en línea y bombas de enfriamientos de reactores. en casi todos los casos, las bombas verticales están impulsadas por motores con bridas 'c '. Estos motores están empernados a un cilindro de fierro fundido que esta sujeto a la carcasa de la bomba. En algunas situaciones, la bomba esta sostenida en sus propios cojinetes y el motor 'esta acoplado flexiblemente a la bomba. En otras situaciones, la bomba esta rígidamente acoplada al eje del motor y la carga de empuje lo soporta un rodamiento axial/radial en la parte superior del motor. La suposición que muchas personas se hacen es que no se requiere de alineamiento a este tipo de máquinas dado que el motor, conector de fierro fundido y la carcasa de la bomba están maquinados, encajados en los rebajes que perfectamente alinean el eje del motor al eje de la bomba. Normalmente las superficies maquinas no son perfectas y hay un juego entre los encajes de montaje y los agujeros de los pernos que hacen que el alineamiento no sea perfecto. Brida 'C' del motor,

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Asegúrese que el eje de la bomba este centrada en su . - / prensaestopa y que no existe un 'runout' excesivo en el cubo del acopiamiento o eje

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Figura 10-2. Gráfico de bomba vertical con brida 'c' en el motor, utilizando la barra '1' sobrepuesta para representar el motor y la superficie de empernado de la brida Rango de movimiento típico de üL2R de bombas centrífugas Movimiento vertical: O a SO mils hacia arriba posible asimetría. Movimiento .lateral: O a 90+ míls (algunas veces mayores que cualquier movimiento vertical y es usualmente asimétrico). Notas especiales en bombas centrífugas: Se han experimentado condiciones de 'pie flojo', moderados y severos en virtualmente todas las bombas centrífugas prescindiendo del diseño del bastidor. En disposiciones de bombas impulsadas por motores las condiciones de 'pie flojo' se corrigen comúnmente en el motor y muy raramente en la bomba. La falla de los sellos mecánicos pueden con frecuencia atribuirse al desalineamiento. Las bombas de múltiples etapas pueden presentar rozamientos internos (como el impulsor con el estatal' o aros desgastados) debido a la distorsión del rotor causado por el desalineamiento moderado o severo.

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TéClliC;J5 COII"clliolla!cs y Lascr

En varias ocasiones, las bombas de alimentación de agua a los calderos se han movido más en las direcciones vertical y lateral desde su condición de üL2 R que la máquina motriz (ambos motores y turbinas de vapor). Sopladores y Ventiladores

Hay varios diseños diferentes de ventiladores y sopladores. Similares a las bombas, su propósito es básicamente mover grandes volúmenes de fluido comprensible a baja presión desde un punto A otro punto B. Nuevamente, la temperatura del gas que esta siendo transportado tiene un gran efecto en la condición üL2R del ventilador. Como se trato anteriormente el ducto de trabajo sujeto al ventilador puede tener una tremenda influencia en la obtención y mantención de un preciso alineamiento, tanto que muchas personas son renuentes a reposicionar los ventiladores y sopladores. Rango del movimiento üL2R típico de sopladores y ventiladores

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Compresores

La variación de los diseños de compresores es tan diversa como en la bombas y ventiladores. En los compresores cuando los gases son comprimidos, se genera calor y es por ello que se produce la expansión de la carcasa. Desde que un fluido comprensible ingresa al compresor a una temperatura mucho menor que la temperatura de descarga del gas, se produce un movimiento üL2R desigual. Dependiendo en como las líneas de succión y descarga están sujetas a la carcasa del compresor, puede producirse un movimiento lateral üL2R a medida que se contraiga o expanda las tuberías sujetas. El rango de movimiento üL2R típico de los compresores Movimiento vertical: Oa 80+ mils hacia arriba típicamente asimétrico. Movimiento lateral: O a 30+ mils ( usualmente mucho menor que el movimiento vertical pero puede ser mayor que el movimiento vertical en ciertas aplicaciones. Cajas de Engranajes

Las cajas de engranajes vienen en una amplia variedad de diseños y tamaños, se usan para aumentar o disminuir la velocidad desde una máquina a otra. Un gran porcentaje de cajas de engranajes tienen un sistema de lubricación continua donde la mitad inferior de la caja actúa como reservo río del aceite y una bomba de aceite rocea el lubricante en el engranajes durante su funcionamiento, la tempertura del aceite es frecuentemente controlada por un intercambiador de calor. La temperatura de operación típica mantenida es de aproximadamente 120 a 150 Fahrenheit. Rango de movimiento üL2R típico de caías de engranajes Movimiento Vertical: 5 a 20+ mils hacia arriba corrientemente ligeramente asimétrico (los extremos anterior y posterior no se mueven hacía arriba la misma cantidad, pero si muy cercanamente). Movimiento lateral (a los lados): Oa 10+ mils (vea las notas).

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TéCllicas COIl\'ClliuJlaics y ["ascl'

Notas especiales en cajas de engranajes: Se han experimentado con el equipo parado condición de moderado a excesivo 'pie flojo' en virtualmente todas las cajas de engranajes prescindiendo del diseño de su bastidor. Las cajas de engranajes son ancladas frecuentemente en su bastidor en más de cuatro puntos y la corrección del 'pie flojo' es más difícil corregir que las máquinas ancladas en tres o"cuatro puntos. La corrección incorrecta del 'pie flojo' puede distorcionar la carcasa~~ndo problemas en los engranajes, sellos y rodamientos. Desde que hay corrient8tnente una elevación de la temperatura de la carcasa desde su condición de parada hasta la de fucionamiento, no solo los ejes se moverán hacia arriba, sino que también 'tienden a apartarse', Si se usan pines dobles, puede producirse la distorsión de la carcasa si todos, las cuatro esquinas, están espigados en a la estructura soporte. Varios estudios OL2R han demostrado que las cajas de engranajes se 'tuercen' o 'alabean' cuando funcionan. Transmisiones de Ventiladores en Torres de Enfriamiento

Aunque las transmisiones de los ventiladores de las torres de enfriamiento no son consideradas usualmente como un sistema de. maquinaria rotativa, son muy criticas en la operación de las plantas y pueden experimentar problemas de desalineamiento tan críticos como cualquier otro tipo de equipos rotativos. En los sistemas de transmisión del ventilador donde la caja de engranaje en ángulo recto impulsa un ventilador de 6 u 8 aletas de fibra de vidrio, donde el motor esta ubicado fuera y esta conectado al eje de ingreso de los engranajes por una carrete largo o un 'eje cardán', el movimiento OL2R no se mide usualmente y en muchos casos es ignorado. El factor salvador en estos diseños es que los puntos flexibles dei acoplamiento están separados por una distancia considerable, lo que permite una cantidad de descentramiento entre las líneas centrales en los puntos flexibles. Las técnicas del eje a carrete de acoplamiento o la axial - axial mostrados anteriormente es \a recomendada para alinear estos tipos de transmisiones. Desde que casi todas las torres de enfriamiento están ubicadas fuera, un fenómeno interesante puede producirse cuando se alinean estos sistemas durante las horas de luz de día con sol radiante. Si la transmisión se mantiene estacionaria, el carrete largo de acoplamiento puede ponerse caliente desigualmente por el sol y térmicamente combarse. A medida que Ud. comience a rotar el eje y tomar un conjunto de .Iecturas, el lado caliente del carrete comenzará a rotar dentro de la sombra y el sol comenzará a calentar un lado diferente del carrete. A medida que el lado caliente se enfría y el lado sombreado se calienta, el carrete comenzará a cambiar de forma produciéndose lecturas erróneas.

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Técnicas COllVcnionalcs y Lascr

Unidad 11 Detección del Desalineamiento Funcionamiento

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Maquinaria

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El objetivo último de un buen alineamiento de ejes es extender la vida útil de los equipos rotativos. Los ejes de las máquinas giran libremente con pequeñas o sin fuerzas externas incidiendo en los rotores, cojinetes, acoplamientos y sellos. Cuando se encuentra presente fuerzas moderadas o excesivas, los componentes comienzan lentamente a degradarse, y eventualmente llegan a su falla mecánica. El rendimiento del equipo relacionado con sus condiciones de operación de diseño tales como potencia, presión de descarga, flujo, velocidad, etc., pueden estar bien todas. pero si están presentes excesivas cantidades de fuerzas y vibraciones, definitivamente no podrá funcionar por mucho tiempo. Para algunas personas las reparaciones generales fr2cuentes de la maquinaria son un hecho normal de la vida y en muchas organizaciones rutinariamente se reconstruyen los equipos lo necesite o no, o peor aún, dejan que su maquinaria continué funcionando hasta falle catastrófica mente. A finales de los años 60, ha emergido una filosofía radicalmente diferente. Los programas de nantenimiento preventivo han emergido con técnicas de mantenimiento predictivo y pro-activo que han llevado la operación de los equipos rotativos a un mejor rendimiento por el monitoreo estrecho de los cambios en la vibración, lubricación, temperatura, emisiones acústicas, y cargas en los rodam ientos-rotor. Un programa que extienda exitosamente la vida útil de la maquinaria requiere de la concurrencia de la administración, la ingeniería, el mantenimiento y el personal de operaciones, requiere monitorear parámetros de operación, la recolección e interpretación de los datos del rendimiento mecánico y entender como todo esto se relacion'a con toda la producción de los equipos. Hoy en día, es casi un tabú no invertir en alguna clase de sistema de monitoreo de rendimiento en la nueva maquinaria instalada y reinstalar muchas trenes motrices existentes con sensores de vibración, temperatura y carga para prevenir fallas catastróficas. Para las máquinas rotativas mas pequeñas y menos caras, se utilizan vibrámetros manuales y colectores de datos para tomar esta información vital a intervalos regulares. Esta información del comportamiento mecánico es analizado por periodos para establecer la tendencia hasta que uno o más sensores indique que el nivel esta comenzando a aproximarse, ha llegado o excede los límites predeterminados y en ese momento corregir el problema. Pero.¿cuál es exactamente el problema y que métodos pueden emplearse para detectar si el desalineamiento es la raíz del problema? Después de muchos años de estudio, una conclusión invariable se puede hacer: el desalineamiento se disfraza muy bien en la máquina rotativa. No hay maneras fáciles o baratas de determinar si la maquinaria rotativa esta desalineada mientras esta funcionando.

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La Medición de la Vibración

'La vibración debe de tomarse en cinco puntos en cadaelemento de máquina como se muestra en la figura 11-1. Si es posible, una señéÚ'.l?or revolución debe tomarse y el dato del ángulo de fase debe registrarse parüeularmente en la ..... dirección axial. Sea cuidadoso cuando tome la lectura de fase en~extremo del acoplamiento de cada unidad ya que el sensor apuntará en dirección op~sta en el sentido axial lo que produce un cambio de fase de 180 grados. ...... '\

orient the vibralion sensor these three ways

Figura 11-1. Puntos donde se mide la vibración Si los niveles de amplitud de la vibración total son relativamente altos en cualquiera de las ubicaciones del sensor, debe llevarse a cabo una investigación más detallada con el analizador de espectros (FFT) para determinar las características vibracionales de la maquinaria. Si la fuente del problema es desalineamiento, ¿cómo se verá el espectro? ¿La señal se verá lo mismo para todas las máquinas o será diferente para diferentes tipos de acoplamiento, cojinetes y rotores? Sensor de desplazamiento (sensor de proximidad) • Mide la distancia usualmente en mils (pico a pico) • Rango de frecuencia de uso O - 80.000 CPM. (O -1300 hz) • Sensibilidad normal 200 mv/mil

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Figura 11-2. Sensores de vibración.

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Figura 11-3 . Sensor de aceleración Uso del Análisis Vibracional para la Detección del desalineamiento

Discernir lo que un sensor de vibración esta indicando viene a ser una de las tareas más difíciles en el diagnóstico de maquinaria con la que se encuentra uno. Sin embargo, con el uso de un analizador FFT (fast fourier transform) las 'firmas' o ios espectros vibracionales, esto es la señal vibracional descompuesta en sus distintas frecuencias nos permite observar la causa de la vibración y en consecuencia del problema. Muchas reglas conocidas han surgido que intentan clasificar los problemas específicos de maquinaria con espectros de vibración específicos. Un experimentado analista de vibraciones rápidamente se da cuenta que dichas reglas deben de tomarse como guía referenciales para arribar a la fuente del problema. Con mucha frecuenda más de un problema se produce en una maquinaria rotativa, tales como una combinación de desbalance, desalineamiento y daños en los rodamientos, que aparecerán en el espectro. Muchas personas que trabajan en el campo del análisis vibracional establecen que el desalineamiento de ejes puede detectarse por los siguientes síntomas: • Componentes altas, a uno o dos veces la frecuencia de la velocidad de giro del equipo. • Altos niveles vibracionales axiales • Un cambio de fase de 180 grados se produce a través del acoplamiento. Los síntomas de arriba pueder) producirse cuando existe desalineamiento de los ejes, pero no siempre. Hay tres afirmaciones que se pueden hacer de un número de ensayos controlados en maquinas rotativas que a propósito fueron desalineadas y también por muchas observaciones de campo que fueron hechas en equipos que estuvieron funcionando desalineados. 1. Ud. puede detectar el desalineamiento más no tanto la severidad del desalineamiento utilizando el análisis vibracional. En otras palabras, hay una relación compleja entre la cantidad de desalineamiento y el nivel/amplitud de la vibración.

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Técnicas CflllYClliol1a!cs y Lascr

2. Los espectros de vibración del desalineamiento de la máquinas rotativas serán diferentes con diferentes diseños de acoplamiento. 3. Las características vibracionales del desalineamiento de los rotores de maquinaria sostenidos en cojinetes delizantes son típicamente diferentes a las características vibracionales de la maquinaria con rotores soportados en cojinetes del tipo anti-fricción.

La Relación entre la Amplitud de la Vibración y la Severidad del desalineamiento Si dos máquinas rotativas se acoplan con un desalineamiento de 5 mils por pulgada y se toman niveles vibracionales en las tapas de los cojinetes y luego se para la unidad y se desalinea a 10 mils por pulgada (el doble de la cantidad inicia!), se arranca de nuevo tomándose vibraciones nuevamente en ía tapas de los cojinetes, las amplitudes la vibración total medidas no serán el doble de la cantidad comparada con los datos tomados inicialmente cuando existía un desalíneamiento de 5 mils por pulg. El incremento del desalineamiento puede en realidad disminuir los niveles vibracionales. Si un tren motriz que ha venido funcionando desalineado por un período se para y realinea con más precisión, los niveles vibracionales pueden "~ incrementarse después de arrancarlo. Para ilustrar estos puntos, examine la figura 14-5. de un m~tor'Eie 60 HP a " 1775 rpm y una bomba de recirculación de agua, conectados por un acopiaffii.€ mto-­ tipo cinta de metal, fue a propósito desalineado en 21 y 36 mils a los lados (lateralmente) y 55 Y 65 mils verticalmente. Las mediciones de la vibración se tomaron en cinco puntos diferentes en cada máquina.

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Figura 1"1-4. Tendencias de la vibración total vs incremento del desalineamiento para una motor y bomba en el caso de vibración estudiado.

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Técnicas ConYenionaiC's y Llser

Note con cada tendencia que la vibración solo se incrementa ligeramente, y en algunos casos, ligeramente disminuye a medida que el equipo fue desalineado en 21 y 36 mils. En algunos casos, cuando el equipo estuvo el más desalineamiento (65 mils) la vibración decreció desde los niveles observados a 55 mils.

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Los ejes de [a maquinaria rotativa pueden estar expuestos a dos tipos de fuerzas. Las fuerzas estáticas que actúan en una dirección y las fuerzas dinámicas que cambian de dirección. Las fuerzas estáticas llamadas también pre-cargas, que normalmente están aplicadas los ejes y cojinetes tienen las siguientes fuentes: - Fuerza gravitacional - Tensión de la faja en V o cadenas - Desalineamiento de ejes - Algunos tipos de cargas hidráulicas y aerodinámicas. Las cargas dinámicas en los ejes y cojinetes tienen como causa alguna de las siguientes fuentes:

- Desbalance (el centro de masa no es coincidente con la línea central de rotación).

- Componentes excéntricos del rotor o ejes combados (otra forma de desbalance).

- Rodamientos antifricción dañados

- Rozamientos intermitentes o periódicos

- Contactos de los dientes de engran.a~ - El paso de los alabes del impulsor de ~mba o cC2mpresor por un objeto ~ estacionario. - Fuerzas electromagnéticas Sencillamente la vibración es un movimiento. El movimiento vibracional en la maquinaria es provocado por fuerzas que cambian de dirección. Por ejemplo, un rotor que esta desbalanceado y no esta rotando, no produce vibración. Tan pronto como el rotor desbalanceado empiece a rotar, el equipo empezará a vibrar. Esto se produce por que el 'peso de desbalance' esta cambiando de posición El sistema provocando una fuerza (centrífuga) que cambia de dirección. rotor/cojinetes/soporte, es elástico en consecuencia empezará a flexarse o a moverse a medida que las estas fuerzas alternativas comiencen a actuar sobre la máquina. Otro patrón detectable de vibración existe en los engranajes y comúnmente se le refiere como acoplamiento de engranajes 'gear mesh'. El acoplamiento de engranajes puede detectarse a medida que las fuerzas se incrementan o disminuir cuando cada diente entra en contacto con otro. Muchos otros tipos de problemas mecánicos o eléctricos pueden detectarse también mediante el análisis vibracional. (ver carta de diagnóstico de maquinaria al final).

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Uso de la Termografía infrarroja para Detectar Desalineamiento

Para ilustrar esta parte tomaremos los datos obtenidos por los técnicos de mantenimiento predictivos de una compañia de frascos. Los datos fueron tomados por el Instituto de ínfrainspección de Shelburne, VT en los Estados Unidos. El examen se realizó en un motor de 10 HP conectado a un generador eléctrico de 7200 watts. Un acoplamiento flexible específico se instaló entre el motor y generador. se alineó la unidad y arrancó. Se hicieron mediciones de vibración, ultrasonido y de temperatura al cabo de 10 minutos de funcionamiento. Luego la unidad se paró y se desalineó en 10 mils, arrancándola y tomando nuevos mediciones. Esto se repitió varias veces introduciendo cada un desalineamiento adicionai de 10 mils. Después que se hic:i::ron una serie de corridas, se le instaló a la unidad un acoplamiento de diseño diferente y se repitió el proceso. Notándose que a medida que el desalineamiento se incrementaba, también lo hacia el acoplamiento o su elemento flexible. El incremento de la temperatura fue casi lineal como se Ilustra en los gráficos de temperatura de cada acoplamiento evaluado. Desafortunadamente sin embargo. los datos de la vibración y ultrasonido no se publicaron con los datos infrarrojos,

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Figura 11-5. Patrones de temperatura de acoplamientos de cadena desalineados. La foto de derecha superior muestra la imagen infrarroja del acoplamiento cuando esta bien alineado. La foto inferior muestra el acoplamiento en operación a en ei peor caso de desalineamiento indicado esto por la barra más alta en el gráfico dE: temperatura vs alineamiento, ----~---------------

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Técllicas COlIyclliollalcs y Lascr

Para prevenir en este caso las generalizaciones, debe decirse que no todos los acoplamientos flexibles o rígidos incrementarán su temperatura cuando están sometidos a un desalineamiento, Los acoplamientos flexibles utilizados en este el examen ilustrado fueron acoplamientos flexibles mecánicos ( de los tipos de cadena y de cinta metálica, elastómeros ).

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Figura 11-6. Patrón de Temperatura de un acoplamiento de quijada desalineado.

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Figura 11-7. Patrón de Temperatura de acoplamiento tipo cinta metálica desalineado.

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Figura 11-8. Patrón de temperatura de un acoplamiento desalineado tipo elastómero.

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Figura 11-9. Patrón de temperatura de un acoplamiento tipo rueda de goma desalineado.

140

SEGUNDA PRACTICA DE ENTRENAMIENTO

TABLAS

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I I

COMBI-LASER

Tabla de toleranéias

---i~ rpm 0-1000 1000-2000 2000-3000 3000-4000 4000-6000

mm 0.13 0.10 0.07 0.05 0.03

-1~ mm/100 mm · 0.10 0.08 0.07 0.06 0.05

FIXTUR - LASER

J

J J

CARTA

I

SEVERIDAD V18RACIONAL

DE SEVERIDAD VIBRACIONAL NORMA ISO 2372-1974

MAQUINAS 1

PEQUEÑAS

Velocidad RMS

Hasta 15 kw

mm/s

Claso I

0.28 0.45 0.71 1.12

MAQUINAS MEDIANAS

MAQUINAS GRANDES 2

15a75kw Clase 11

Mas den kw Clase IV Soporte flexIble

/Clase 111 Soporto rJgldo

BUENO

1.80

SATISFACTORIO 2.80 4.50 7.10

INSATISFACTORIO

I

11.LU

18.00

INACEPTABLE

28.00 45.00 71.00

(1) r-

I

(2)

La severidad vlbraclonal de una máquina esté definida como el máximo de la velocidad media cuadrática (Root Mean Square- RMS), medida en los puntos significativos de 13 máquina También máquinas hasla 300 kw con fundaciones especiales

,...... SKF Condilion Moniloring