Aliniamiento Y Balanceo

SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

UNIDAD DE SERVICIOS EMPRESARIALES - USE ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL MECÁNICA DE MANTENIMIENTO

CURSO:

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

NOVIEMBRE 2018

PROGRAMA DE MANTENEDORES 2018

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

ALINEAMIENTO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

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ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

INDICE

ALINEAMIENTO DE MAQUINAS INDUSTRIALES I.

PÁGINA

LA IMPORTANCIA DEL ALINEAMIENTO DE MÁQUINAS.

1.1. Incrementar la vida útil de la maquina rotativa.

10

1.2. Tres cosas que necesitan saber para alinear maquinas rotativas.

10

1.3. Objetivo de la alineación.

10

1.4. ¿Qué sucede con la maquinaria rotativa cuando esta desalineada?

11

1.5. Consecuencia del desalineamiento – daño de maquinas.

12

1.6. Sintomas del desalineamiento.

14

1.7. Calculo de energía.

17

1.8. Los pasos completos de un trabajo de alineamiento.

18

1.9. ¿Cuánto tiempo debe durar el proceso de alineamiento?

18

1.10. ¿Con que frecuencia debe ser comprabada la alineación?

19

II.

DEFINICION DE DESALINEAMIENTO - ALINEAMIENTO Y TOLERANCIAS.

2.1. ¿Qué es exactamente el alineamiento de ejes?

20

2.2. ¿Significan lo mismo nivel y alineamiento?

20

2.3. Definicion del desalineamiento de ejes.

21

2.4. Tipos de desalineamiento.

24

2.5. Factores que afectan el alineamiento de maquinas rotativas.

25

2.6. Alineamiento de acoplamiento vs. Alineamiento de ejes.

26

2.7. ¿Qué tan rectos son los ejes de la maquinaria rotativa?

26

2.8. ¿Como encontrar la máxima desviación de desalineamiento?

28

2.9. Especificaciones del desalineamiento.

29

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ÍNDICE

ALINEAMIENTO DE MAQUINAS INDUSTRIALES III.

PÁGINA

INSPECIONES PRELIMINARES DE ALINEAMIENTO

3.1. Cimentaciones y soportes base.

31

3.2. Control de daños o desgaste de los componentes de las maquinas.

35

3.3. Condiciones defectuosas (RUNOUT).

35

3.4. Pie cojo (Soft food)

40

3.5. Fuerzas excesivas producidas por las tuberías o ductos instalados.

47

IV.

METODOS DE ALINEAMIENTO DE EJES E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN.

4.1. Metodos de alineamiento.

50

4.2. Comparacion de los métodos de alineamiento.

53

4.3. Instrumentos de medición.

53

V. TÉCNICAS DE ALINEAMIENTO: METODO CARA Y PERIFERIA. 5.1. Pasos para realizar el metodo de periferia y cara.

54

5.2. Montar los accesorios del indicador dial.

54

5.3. Precauciones de montaje de las instalaciones fija.

55

5.4. Midiendo las dimensiones A, B, C

55

5.5. Obteniendo lecturas.

56

5.6. Midiendo e interpretando el desalineamiento vertical.

56

5.7. Midiendo e interpretando el desalineamiento horizontal.

57

5.8. Calculo de la posición delantera y trasera de las “patas”.

58

5.9. Precauciones para el calculo de borde-cara.

58

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ÍNDICE

ALINEAMIENTO DE MAQUINAS INDUSTRIALES VI.

PÁGINA

EL RELOJ COMPARADOR

6.1. Partes de un reloj comparador.

59

6.2. Regla valida.

59

6.3. Las mediciones se toman a intervalos de 90°

61

6.4. Deflexion del soporte del reloj comparador (sag).

62

6.5. Las lecturas cincunferenciales (radiales) son el doble de la cantidad de desplazamiento o descentrado (offset).

67

6.6. Factores que influyen en la exactitud de los relojes comparadores.

67

TAREA VII.

69

ACOPLAMIENTOS.

7.1. Clasificacion de los acoplamientos.

77

7.2. Acoplamientos rigidos.

77

7.3. Acoplamientos flexibles.

78

7.4. Diseño de acoplamientos mecánicamente flexibles.

79

7.5. Lubricacion de acoplameintos flexibles.

82

7.6. Esquema de selección.

82

VIII. TÉCNICAS DE ALINEAMIENTO: ALINEAMIENTO LASER. 8.1. Introduccion.

84

8.2. Sistema óptico laser.

85

8.3. Metodos de alineación laser.

86

8.4. Juego de ejes y acoplamiento.

86

8.5. Juego del rodamiento en el eje.

87

8.6. Principios del alineamiento por rayo laser.

88

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ÍNDICE

ALINEAMIENTO DE MAQUINAS INDUSTRIALES IX.

PÁGINA

ALINEAMIENTO DE POLEAS.

9.1. Controles del mantenimiento preventivo.

92

9.2. Alineamiento de poleas.

94

9.3. Alineamiento con la regla rigida o con hilo de nylon.

94

9.4. Alineamiento con el equipo de rayos laser.

95

9.5. Control de la tensión de la faja.

96

X.

MEDICION Y COMPENSACION TERMICA.

10.1. ¿Qué tipos de maquinarias son probables de cambiar de posición cuando funcionan?

98

10.2.

Causas de movimiento.

99

10.3.

Categorías de mediciones “OL2R”

100

10.4.

Calculo de la expansión termica.

100

TAREA N° 1 TAREA N° 2 TAREA N° 3 TAREA N° 4 TAREA N° 5 TAREA N° 6

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ÍNDICE BALANCEO DE MAQUINAS INDUSTRIALES I.

PÁGINA

INTRODUCCION AL BALANCEO.

1.1. Fuentes de vibración.

152

1.2. Relacion entre desplazamiento, velocidad y aceleración.

153

1.3. ¿Qué es desbalance?

154

1.4. Causas del desbalance.

155

1.5. Cantidad de desbalance.

158

1.6. Tipos de balanceo.

159

1.7. Clasificación de los desbalances.

161

II.

NOCIONES DE FISICA BASICA.

2.1. Vectores y calculo vectorial.

164

2.2. Calculo vectorial.

164

2.3. La descomposición de los vectores.

166

2.4. Numeros complejos.

166

III. TÉCNICAS DE BALANCEO. 3.1. Introduccion

170

IV. EL BALANCEO. 4.1. Balanceo de rotores rigidos.

177

4.2. Balanceo en un plano.

178

4.3. Balanceo en dos planos.

183

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ÍNDICE BALANCEO DE MAQUINAS INDUSTRIALES V.

PÁGINA

DETERMINACION DE LOS LIMITES DE LA CALIDAD DE BALANCEO.

5.1. Introduccion.

184

5.2. Desbalance y vibración.

184

5.3. Desbalance: existente y limite.

186

5.4. Método para la determinación de la calidad de balanceo.

186

5.5. Calidad basada en los grados de balanceo normalizados.

187

5.6. Grados de calidad del balanceo.

192

5.7. Determinacion del desbalance residual permisible.

192

5.8. Asignación del Uper para los planos de corrección.

193

5.9. Determinación de la calidad de balanceo.

106

5.10. Montaje de la masa de prueba.

202

Terminología de balanceo.

203

TAREA N° 1

206

TAREA N° 2 TA3EA N° 3

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I.

LA IMPORTANCIA DEL ALINEAMIENTO DE MÁQUINAS.

Está comprobado que el desalineamiento es la causa de más de 50% de las averías en las máquinas rotativas, le sigue el desbalance con más del 35% y otros problemas como la lubricación, montaje, etc. Estas fallas producen grandes pérdidas financieras debido al daño prematuro de la maquinaria, las pérdidas de producción y el consumo excesivo de energía. Estadísticamente, más de la mitad de las maquinarias se alinean mal y necesitarán probablemente parar y ser reparadas o ser sustituidas en los próximos meses. La otra mitad probablemente funcione con éxito, con un mínimo de mantenimiento los próximos 80 meses. Las causas de este problema son: – Falta de entrenamiento, – Falta de instrumentos – Falta del tiempo suficiente. La capacidad de realizar un buen alineamiento está directamente ligada al conocimiento, la habilidad y deseo de hacerlo bien. Existen importantes avances en el diagnóstico de problemas en maquinarias, como son el análisis vibracional, el análisis de aceite y la termografía, pero persiste la gran diferencia entre encontrar un problema en una máquina y corregir el problema.

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1.1.

INCREMENTAR LA VIDA UTIL DE LA MÁQUINA ROTATIVA.

Un buen alineamiento consigue: –

– – – – –

– –

Reducir las fuerzas excesivas radiales y axiales en los rodamientos prolongando su vida útil. Un aumento de la carga en un 20% en un rodamiento debido al desalineamiento disminuye su vida útil en un 50%. Eliminar la posibilidad de falla del eje por fatiga cíclica. Minimizar el desgaste de los componentes del acoplamiento. Reducir el consumo de energía (ahorros de 2 a 17%). Tener bajos niveles de vibración y ruido. Minimizar la flexión del eje desde el punto de transmisión de potencia en el acoplamiento, al rodamiento lado acoplamiento. Mantener la tolerancia interna apropiada del rotor. Evitar sobrecalentamientos de la maquinaria. Evitar daños en sellos y obturaciones.

1.2.

TRES COSAS QUE SE NECESITAN SABER PARA ALINEAR MÁQUINAS ROTATIVAS.

1. ¿Dónde están las máquinas cuando no están funcionando? 2. ¿Qué posición adquirirán o tomarán cuando funcionen? 3. Si las máquinas se mueven desde una posición cuando están paradas a otra cuando trabajan, ¿a qué rango de posición aceptable deben estar cuando las maquinas se alinean fuera de servicio, para que cuando funcionen mantengan tolerancias de alineamiento aceptables? O simplemente, ¿Dónde están estás? ¿Dónde deben estás ir? ¿Dónde deben estar? 1.3.

OBJETIVO DE LA ALINEACIÓN.

El objetivo de la alineación es aumentar la esperanza de vida útil y de funcionamiento de la maquinaria rotativa. Para alcanzar esta meta, los componentes de la maquinaria que son más probables de fallar deben funcionar dentro de sus límites del diseño. Estos componentes son los cojinetes, los sellos, el acoplamiento, y los ejes. La maquinaria exactamente alineada alcanzara los resultados siguientes: –

– –

Reducir las fuerzas axiales y radiales excesivas en los cojinetes para asegurar una vida más larga del cojinete y una estabilidad del rotor bajo condiciones de funcionamiento dinámicas. Eliminar la posibilidad de falla del eje debido a fatiga cíclica. Reducir al mínimo la cantidad de desgaste en los componentes del acoplamiento.

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–

– –

Reducir al mínimo la cantidad de flexión del eje en el punto de la transmisión de energía hasta el cojinete del extremo del acoplamiento. Mantener los juegos internos adecuados del rotor. Reducir el consumo de energía (los casos documentados han demostrado los ahorros entre el 2 hasta el 17%). Bajar los niveles de la vibración en cubiertas de la máquina, cubiertas de cojinete, y rotores.

1.4. ¿QUÉ SUCEDE CON LA MAQUINARIA ROTATIVA CUANDO ESTÁ DESALINEADA?

Línea central de los cojinetes del motor.

Línea central de los cojinetes de la bomba. Figura N° 1.1.

El dibujo mostrado en la Figura N°1.1. ilustra que sucede con la maquinaria rotativa cuando esta desalineada. No obstante, la condición del desalineamiento mostrada se la exagera absolutamente, el dibuja ilustra la distorsión (es decir flexión) cuando las cargas verticales o laterales se transfieren del eje al eje. Se entiende que los acoplamientos flexibles se diseñan para acomodarse y minimizar el desalineamiento. Pero los ejes son flexibles también, y como el desalineamiento llega a ser más severo, los ejes también comienzan a flexionar. Tenga presente que los ejes no están flexionados permanentemente, estos están experimentando un flexionamiento elástico a medida que rotan. Notar también que el eje de la bomba en el ejemplo está ejerciendo una fuerza hacia abajo en el cojinete interior del motor mientras que intenta traer el eje del motor en línea con su central de la rotación. Inversamente, el eje del motor está ejerciendo una fuerza ascendente en el cojinete interior de la bomba mientras que intenta traer el eje de la bomba en línea con su línea central de rotación.

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Figura N° 1.2. Vida útil de una máquina rotativa sujeta a desalineamiento

El cuadro ilustra el tiempo estimado para que falle un equipo rotativo típico basado en la variación de sus condiciones de la alineación. El término “falla” aquí implica una degradación de cualquier componente crítico de la máquina tal como los sellos, los cojinetes, el acoplamiento, o los rotores. Los datos en este grafico fueron compilados de una gran cantidad de historias del caso donde el desalineamiento fue encontrado para ser la causa raíz de la falla de la maquinaria. 1.5.

CONSECUENCIAS DEL DESALINEAMIENTO - DAÑO DE MÁQUINAS.

¿Que pasa cuando el alineamiento no es del todo exacto? El desalineamiento no es fácil de detectar en la maquinaria que esta en operación. Las fuerzas radiales transmitidas de un eje a otro son difíciles de medir exactamente. No existe instrumentación que pueda ser utilizada para medir directamente la magnitud de las fuerzas aplicadas a los ejes, rodamientos, sellos y acoples. El desalineamiento provoca excesiva carga en las máquinas, generalmente lo que observamos son algunas consecuencias que se relaciona con el desalineamiento de ejes, y que resultan en algunos efectos que observamos a través de:

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– – – – – – – – – –

Incremento de la vibración radial y axial de la máquina. Un aumento de la carga en un 20% en un rodamiento. Debido al desalineamiento disminuye su vida útil en un 50%. Disminución de vida útil de rodamientos, sellos, ejes y acoples. Incremento de la temperatura. Fugas de aceites, grasas y otros fluidos en los sellos. Ruptura de apoyos de las máquinas. Daño en cimentaciones y bases. Daño o aflojamiento de pernos de fijación. Deformación de carcasas. Incremento en el consumo de energía eléctrica.

CARGA EN RODAMIENTOS

INCREMENTO DE TEMPERATURA EN APOYOS

CARGA EN ACOPLES

INCREMENTO DE VIBRACIONES EN LA MAQUINA

DEFORMACIÓN DE LA CARCASA FUGA EN SELLOS

AFLOJAMIENTO DE PERNOS

DAÑOS EN BASES

Figura N° 1.3. Consecuencias del desalineamiento

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1.6.

SÍNTOMAS DEL DESALINEAMIENTO.

1. Vibración de la máquina. La consecuencia de un mal alineamiento puede manifestarse como vibración de la máquina. El desalineamiento puede detectarse cualitativamente usando análisis de vibraciones. Típicamente, son comunes las elevadas lecturas en el espectro de frecuencias en el sentido radial y axial a la frecuencia de rotación y múltiplos. En el caso con máquinas de acople directo, el espectro típico para desalineamiento paralelo presenta picos al doble de la frecuencia de rotación en dirección radial, el espectro típico para desalineamiento angular presenta picos a la frecuencia de rotación en dirección axial.

Desalineamiento paralelo

Desalineamiento angular

Figura N° 1.4

2. Disminuye vida útil de los rodamientos, ejes y acoples. La sobrecarga anormal de las máquinas también incrementa las cargas en los rodamientos y una reducción de su vida útil, aun los acoples “flexibles” conducen fuerzas desalineantes del eje a los rodamientos. Este incremento en la carga puede medirse usando el método de impulsos de choque para el monitoreo de los rodamientos. El método de shock pulse puede ser usado así indirectamente para chequear las condiciones del alineamiento. Aun cuando el desalineamiento en el acople este dentro de las tolerancias, las fuerzas trasmitidas a los rodamientos cuando el eje gira acortara el tiempo de vida útil de los mismos. Al eje por si mismo se le aumenta la carga debido a desalineamiento, particularmente en los rodamientos, donde el desplazamiento por desalineamiento causa cargas adicionales reciprocantes. Esta acción flectante puede acortar el tiempo de vida útil del eje e incluso del acoplamiento.

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Figura N° 1.5. Daños en rodamientos

Figura N° 1.6. Flexión del eje y perdida de estanqueidad

3. Incremento de la temperatura. Aún al utilizar acoples flexibles, los componentes están sometidos a cargas. Estas sobrecargas producen incremento de temperatura. La termografía infrarroja nos muestra el incremento de la carga en los acoples debido al desalineamiento. Cuanto más caliente el componente de la máquina, más brillante aparece en la termografía. Una manera de asegurarse que el equipo no esta trabajando con un desalineamiento (si no contamos con una cámara termográfica) es realizar mediciones de temperatura (con una pistola de temperatura) y asegurarse que esta dentro de los parámetros de operación.

Figura N° 1.7. Incremento de la temperatura = alto consumo de energia

4. Fugas de aceites, grasas y otros fluidos en los sellos. Otro componente de máquina particularmente susceptible al daño por desalineamiento son los sellos mecánicos. Un ligero desalineamiento produce el desgaste del sello mecánico permitiendo la fuga de aceite, grasa y otros fluidos, a su ves que permite el ingreso de contaminantes al equipo lo cual puede ocasionar la falla prematura del sello mecánico o inclusive la falla de los rodamientos o componentes internos de la maquina como los engranes en el caso de una caja reductora.

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Figura N° 1.8. Excesiva fuga de aceite lubricante por los sellos de los rodamientos

5. Daño en base, soltura de pernos y deformación de la carcasa. El desalineamiento produce tensiones en la base y carcasa de las maquinas lo que podría provocar su deformación, fisuras y hasta la rotura de las mismas. Del mismo modo un desalineamiento excesivo podría producir altas vibraciones y estas a su ves podrían provocar que se aflojen o se rompan los pernos de anclaje de la máquina lo cual seria catastrófico.

Figura N° 1.9. Cimentacion fisurada

Figura N° 1.10. Carcasa fisurada

Figura N° 1.11. Soltura de los pernos de anclaje

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6. Incremento en el consumo de energía eléctrica. La sobrecarga en los apoyos se ve reflejada en un incremento en el consumo de energía eléctrica ya que estas cargas disminuyen la eficiencia del motor eléctrico, por lo que este consume mas energía para compensar esa deficiencia.

Figura N° 1.12. Consumo de energía mas alto del normal

1.7. CALCULO CONSUMO DE ENERGIA. Para calcular el ahorro de energía: – Medir el consumo de energía antes y después del alineamiento (Amp). – Calcule la diferencia (Amp). – Obtenga los datos del motor. – Obtenga los costos de energía ($/kW). – Cálculos el ahorro de energía con la fórmula:

Ejemplo: Potencia del motor: 30 hp. Voltaje: 460 Volts. Factor de Potencia: 0,92. Diferencia de consumo: 4 Amps.

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1.8. LOS PASOS COMPLETOS DE UN TRABAJO DE ALINEAMIENTO. – – – – – – – –

Adquirir instrumental y dispositivos de medición, así como, contar con personal entrenado. Obtener información relevante sobre el equipo que se está alineando. Tomar las medidas necesarias de seguridad y puesta fuera de servicio de la maquinaria. Realizar las inspecciones preliminares. Realizar un alineamiento grueso del equipo, para luego medir con precisión la posición de los ejes. Realizar los cálculos y determinar los movimientos. Reposicionar la maquinaria. Ponerla en operación y monitorear a las condiciones normales de funcionamiento.

1.9. ¿CUÁNTO TIEMPO DEBE DURAR EL PROCESO DE ALINEAMIENTO? Si un mecánico realiza un trabajo de alineamiento en una bomba pequeña, por ejemplo, una vez al mes, y toma lecturas con el indicador de dial, sabe calcular los movimientos necesarios de la maquinaria; tiene información de sus ingenieros sobre el movimiento de la maquinaria desde que está parada hasta cuando esta alcanza sus condiciones normales de operación, tiene las herramientas apropiadas en el lugar de trabajo, no tiene problemas con las tuberías de la bomba si es que la bomba tiene que moverse, tiene una variedad amplia de lainas cortadas, no tiene defectos en el cubo del acoplamiento o deflexión en el eje del acoplamiento, no existe suciedad, herrumbre, o escamas acumuladas debajo de los apoyos, están instalados pernos para el desplazamiento en ambas unidades para levantar y deslizar a a estas a los dos lados, con los ejes que rotan libremente, sin que le falte ninguna pieza del acoplamiento, con una distancia correcta entre ejes, y nadie que incomoda o interrumpa el alineamiento debe terminar con el acoplamiento instalado y el protector del acoplamiento en su lugar en promedio de tres a cuatro horas. Para cualquier persona que nunca ha realizado un trabajo de alineamiento, parece tedioso, pero para quienes han leído esto y saben lo que significa, esto es absolutamente lo que se debe de hacer.

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Hay mucho tiempo de preparación previo a un trabajo de alineamiento. Limpieza de las placas-base y por la superficie inferior de los pies del equipo, adquisición de los instrumentos de medición, determinación de la flecha de la barra de soporte (Sag), inspección del acoplamiento, búsqueda y corrección de problemas de “pie cojo”, medición del espesor de los paquetes de lainas que están instalados ya, repasar los agujeros de los pernos de la fundación ligeramente, juntar las herramientas, y empleando un tiempo prudencial en estrenar al personal para la realización correcta del trabajo. Son algunas de las cosas que tienen estar hechas antes de que usted comience. El cálculo de los movimientos apropiados y necesarios para alinear los ejes con la computadora o calculadoras graficas de alineamiento puede reducir drásticamente el tiempo empleado en mover la maquinaria comparando con los métodos del ensayo y del error aproximaciones sucesivas). 1.10. ¿CON QUE FRECUENCIA DEBE SER COMPROBADA LA ALINEACION? Cómo previamente se mencionó, la maquinaria rotativa puede moverse inmediatamente después que se ha arrancado. Este es un movimiento bastante rápido en el que los ejes toman eventualmente una posición algo permanente después que se ha estabilizado las condiciones térmicas y de proceso (donde quiera a partir de las dos horas a una semana, en algunos casos). No obstante, hay cambios más lentos y sutiles que ocurren en largos periodos. La maquinaria cambiara lentamente su posición por la misma razón que los soportes se pandean y las fundaciones se agrietan. Mientras las cimentaciones se mueven lentamente, las tuberías comienzan a tirar y a tirar en las cajas de la maquinaria que hacen que el equipo se desalinee. Los cambios de temperatura estacionales también hacen que el concreto, las placas base, las tuberías, y los ductos se expandan y contraigan. Se recomienda en un equipo recién instalado comprobar para detectar cualquier cambio en el alineamiento, dentro de los 3 a 6 meses del inicio de la operación. De acuerdo con lo que usted encuentra durante el primer o segundo chequeo de la alineación, adapte sus inspecciones y correcciones sobre la alineación para satisfacer lo mejor posible los trenes individuales de la impulsión. En promedio, la alineación del eje en todo equipo se debe comprobar anualmente.

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II.

DEFINICIÓN DE DESALINEAMIENTO – ALINEAMIENTO Y TOLERANCIA.

2.1. ¿QUÉ ES EXACTAMENTE EL ALINEAMIENTO DE EJES? En términos muy amplios, la desalineación del eje se produce cuando las líneas centrales de rotación de dos o más ejes de maquinaria no están alineadas entre sí. Por lo tanto, en su definición más pura, la alineación del eje se produce cuando las líneas centrales de rotación de dos o más ejes son colineales cuando funcionan en condiciones normales. Por simple que parezca, todavía existe una cantidad considerable de confusión para las personas que recién comienzan a estudiar este tema cuando intentan definir con precisión la cantidad de desalineación que puede existir entre dos ejes acoplados de manera flexible o rígida. ¿Qué tan precisa debe ser el alineamiento? ¿Cómo se mide el desalineamiento cuando hay diseños diferentes de acoplamientos? ¿Dónde debe ser medido el desalineamiento? ¿En qué unidades debe de medirse, en milésimas de pulgada, en grados, en milímetros de desfase, en segundos de arco, en radianes? ¿Cuándo debe medirse el desalineamiento, cuando las máquinas están paradas o cuando estas están funcionando? 2.2. ¿SIGNIFICAN LO MISMO NIVEL Y ALINEAMIENTO? El nivel y alineamiento no significan lo mismo. El termino nivel está relacionado a la fuerza de gravedad de la tierra. Cuando un objeto está en posición horizontal o los puntos de su lado largo se encuentran a la misma altitud, se considera al objeto que está en nivel. Otra manera de establecer esto es si la superficie del objeto es perpendicular a las líneas de fuerza gravitacional. La cimentación de una maquinaria rotativa a nivel en la mina Yanacocha puede no estar paralelo con una cimentación de otra maquinaria ubicada en la mina de La Oroya debido a que la superficie de la tierra es una curva. El diámetro promedio de la tierra es 7908,5 millas (7922 millas al Ecuador y 7895 millas al polo que genera la fuerza gravitacional del planeta). Es posible, aunque raro, tener un tren de transmisión de maquinaria tanto a nivel como alineado. También es posible tener un nivel de tren de transmisión de maquinaria, pero no alineado y también es posible tener un tren de transmisión de maquinaria alineado, pero no nivelado. Como la alineación del eje se ocupa específicamente de las líneas centrales de rotación de los ejes de maquinaria, es posible tener, o no tener, las líneas centrales de rotación perpendiculares a las líneas de fuerza gravitacional.

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Tabla N° 1. Niveles recomendados para máquinas rotativas montadas horizontalmente. DESNIVEL MINIMO

DESNIVEL MAXIMO

RECOMENDADO

RECOMENDADO

10 mils / pie

30 mils / pie

soportados en cojinetes antifricción.

(0,84 mm / m)

(2,5 mm / m)

Máquinas de proceso soportados en

5 mils / pie

15 mils / pie

(0,42 mm / m)

(1,26 mm / m)

5 mils / pie

20 mils / pie

(0,42 mm / m)

(1,67 mm / m)

2 mils / pie

8 mils / pie

(0,17 mm / m)

(0,67 mm / m)

1 mils / pie

5 mils / pie

(0,83 mm / m)

(0,42 mm / m)

TIPO DE MÁQUINA

Máquinas de proceso general

cojinetes planos (hasta 500HP). Máquinas de proceso soportados en cojinetes antifricción (más de 500HP). Máquinas de proceso soportados en cojinetes planos. (más de 500HP).

Maquinas – Herramientas.

1 mils = 0,001” = 0,025 mm

2.3. DEFINICIÓN DEL DESALINEAMIENTO DE EJES. En términos más precisos el desalineamiento de ejes es la desviación de posición relativa del eje desde una línea central de rotación colineal, medido en los puntos de transmisión de potencia cuando el equipo está funcionando a sus condiciones normales de operación o de trabajo normales como temperatura, carga y velocidad; el grado de alineación es directamente proporcional a la velocidad de giro de las maquinas acopladas –

– –

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 las líneas centrales de rotación de las maquinas acopladas, puede hallarse la desviación máxima y los puntos de transmisión de potencia. Los dos tipos de desalineamiento se observan en dos planos (vertical y lateral) por lo que se tiene cuatro valores en total.

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Proyectando la línea central de rotación del eje del motor hacia el eje de la bomba y recíprocamente la línea central de rotación del 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) habrá cuatro desviaciones que puedan 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 tolerancias.

EJE CONDUCTOR

LA MÁXIMA DESVIACIÓN DEL DESALINEAMIENTO OCURRE AQUI

COMPENSACIÓN EN EL CONDUCTOR

EJE CONDUCIDO

COMPENSACIÓN EN EL CONDUCIDO

Figura N° 2.1.

“El desalineamiento es la posición relativa del eje desde una línea central de rotación colineal medida en los puntos de transmisión de la potencia, cuando el equipo esta funcionando en condiciones normales de operación”.

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CENTRO DE ROTACIÓN. –

– –

El centro de rotación es el eje imaginario alrededor del cual gira un eje o un elemento rotativo, ya sea recto o doblado. La masa del elemento giratorio es distribuida uniformemente alrededor del centro rotacional. El centro rotacional forma siempre una línea recta.

Figura N° 2.2.

COLINEALIDAD. –

Se dice que dos ejes son colineales, cuando sus centros de rotación forman una línea recta continua. Figura N° 2.3.

DESALINEAMIENTO.

Figura N° 2.4.

– Todos los ejes rotan alrededor de un eje llamado centro rotacional. – Dos ejes están desalineados cuando sus ejes no son colineales, es decir sus centros rotacionales no formas una sola línea recta. – Se define como ejes desalineados, aquellos ejes que no son colineales. – El desalineamiento de ejes induce cargas anormales en los soportes, que origina que el equipo opere inadecuadamente y eventualmente reduzca su vida útil.

MEDICIÓN DEL DESALINEAMIENTO. –

El desalineamiento de un eje se define por la posición relativa existente entre su línea de centro de rotación comparada con una línea recta del otro eje estacionario visto desde dos planos (horizontal y vertical).

Figura N° 2.5.

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2.4. TIPOS DE DESALINEAMIENTO. Durante la operación es posible que los ejes de máquina estén desalineados, pierdan alineamiento o solo estén alineados en ciertas condiciones de operación. El desalineamiento de ejes se presenta en dos formas básicas: ✓ Desalineamiento Paralelo ✓ Desalineamiento Angular –

DESALINEAMIENTO PARALELO. Cuando los ejes de dos máquinas se encuentran “desplazados” uno del otro en forma paralela, hablamos de desalineamiento paralelo offset, y puede darse tanto en el plano vertical como en el horizontal y se corrige sencillamente al mover paralelamente la máquina.

Figura N° 2.6. Desalineamiento paralelo

–

DESALINEAMIENTO ANGULAR. Ocurre cuando la línea centro de los ejes forman un ángulo entre sí. Su corrección requiere desplazamiento a través del ángulo formado y traslación paralela. Figura N° 2.7. Desalineamiento angular

–

DESALINEAMIENTO MIXTO. Es el más común de los acoplamientos y es la combinación de los dos desalineamientos anteriores (paralelo y angular).

Figura N° 2.8. Desalineamiento real: combinación de paralelo y angular.

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En las situaciones reales de una planta industrial lo más normal es encontrar una combinación de ambos tipos de desalineamiento. De los dos tipos de desalineamiento, probablemente el angular reviste muchas veces un grado significativo de valoración errónea de su criticidad. Las gráficas siguientes muestran: •

•

Para diferentes diámetros de ejes, una misma desalineación angular con diferentes gaps; típicamente los diámetros menores de ejes giraran a mayores RPM y en consecuencia la desalineación angular mostrada será más grave para el eje de menor diámetro. Para diferentes diámetros de ejes, un mismo gap, con diferentes angularidades; igualmente la situación empeora para el eje de menor diámetro.

Figura N° 2.9. Desalineamiento angular.

2.5. FACTORES QUE AFECTAN EL ALINEAMIENTO DE LA MÁQUINA ROTATIVA. Por lo tanto, hay tres factores que afectan el alineamiento de las máquinas rotativas: – – –

La velocidad del tren motriz La máxima desviación en los puntos flexibles o de transmisión de potencia-recepción de potencia. La distancia entre puntos flexibles o puntos de transmisión de potencia

La última parte de la definición de ejes es probamente la más difícil de explicar y entender, usualmente este aspecto es el más obviado. Cuando el equipo rotativo entra en funcionamiento, los ejes comenzaran a moverse a otra posición. La causa más común para que esto ocurra son los cambios de temperatura que se producen en las carcasas de las maquinarias y, por lo tanto, este movimiento esta comúnmente referido al alineamiento en frio y en caliente. Estos cambios de temperatura son provocados por la fricción de los rodamientos o por los cambios térmicos que ocurren en líquidos y gases del proceso. El movimiento de la maquinaria puede ser causado también por los momentos de reacción cuando se embridan las tuberías o ductos o por las reacciones debido a la rotación del rotor, algo similar a la fuerza que usted siente cuando intenta mover el brazo alrededor con un giroscopio que hace girar en su mano.

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2.6. ALINEAMIENTO DE ACOPLAMIENTOS VS. ALINEAMINENTO DE EJES. Cuando las masas de los acoplamientos no están correctamente maquinadas los centros de las líneas centrales de ambos no coinciden originando el denominado “runout”. En la Figura N° 2.10. que cuando el eje rota, su línea central de rotación esta recta, pero el eje por si solo no. En esta situación que trataremos de alinear: ¿el eje de la derecha a la línea central del agujero del semicople, o la línea central de la rotación? La respuesta correcta debe ser, por que se deberá tratar de alinear la maquinaria que tiene ejes flexionados o un semicople con un seguro mal maquinado. LINEA CENTRAL DE ROTACIÓN DEL EJE DOBLADO

¿DÓNDE SE COLOCARÁ ESTE EJE?

? LINEA CENTRAL DEL AGUJERO DEL CUBO DEL ACOPLAMIENTO Figura N° 2.10. Problemas al alinear un eje recto a uno doblado

2.7. ¿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 maquinas 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 maquinas se le refiere usualmente como la curva catenaria. DEFINICIONES. –

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 línea central de rotación de una catenaria.

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DEFLEXIÓN DE LA MÁQUINA. La cantidad de deflexión depende de muchos factores como la rigidez del eje, la cantidad de peso entre soportes y en voladizo, el diseño de los rodamientos, y la distancia entre soportes. Para la mayoría de la maquinaría rotativa existente este arco deflectado es despreciable, y para todo propósito práctico es ignorado. Sin embargo, en trenes de conducción muy largos (Ejemplo: En turbinas de generación en plantas de energía, ejes de propulsión de embarcaciones, etc.) esta deflexión debe ser tomada en consideración. Al realizar el alineamiento de ejes que sufren deflexión se debe de tener presente los distintos procedimientos de alineamiento láser, esto es conocer sus características para determinar cuando se utiliza un determinado procedimiento, esto sabiendo que un buen procedimiento de alineamiento es la suma de la aplicación de los distintos procedimientos de alineamiento y de cómo estos se complementan para la obtención de un buen resultado final. Es también importante mencionar que, por tratarse de un proceso minucioso y delicado, el dimensionamiento, selección y un correcto alineamiento, debe de ser realizado por personal responsable y capacitado en las técnicas de alineamiento láser ya que el factor humano es primordial para poder contar con buenos resultados finales.

Figura N° 2.11. Flexion elástica de los ejes montados horizontalmente

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2.8. ¿CÓMO ENCONTRAR LA MÁXIMA DESVIACIÓN DE DESALINEAMIENTO? Estas dos desviaciones dictan la precisión de alineación de los dos ejes en la dirección de lado a lado. Para que un acoplamiento flexible se adapte a la desalineación tanto paralela como angular, debe tener dos puntos de flexión.

VISTA SUPERIOR

Puntos de transmisión de potencia o “puntos de flexión” en el acoplamiento. Lineas centrales de rotación de cada eje. Estas dos desviaciones determinan la precisión de alineación de los dos ejes en la dirección hacia arriba y hacia abajo. VISTA LATERAL

Aquí esta la distancia entre los puntos de transmisión de la fuerza.

Esta es la mayor distancia de las cuatro desviaciones.

Figura N° 2.12. Máxima desviación de desalineamiento.

Encuentre la mayor de las cuatro desviaciones y divida entre la distancia de los puntos de transmisión de la fuerza para determinar la máxima desviación de desalinieamiento. Por ejemplo: La mayor desviación es 6 mils. (0.006”) La distancia entre los puntos de transmision de la fuerza 4” 0.006” / 4” = 1.5 mils. / pulg. = Desviación máxima.

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2.9. ESPECIFICACIÓN DEL DESALINEAMIENTO. Antes de considerar como alinear una máquina, es necesario saber cómo especificar el valor de desalineamiento, el objetivo (tolerancias) y cuando el trabajo se hace. Existen tres maneras de especificar los valores de desalineamiento permisible: lectura total del reloj indicador TIR (Total Indicador Reading), las correcciones requeridas en las patas, o el desplazamiento (offset), ángulo (o separación-gap) en el punto donde se transmite la potencia (acople). GUIA DE TOLERANCIA DE DESALINEAMIENTOS

Máxima desviación entre los puntos de transmisión de potencia

Mils por inch 2.0

Grados de ángulo

0.10 1.5 0.08

0.06

1.0

0.04 0.5 0.02

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

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Velocidad (RPM x 1000) Figura N° 2.13 Máxima desalineación recomendada de las máquinas rotativas para acoplamientos flexibles.

TABLAS DE TOLERANCIAS DE ALINEAMIENTO RECOMENDADAS Las tolerancias de alineamiento recomendadas son valores generales basados en la experiencia y no deben ser excedidas. Deben emplearse solo cuando no existan normas locales o los fabricantes de la máquina o el acoplamiento no indiquen otros valores. Para usar la tabla considere todos los valores, como la desviación máxima permitida del objetivo de alineamiento, sea cero o algún valor para compensar el crecimiento térmico. En la mayoría de los casos una revisión rápida de la tabla indicara si el desalineamiento en el acoplamiento es permitido o no.

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A continuación, se muestra una tabla de tolerancias para acoples cortos flexibles y con eje espaciador, para lo cual solo debemos tener en cuenta la velocidad de rotación (RPM).

Tabla N° 2 Tabla de tolerancias (PRUFTECHNIK)

Tabla N° 3 Tabla de tolerancias (SKF)

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III. INSPECCIONES PRELIMINARES DE ALINEAMIENTO El personal técnico que realizará las tareas de alineación deberá evaluar previamente la instalación de la máquina, y seleccionar el método, las herramientas y procedimientos a aplicar. Debido a que cada instalación difiere en tamaño, velocidad, potencia, ubicación y función, es necesario integrar todas las variables antes de comenzar un plan de trabajo. Los puntos principales se presentan a continuación con una breve descripción de los mismos. Encontrar y corregir el problema en las siguientes áreas: – – – – –

Inestabilidad o deterioro de las cimentaciones y soportes-base. Daños o desgaste de los componentes de las máquinas rotativas (Ej. Cojinetes, ejes, sellos, acoplamientos, etc.). Condiciones defectuosas excesivas “runuot” (flexión de ejes, maquinado defectuoso de los agujeros de los semicoples). Problemas de interferencia entre la carcasa de la máquina y su plato-soporte. (Ej. pie flojo). Fuerzas excesivas producidas por las tuberías o ductos instalados.

3.1. CIMENTACIONES Y SOPORTES – BASE. Muchos problemas de desalineamiento se deben al diseño de la instalación, deterioro del soporte – base o a la misma carcasa de la máquina y las condiciones del suelo donde están asentadas las máquinas y cimentaciones. La vibración o ruido tolerable que puede transmitirse a través de la estructura al entorno. El tiempo que una maquina permanecerá alineada con precisión, depende de posibles movimientos por su peso y vibración, así como por el calor transmitido por conducción y radiación por la maquina al soporte – base, concreto y estructura. CIMENTACIONES. Tipos: – –

Cimentaciones Rígidas. Cimentaciones Flexibles.

Cimentaciones Rígidas. Ventajas – Brinda una plataforma estable para la sujeción de la maquinaria. – Más fáciles de construir que las cimentaciones flexibles. – Absorben el movimiento o vibración. – Pueden aislar el movimiento residual mediante la adición al bloque de cimentación de material absorbente de vibración.

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Desventajas – – –

Degradación eventual por si se localizan fuera de las edificaciones y las climáticas cambian radicalmente durante el año. En maquinarias con tuberías sin soportes, pueden producirse fuerzas externas. Posibilidad de absorber vibración de otras máquinas vecinas.

Cimentaciones Flexibles. Ventajas –

–

Plataforma estable para la sujeción de la maquinaria rotativa, permitiendo que la instalación completa se mueva en el caso de fuerzas externas tales como esfuerzos por tuberías. Habilidad para aislar cualquier vibración de las maquinas instaladas en ellas a las estructuras vecinas y aislar a la unidad de la transmisión de vibración de otras máquinas cercanas.

Desventajas – – –

Más difíciles de construir y mantener que las cimentaciones rígidas. Si existe excesiva vibración en la maquinaria por periodos largos pueden producirse daños potenciales. Degradación potencial de los resortes – soportes.

SOPORTES – BASE. Tipos: – –

De fundición. Prefabricados.

El Concreto, el Cemento y la Lechada de Cemento (grout). – – –

El concreto es una mezcla de material inerte y cemento. La lechada de cemento (grout) puede tener una base de cemento o una de epoxy. El cemento, comúnmente piedra caliza y arcilla, mezclado con agua actua como cohesionador de material inerte.

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El Concreto. Cantidades de mezcla de Concreto

– – –

Material

Baja rigidez

Alta rigidez

Agua

15%

20%

Cemento

7%

14%

Agregados

78%

66%

Esfuerzo de compresión del concreto: de 1000 a 10000 psi. Esfuerzo de compresión del concreto de cimentaciones: de 3000 a 4000 psi. Se obtiene una resistencia a la compresión del concreto normalmente de 70 – 80% de su valor final a los 6 – 8 días después del vaciado inicial.

Tipos de Cementos según la ASTM TIPOS

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

01

Normal

Propósito general.

02

Modificado

Cuando se requiere bajo calor de hidratación.

03

Rápido alta Resistencia

Cuando se requiere una alta resistencia en poco tiempo.

04

Bajo Calor de Hidratación

Típicamente usado en represas para reducir agrietamientos y contracciones.

05

Resistencia al Sulfato

Usado cuando está expuesto a suelos con alto contenido de alcalinos.

06

Aire Retenido

Usado cuando está presente una acción severa de congelamiento.

Concreto Reforzado El concreto es diez veces más fuerte en compresión que en tensión. 100 % Resistencia

CONCRETO

3 dias

7 dias

28 dias

180 dias

360 dias

225 Kg/cm2

10 - 50

45 - 75

100

115 - 150

140 - 170

%

325 Kg/cm2

35 - 70

60 - 85

100

105 - 125

105 - 130

%

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Enlechado (Grouting). – –

Utilizado como ligazón final entre la estructura base y el concreto de la cimentación. Hay dos clases de lechada (grout) con base de cemento y con base epóxica.

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. 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 las 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.

Concejos para la instalación de cimentaciones y de máquinas rotativas – –

Refiérase a las especificaciones API 610 para más instrucciones sobre el enlechado. Permita una cura mínima de 48 horas, antes de montar el equipo rotativo en la base. Instale pernos de empuje para conseguir el movimiento del equipo en tres direcciones, vertical, lateral y axial. Si no se usa pernos de empuje, proporcione suficiente espacio entre el plato – soporte y el equipo rotativo para insertar una gata hidráulica y poder levantar el equipo para enlainarlo.

Figura N° 2.14. Enlechado

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3.2. CONTROL DE DAÑOS O DESGASTE DE LOS COMPONENTES DE LAS MÁQUINAS ROTATIVAS. Si la máquina ha estado funcionando durante un tiempo, los rodamientos que soportan el rotor pueden haber sufrido algún daño y se sugiere que las inspecciones deben realizarse periodicamente para asegurar que los rodamientos están en buen estado de funcionamiento. Una de las pruebas más sencillas que se pueden realizar a un eje es la verificación del “juego” como se muestra en la Figura N° 3.1. Si el eje está apoyado sobre rodamientos como se muestra en la Figura N° 3.1., la cantidad de “juego” en el eje debería ser insignificante (0 a 1 mils). Si hay una cantidad de exceso de “juego” del eje con un rodamiento del elemento rodante, existe cuatro posibles razones para esto suceda: 1. El anillo interior del rodamiento está flojo en el eje. 2. Hay demasiado espacio libre entre los elementos rodantes y los caminos de rodadura interior y exterior. 3. El anillo exterior está suelto en su alojamiento. 4. Una combinación de dos o más de los elementos anteriores. Sujetar el reloj comparador en la parte superior del cubo del eje o del acoplamiento.

Figura N° 3.1.

Jalar hacia arriba el eje y observar la lectura del reloj comparador

3.3. CONDICIONES DEFECTUOSAS (RUNOUT). Se refiere a condiciones de falta de redondez que existen en los ejes de las máquinas rotativas. –

La falta de redondez radial 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.

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–

Los defectos 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.

Los problemas de falta de redondez o perpendicularidad “runout” tienen tres categorías: – – –

El semicople tiene el agujero descentrado. El eje esta combado. El semicople tiene el agujero inclinado. VELOCIDAD DE LA MAQUINA (RPM)

MAXIMO PERMISIBLE RUNOUT TOTAL INDICADO (RTI)

0 - 1800

5 mils (0.13 mm)

1800 - 3600

2 mils (0.05 mm)

3600 a mas

Menos de 2 mils (0.05)

La medición del runout puede ser difícil algunas veces. Los “puntos altos” y las “puntos bajos” no son la misma cosa. Los “puntos bajos” y las crestas tampoco son los mismos. Los puntos altos y los puntos bajos deben producirse con un desface de 180 grados. Las crestas o picos y los valles pueden producirse en cualquier punto, o tal vez en varios puntos alrededor de la superficie exterior del semicople, por ejemplo. ERRORES DE ACOPLAMIENTO. ERROR DE CENTRADO. Cuando ocurre un error de centrado, el centro de los ejes y los centros de las mitades del acople están separados realmente entre sí, aun cuando los ejes estén alineados.

Figura 3.2.

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Figura 3.3.

En este caso también se imponen fuerzas cuando los ejes son unidos solidariamente, y los ejes giran deformados.

Figura 3.4.

El error de centrado de un acoplamiento puede ser determinado con el reloj comparado

Muestra de cómo se debe sujetar el reloj comparador

Gire los 360° el cubo del acoplamiento Figura 3.5.

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Otra forma de sujetar el reloj comparador

Figura 3.6.

ERRORES DE FACEADO. Estamos en presencia de un error de faceado cuando aun estando alineados los ejes en sí, las superficies de las caras del acople no están paralelas entre sí. Por ejemplo, por no estar perpendiculares al eje de giro común a ambos ejes.

Figura 3.7.

Figura 3.8.

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Cuando se ensambla un acoplamiento con defectos de faceado, se imponen esfuerzos a los ejes conectados que deforman su eje de giro, como por ejemplo: arquearlo.

Figura 3.9.

El error de faceado (pandeo) de un acoplamiento puede ser determinado con el reloj comparador.

Eje doblado (pandeo)

Los puntos altos no están en el mismo lugar

Posición oblicua del cubo del acoplamiento (pandeo)

Figura 3.10.

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Punto alto

Punto bajo

0°

90° 270° 180° Figura 3.11. Comprendiendo la lectura del reloj comparador para la determinación el error de centrado.

ERRORES DE PASO DE UNION. Si todos los dientes, pernos o segmentos de un acople no transfieran el mismo par como resultado de un error en el paso, el eje de mando resulta cargando con una fuerza transversal. Esa fuerza transversal es proporcional al par transferido por el acople. En la figura se demuestra con dos elementos de unión. En forma similar al error de faceado, el error de centrado de un acople puede ser determinado con un comparador.

Figura 3.12.

3.4 PIE FLOJO (SOFT FOOT). Unos de los problemas más prevalecientes en el alineamiento de la maquinaria rotativa pueden 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 está haciendo buen contacto en los puntos de asiento en la estructura. Esto puede atribuirse a estructuras alabeadas, a defectos similares en la carcasa, al maquinado defectuoso de las patas del equipo, al maquinado defectuoso del plato – soporte o a una combinación de un alabeado y 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 entren las partes exteriores de las patas de la carcasa de la máquina y el lugar 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.

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Un plato – soporte prefabricado esta normalmente hecho de secciones de canal, ángulos de acero, de tubería estructural o de vigas en L. Estas piezas se sueldan para construir la estructura. La posibilidad de cortar las piezas a 45° o 90° con exactitud y luego soldarlas es muy escasa, sin embargo, tampoco los platos – soporte fundidos están exentos de estos problemas. Incluso en los platos – soporte que hayan sido fundidos en arena y que las patas de las máquinas han sido maquinadas, es posible que durante el proceso de instalación la estructura haya sido distorsionada cuando se estaba posicionando en el pedestal de concreto introduciendo un problema de soft foot. Hay dos razones importantes por las que esto debe ser corregido: – Dependiendo en que secuencia los pernos de anclaje se ajusten, la línea central de rotación puede cambiar a distintas posiciones provocando una frustración cuando se esté tratando de alinear la maquinaria. – El ajuste de cualquier perno de anclaje que no esté haciendo buen contacto provocara en la carcasa de máquina una distorsión de las luces y tolerancias prefijadas en componentes críticos. Variedad de condiciones que pueden existir: – La maquinaria puede cabecear a través de las dos diagonales entre esquinas o pueden cabecear de extremo a extremo. – Es común ver tres de las patas asentar bien y la cuarta no. – Es posible que se tenga “filos de contacto” en el interior de la pata y que la parte exterior de esa pata presente una luz. En cualquier problema que se use, hay seis problemas que se necesitan tratar: – La mayoría de los problemas de pie flojo son situaciones de espacios no paralelos. – Una o más de una pata de la máquina puede no estar haciendo contacto si está o no paralela 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 alabeado 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.

Figura 3.13.

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CORREGIR ERRORES DE PIE FLOJO. – Alivie o descargue todos los esfuerzos en la carcasa de la máquina y base – soporte. – Verificación del cabeceo de la carcasa y medición de la luz alrededor de los pernos de anclaje. – Corrección de la soltura de pie – Verificación de la corrección en la soltura de pie PASO 1: ALIVIE LAS TENSIONES EN LA CARCASA Y LA BASE SOPORTE. Si las máquinas han estado funcionando por un tiempo y hay lainas debajo de los pies y se sospecha que la soltura no ha sido corregida, retire todas las lainas existentes y asiente la carcasa en la base – soporte.

Figura 3.14.

Proceda a limpiar el lado inferior de cada pie y el lugar de contacto en la base. Retire toda suciedad, oxido y lainas viejas de la parte inferior de los pies. De ser necesario utilice lija para limpiar las superficies debajo de los pies y en los puntos de contacto en la base – soporte.

Figura 3.15.

Instale los pernos de anclaje, pero no los ajuste, trate de centrar la carcasa de la maquina en los agujeros de sus pernos de anclaje y realice un alineamiento “grueso” de las unidades.

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PASO 2: VERIFICACION DE LAS CONDICIONES DE CABECEO DE LA CARCAZA Y MEDICION DE LA LUZ. Con los pernos de anclaje completamente desmontados, o muy sueltos en sus agujeros, verifique si la maquina pueda cabecear de esquina a esquina o de extremo a extremo o de lado a lado. De ser el caso, determinar que la caja de la maquina pueda acomodarse a la placa de base en la mejor posición. Sostenga la maquina en esa posición con el “apriete manual” uno o mas de los pernos y mida por los cuatro lados alrededor de ese perno. Después mida cuatro pernos alrededor de cada uno de los agujeros de los pernos restantes con un sistema de galga y registre las lecturas en cada punto.

Soltura de pie angular en la máquina

Figura 3.16.

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PASO 3: CORRECCION DE LA SOLTURA DE PIE. Eliminar la “soltura de pie” de cada pie instalando lainas completas en forma de “U” (si se 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 lainas en forma de “L” o “J” o con las lainas recortadas e instale la cuña especial bajo cada pie que necesite corrección.

Figura 3.17.

Si se tiene que construir una “escalera de lainas” con lainas en forma de “L”, “J” o recortadas, en lo posible trate de mantener la forma de una laina en forma de “U” para facilitar la instalación de lainas juntas. Más adelante se podrán instalar adicionales bajo los pies para variar la altura o separación de la carcasa de la maquina cuando alinee. Si el paquete de lainas del pie flojo están agrupadas cuidadosamente en forma de “U”, fácilmente puede retirar el paquete de lainas del pie flojo y adicionar lainas en la parte inferior o superior del paquete y luego reinstalar el conjunto de lainas “entero” sin desordenar el paquete. Laina completa a la medida en U

Laina en J

Laina en L

Laina en U parcial

Laina en U parcial

Figura 3.18.

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NOTA: Después de instalar las lainas de corrección bajo los pies, es bastante útil observar si la condición de soltura ha sido eliminada. Para hacer esto, ajuste inicialmente a mano un perno y luego con una llave trate de ajustar completamente el perno. Si el perno se ajusta muy rápidamente la condición de soltura probablemente ha sido corregida. Pero si es necesario girar ¼ o ½ y los pies parecen no estar ajustados, la soltura probablemente subsiste; de ser asi, vuelva a probar con otro paquete de lainas. Figura N° 3.19. Ejemplo de corrección de la soltura de pie

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PASO 4: VERIFICACION DE LA CORRECCION DE LA SOLTURA. La verificación para observar si la condición de soltura de pie ha sido eliminada puede hacerse por alguno de los siguientes métodos: – Método de pernos múltiples y de los indicadores múltiples – Método de pernos múltiples y de un indicador – Método del movimiento del eje – Método de un perno y un indicador El truco real para corregir la soltura del pie es asegurar que el contacto cruce completamente los ejes de coordenadas o axisas de cada uno de los agujeros de los pernos. Idealmente sería mejor conseguir un contacto anular total alrededor de cada agujero del perno, pero esto requiere la fabricación de lainas en cuña compuesta, lo que es bastante complicado. Figura 3.20.

MATERIAL Y CARACTERSTICAS DE LAS LAINAS Para alinear las máquinas en sentido radial o compensado, pueden suplementarse sus bases con chapas de bronce o aceros inoxidables. Estas se proveen en tamaños normalizados y espesores calibrados. No es aconsejable utilizar chapas galvanizadas, aluminio, hojalata, ya que corren el riesgo de deterioro prematuro por el medio o intemperie. Los suplementos y la base deben estar perfectamente limpios, libres de rebabas. Las láminas de acero inoxidable se recomiendan que sean (AISI 304 o 403), y en Bronce estabilizado a deformaciones dinámicas según la norma ASTM 1330. Debe tener la misma forma de la superficie de contacto de la máquina. El espesor máximo de las lainas a usar es de 3mm o 1/8”, si es mayor se debe usar un bloque solido de acero comercial con el fin de que no se presente el fenómeno de resorte y la alineación sea falsa.

Figura 3.21.

Espesores: 0.05 – 0.10 – 0.20 – 0.25 – 0.40 – 0.50 – 0.70 – 1 – 2 mm

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3.5 FUERZAS EXCESIVAS PRODUCIDAS POR LAS TUBERÍAS O DUCTOS INSTALADOS. La tensión en las tuberías hace referencia a la tensión presente sobre la máquina ejercida por la tubería sobre el punto de acoplamiento entre ambas partes. Estas fuerzas pueden presentarse en cualquier dirección y pueden ser muy grandes. La máquina reacciona ante esta tensión deformándose, curvándose y fatigándose.

Estas tensiones son transmitidas a la estructura mediante los tornillos de sujeción. Las fuerzas presentes pueden perturbar fácilmente el equilibrio de la máquina causando desviaciones en los ejes y como consecuencia desalineación. Se puede inferir fácilmente la magnitud de estas fuerzas si se está presente en la etapa de montaje de las cañerías y máquinas. Los operarios mecánicos utilizan puentes de grúa, diferenciales, y elevadores hidráulicos para posicionar un tubo lo suficientemente cerca como para que coincidan las bridas de sujeción, y luego utilizan los tornillos y tuercas para que las partes se junten. La distancia entre las partes queda finalmente reducida a cero y en una primera instancia pareciera que no hay desfases, pero en realidad puede ser que la tubería hubiera quedado varios milímetros fuera del punto de sujeción. La tensión en las tuberías es un factor supremo, y es uno de los más complejos de manejar porque no hay formas claras de determinar la cantidad y dirección de las fuerzas actuantes. Si la persona que debe alinear el equipo puede estar presente durante el montaje, ésta podrá predecir más fácilmente la forma en que se manifestarán las tensiones en las tuberías. Sin embargo, generalmente el encargado de la alineación llega al lugar una vez que el montaje ha terminado, de esta manera no es posible determinar dónde y cómo están presentes las tensiones con una simple inspección visual.

Figura 3.22. Las tuberías que se conectan a la bomba NO deben sostenerse en el equipo.

La tensión en la tubería no es un dato que lo suministre el fabricante. Cada instalación merece una evaluación distinta. La tensión en las tuberías es un factor que queda a criterio de evaluación de quien tenga que realizar la alineación. Algunas personas prefieren ignorar este factor en una primera medición; debido a que la dirección de las fuerzas actuantes es desconocida, y entonces proceden a alinear l a m á q u i n a n o r m a l m e n t e . Luego u n a v e z e s t a b l e c i d o e l r é g i m e n d e velocidad y temperatura nominal se mide la vibración. Si se registra un elevado nivel de vibración, se sospecha que puede haber un efecto debido a tensión en las tuberías, y por tanto es el momento de investigarlo.

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Existen tres métodos alternativos para evaluar la tensión. Uno de ellos es desconectar las bridas que unen la tubería a la bomba, lo que conlleva a drenar dicha tubería. La desalineación de las bridas cuando son desconectadas es un probable indicador de la tensión presente. Los comparadores monitorean el movimiento de la carcaza de la bomba cuando las bridas son tensadas nuevamente. Las lecturas del indicador son una confirmación de la tensión presente en la tubería.

Figura 3.23. Las bridas que se conectan al equipo NO deben ejercer carga alguna.

Los dos métodos siguientes no requieren de drenar la tubería. Uno implica quitar los tornillos que sujetan a la máquina y observar hacia donde se desplaza esta. Puede utilizarse un montaje con comparadores para monitorear este movimiento, pero por lo general el desplazamiento es muy perceptible. En muchas instalaciones se ha observado como la bomba se desplaza completamente respecto de sus perforaciones de montaje, con lo cual se comprueba no solo la tensión presente sino también que la máquina está siendo sujetada por la tubería. El último método alternativo es utilizar el montaje de los comparadores inversos. Los comparadores son observados mientras se aflojan los tornillos de sujeción de la máquina. Una medición de 0,05 mm o más no es aceptable. Estas pruebas determinan la presencia de tensión sobre las tuberías, y lo correcto es solucionarlo e l i m i n á n d o l a c o m p l e t a m e n t e . Los o p e r a d o r e s q u e r e a l i z a r o n e l montaje de la bomba deben regresar y corregir las desviaciones. Algunas veces solo es necesario revisar y corregir los anclajes de la tubería, pero otras veces se requiere cortar y soldar nuevamente. La mejor forma de trabajar con problemas de tensión sobre las tuberías es anticiparse al problema, es decir prevenirlo. Una simple inspección visual durante el montaje es suficiente. Existen límites de tolerancias a la hora de realizar los acoplamientos entre las partes con sus bridas correspondientes, que deben ser respetadas. Otra acción preventiva es requerir que los comparadores no acusen variaciones superiores a 0,05 mm durante el armado final de la tubería.

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Figura 3.24. Montaje de los comparadores para verificar variaciones de las tuberías

Luego de que el montaje ha terminado, una inspección visual puede dar como resultado una sospecha de tensión presente si existe alguna de las siguientes condiciones: – – –

Soportar tuberías rígidas y calientes lo más cerca de la bomba posible. Tuberías largas que contienen fluidos pesados No se encuentran conectores de tuberías flexibles en la bomba

En resumen, la tensión en la tubería, es generalmente la mayor causa de errores en la alineación de una bomba. Es particularmente difícil de manejar pues no se cuenta con indicadores directos de su existencia. Se debe inferir su presencia a partir de mediciones indirectas. No hay forma de compensarla mediante un offset. Debe ser corregida.

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IV. MÉTODOS DE ALINEAMIENTO DE EJES E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. No hay un método o dispositivo de medición que pueda resolver todos los problemas que posiblemente existan en los diversos tipos de sistemas de transmisión de máquinas rotativas. El saber cómo ejecutar la medición de la posición del eje de una manera diferente permite verificar si los datos de la técnica inicial son válidos. 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 para obtener la información de la posición del eje. 4.1 Métodos de alineamiento: A. Método de la regla / galgas Consiste en comparar la posición de los acoples o los ejes poniendo sobre sus superficies una regla, que permita apreciar si hay luz entre los dos lados. Se introduce aquí la galga con una cantidad tal de lainas que entre ajustado. Luego se suman los valores de las lainas que entraron.

Figura N° 4.1.

La valoración se realiza utilizando la galga de lainas; con el valor allí medido se corrigen la altura y la lateralidad, quitando o sacando lainas, o desplazando lateralmente. Para la angularidad o medida entre caras se introduce las galgas entre las caras del acople, realizando las comparaciones arriba-abajo (para la vertical), y derechaizquierda (para la horizontal). Si en las comparaciones existen diferencias, se realizan las correcciones mediante movimientos laterales y verticales que buscan igualar las medidas comparativas.

Se comparan los valores arribaabajo; si existe una situación como esta, deberá subirse la máquina móvil de la parte trasera. Igualmente se comparan derechaizquierda; para este caso se deberá mover la parte trasera de la maquina móvil hacia la izquierda.

Figura N° 4.2.

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Las desventajas de este método son referentes al error acumulado en las mediciones, entrando a jugar un papel determinante el estado del acople; una deformación será medida como un desalineamiento; además si el acople no es exactamente perpendicular al eje, también habrá un error que será más grande entre mayor sea su diámetro. En la mayoría de ocasiones, erróneamente se aplica este método realizando las correcciones por prueba y error.

B. Método del reloj comparador Método cara y periferia. Se utiliza aquí los mismos principios anteriores, pero se aprovecha la utilización de dos instrumentos de precisión para llevar a cabo una aplicación más organizada de los principios geométricos planteados al inicio.

Figura N° 4.3.

Método del dial invertido Este es el método que garantiza los mejores resultados, y que paradójicamente es más fácil de aplicar sin ser el más utilizado. Igual que en el método anterior, se tendrá la máquina acoplada, aunque también se puede realizar con máquina desacoplada.

Figura N° 4.4.

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COMPARACION ENTRE LOS METODOS METODO UTILIZADO CARACTERISTICAS

RADIAL - AXIAL

RADIAL - RADIAL

MONTAJE

Se dificulta por cuanto la luz de la mayoría de acoples no permite el ingreso de un comparador que mida axialmente.

Es más sencillo porque cada vástago soporta un comparador. Los kits comerciales que existen producen una deflexión mínima. Requiere que los comparadores queden distanciados axialmente para minimizar el error de la desviación angular.

CONFIABILIDAD DE LAS MEDIDAS

Si se aplica con máquina acoplada es buena pues se evita que los palpadores deslicen y lleguen a leer como desalineamiento algunos defectos como protuberancias, hendiduras, torceduras, etc.

Sucede lo mismo que el método radial-axial

PRECISIÓN

Relativa

APLICABILIDAD

Es comparativamente más engorroso. Se requiere demasiado cuidado en cada paso para lograr la misma precisión del otro método.

Aceptable Aceptable, por la simplicidad de sus pasos y por la forma tan directa con que interpreta las mediciones para representar la situación real de la máquina.

Por sus características el método radial – radial o de los comparadores inversos tiene mayor similitud con lo aplicado por los equipos laser de alineamiento. C. Método alineamiento láser Sabiendo que la calidad de la alineación es determinante para la confiabilidad de la maquinaria rotativa, siempre se han tratado de hacer optimizaciones tanto en los procedimientos como en los elementos utilizados, con el propósito de garantizar mayor precisión. El factor más determinante en este proceso lo constituyó la introducción del rayo láser, por la empresa alemana Prüftechnik Alignment Systems. El primer equipo de alineación láser del mercado, fue el Optalign, lanzado en 1984.

Figura N° 4.5.

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4.2. COMPARACION DE METODOS DE ALINEAMIENTO – – –

Alineamiento con regla al ojo humano es limitada 1/10 mm (0.004”) no recomendable. Alineamiento con diales tiene una precisión de 1/100 mm (0.0004”) es decir 10 veces la de la regla. Alineamiento con láser tiene una precisión de 1/1000 mm (0.00004”).

Figura N° 4.6.

4.3. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Instrumentos básicos: – Indicadores de dial – Reglas y cintas de estándares de medición – Galgas de laminas – Pie de rey – Micrómetro El uso de estos instrumentos es casi de “carácter obligatorio” para una persona que realice un trabajo de alineamiento.

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V. TÉCNICAS DE ALINEAMIENTO: METODO CARA Y PERIFERIA. Este es un buen método a usarse en situaciones donde uno de los ejes de la máquina no puede rotarse, o es difícil la rotación de uno de los ejes de la maquinaria. NOTA: la lectura axial puede tomarse en el lado frontal o posterior del acoplamiento.

Figura N° 5.1. 5.1. PASOS PARA REALIZAR EL MÉTODO DE PERIFERIA Y CARA: – – – – – – –

Monte los accesorios del indicador dial Mida las dimensiones A, B, C Registre las lecturas que encontró Determine las posiciones (Valores) verticales Haga las correcciones verticales Haga las correcciones horizontales Mida de nuevo y anote los valores finales de la alineación.

5.2. MONTAR LOS ACCESORIOS DEL INDICADOR DIAL. Para montar los accesorios debe seguir los siguientes pasos: 1. Con el acoplamiento regulable, monte la instalación fija al árbol fijo o al eje del acoplamiento. 2. Extienda una varilla a través del acoplamiento 3. Gire la instalación fija a 12:00 en punto 4. Una el indicador dial a la cara. El embolo del indicador del dial se debe centrar para el recorrido del borde o periferia. El embolo del indicador del dial se debe centrar para el recorrido positivo y negativo igual.

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5.3. PRECAUCIONES DE MONTAJE DE LA INSTALACION FIJA. Independiente del hardware especifico que es utilizado, las precauciones siguientes deben ser observadas: – Nunca conecte el accesorio a la parte flexible del acoplamiento. – Maximice la distancia del barrido del indicador del dial de la cara para la geometría de la máquina que es alineada. Si el dial de la cara entra en contacto con la cara del acoplamiento directamente, asegure que el embolo del indicador contacte cerca del borde externo del acoplamiento. – Asegúrese que las instalaciones fijas se monten en una posición donde la rotación sea posible. Es deseable tener una rotación de 360 grados. – Antes de obtener medidas de la alineación, determine la holgura de la barra del indicador (SAG) del dial de la cara y del dial de la periferia y asegure las lecturas del indicador del dial que sean válidas y repetibles. 5.4. MIDIENDO LAS DIMENSIONES A, B, C

Figura N° 5.2.

Para medir Dimensiones A, B, C, seguir los siguientes pasos: –

La dimensión “A” es el diámetro de contacto de la cara por la que el indicador va a girar. La dimensión “A” debe ser un poco menor que del diámetro del acoplamiento.

–

La dimensión “B” es la distancia del indicador de la periferia al centro delantero del perno del pie. Esta dimensión se mide paralelo al árbol.

–

La dimensión “C” es la distancia entre el centro del tornilo delantero y el centro del tornillo trasero. Esta dimensión se mide paralelo al árbol.

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5.5. OBTENIENDO LECTURAS Para obtener un conjunto completo de lecturas, realice los siguientes pasos: 1. Rote los indicadores del dial a 12:00. 2. Fije el indicador del dial del borde o periferia al valor positivo de la holgura (SAG). 3. Ponga el indicador del dial de la cara en cero. 4. Registre la posición de ambos diales en 12:00 5. Gire los indicadores a las 3:00 6. Determine y registre la lectura en ambos diales. 7. Gire los indicadores a las 6:00 8. Determine y registre la lectura en ambos diales. 9. Gire los indicadores a la 9:00 10. Determine y registre la lectura en ambos diales. 11. Gire los indicadores a las 12:00 y asegúrese de que ambos diales regresen a su posición original.

Figura N° 5.3.

5.6. MIDIENDO E INTERPRETANDO EL DESALINEAMIENTO VERTICAL. Para medir el desalineamiento vertical, realice los pasos siguientes: 1. Rote los indicadores a las 6:00

Figura N° 5.4.

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2. 3. 4. 5.

Ponga el indicador de cara en cero (0) Fije el indicador del dial del borde al valor de la holgura (SAG) Gire ambos arboles a 12:00 Registre los valores del indicador del dial del DIR y del DIF Para determinar el desalineamiento paralelo y el desalineamiento angular de la lectura del dial a las 12.00, utilice las reglas siguientes:

5.7. MIDIENDO E INTERPRETANDO EL DESALINEAMIENTO HORIZONTAL Para medir el desalineamiento horizontal, realice los siguientes pasos: 1. Rote los indicadores a las 9:00

Figura N° 5.5.

2. Fije ambos indicadores en cero 3. Rote ambos arboles a las 3:00

4. Registre los valores del indicador del dial de DIF y de DIR Para determinar la desviación y el ángulo de las 3:00 TIR, utilice las siguientes reglas:

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5.8 CÁLCULO DE LA POSICIÓN DELANTERA Y TRASERA DE LAS “PATAS”

Figura 5.6

Cálculo delantero:

Cálculo trasero:

1. Los valores Positivos significan que las patas están muy altas, deben de retirarse lainas. 2. Los valores Negativos significan que la pata está muy baja, se deben agregar lainas. 5.9 PRECAUCIONES PARA EL CALCULO DE BORDE-CARA. 1. Asegúrese que los indicadores de dial del borde y de la cara se determinen correctamente antes de realizar cálculos. 2. Tenga cuidado de no cometer errores matemáticos al operar números o los valore registrados 3. Observe los paréntesis en las ecuaciones. Realice las operaciones del paréntesis primero. 4. No cometa errores humanos que sustituyan valores verdaderos en las ecuaciones. 5. Asegúrese de que las dimensiones A, B, C sean exactos y usados apropiadamente en las ecuaciones.

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VI. EL RELOJ COMPARADOR. El reloj comparador es un instrumento de precisión utilizado para medir, en condiciones estáticas, la posición relativa entre dos elementos. Funciona por un palpador o pistoncillo que se mueve a lo largo de una guía; cuando entra hacia el cuerpo del comparador mide valores positivos y cuando sale mide valores negativos, los cuales son leidos por la indicación de una aguja sobre una escala graduada con precisión hasta media milésima de pulgada (0.0005”). En la parte interna del circulo de la escala graduada existe otra pequeña escala para contabilizar giros completos en los casos en que los valores a medir sean grandes. 6.1 PARTES DE UN RELOJ COMPARADOR

Figura N° 6.1.

1

Palpador

7

Aguja cuenta vueltas

2

Eje Cremallera

8

Indicador de tolerancias

3

Vástago de sujeción

9

Bloqueador o fijador de caratulas

4

Aro

10

Caja y tapa

5

Caratula

11

Mica protectora

6

Aguja principal

6.2 REGLA VALIDA. Debido a la geometría de la medición alrededor de la circunferencia de un eje, emerge un patrón al cual comúnmente se le refiere como la REGLA VALIDA. La validez de la Regla establece que cuando se toman las dos mediciones a 90° a cada lado del punto definido como “cero”, sumados estos, serán igual a la medición tomada 180° tomada desde el punto “cero”.

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Figura N° 6.2.

Verificación y veracidad lecturas tomadas

Figura N° 6.3.

La suma algebraica debe cumplirse, de lo contrario proceda a verificar: – Rigidez del montaje – Revisar que el pin del comparador este leyendo en todo su recorrido – Que el sistema donde está montado el comparador, o este mismo no esté siendo golpeados por algún elemento durante su recorrido. En los siguientes ejemplos de la validez de la Regla, todas las reglas inferiores son el resultado de la suma de los lados.

(T) + (B) = (L) + (R) (0) + (-8) = (14) + (+6) -8=8

Figura N° 6.4.

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La regla valida es importante por dos razones: Para asegurar que se están obtenido mediciones precisas cuando se miden las posiciones de desalineamiento de los ejes de las máquinas, de lo contrario los siguientes movimientos se harían en base a mediciones imprecisas. No será necesario rotar toda la vuelta para determinar la posición de las líneas centrales de los ejes. Si se toman tres mediciones en un arco de 180°, usted puede determinar cuál sería la otra lectura sin necesidad de medir en esa posición. Esto es muy importante en equipos con restricciones físicas que impiden recorrer todo el circuito completo (guardas de los soportes, líneas de lubricación, etc.). De hecho, posible determinar la posición de las líneas centrales de los ejes en un recorrido de menos de 180°. Este tipo de mediciones son llamadas lecturas de “Arco parcial”. Sin embargo, hay imprecisiones inherentes cuando intenta determinar las posiciones de las líneas centrales partiendo de las lecturas de un “Arco parcial”. 6.3 LAS MEDICIONES SE TOMAN A INTERVALOS DE 90° 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 abajo (ejemplo movimiento lateral). Los ajustes verticales que se hacen a las carcasas de la maquinaria rotativa están basados en las mediciones hechas a las 12 y 6 en punto. Los ajustes laterales que se hacen a las carcasas de la maquinaria rotativa están basados en las mediciones hechas a las 3 y 9 en punto. En las máquinas orientadas verticalmente, sin embargo, es obvio que no hay parte superior e inferior. En este caso, debe determinarse cuáles serán los planos de movimiento-traslación en la carcasa de las máquinas y obtener las medidas en esos planos.

Figura N° 6.5.

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6.4 DEFLEXIÓN DEL SOPORTE DEL RELOJ COMPARADOR (Sag). Siempre que se use soportes mecánicos e indicadores de dial para medir las posiciones de los ejes, la flecha del soporte / barra (Sag) debe de medirse y, lo más importante, compensarse. El tramo de barra es una viga en voladizo que se pandea por su propio peso y por el peso del dispositivo que está sujeto en el extremo de la barra, debido a la fuerza gravitacional de la tierra. La flecha del soporte de fijación es un fenómeno que no solo afecta a las mediciones radiales / circunferenciales, sino que afecta también a las mediciones axiales. Intentar alinear la maquinaria basado en mediciones que no han sido compensadas producirá un cambio de lainas incorrecto en el intento de rectificar el desalineamiento vertical. Este es uno de los errores típicos de las personas que alinean máquinas rotativas.

Figura N° 6.6.

Factores que afectan la cantidad de luz o pandeo que se tendrá en toda disposición de soporte mecánico: – – – –

La cantidad de peso en voladizo (el peso de la barra más el peso del indicador en el extremo de la barra) El largo de la barra La rigidez del largo de la barra La fuerza de la abrazadera del soporte al eje

Normalmente cuando se a alinear una maquina rotativa, hay varias cosas que usted no sabe hasta que instale su sistema de medición en los ejes. Usted no tiene datos sobre los diámetros de los ejes en los que se sujetaran los soportes, ni sabe cuál es la altura o la luz que necesita estar la barra desde el punto de contacto en cada eje, ni conoce la distancia eje a eje.

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Al tomar mediciones de alineamiento siga el siguiente procedimiento para medir y compensar la flecha del soporte: – – –

–

– –

–

Instale el soporte, barra espaciadora e indicador en la maquinaria que se está alineando. Tome una seria de mediciones de eje a eje y registre los datos. Estos serán referidos como las mediciones de “campo”. Desmonte el conjunto sujetador, barra espaciadora, indicador; hacerlo cuidadosamente para no alterar la longitud de la luz de la barra, la configuración de la barra y distribución del sujetador. Use el mismo indicador que uso para medir las lecturas. Busque un tramo de tubo rígido y 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 posiciones eje a eje. Ponga el indicador en la posición superior y asegúrese de que el vástago tenga precarga de parte de su carrera y ponga a cero el indicador. Sujete el conjunto en la posición horizontal y rote todo el tubo-soporte-barraindicador dial a través de arcos de 90° y anote 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 lecturas en la parte inferior y todas las lecturas tienen un valor negativo (comúnmente pero no siempre). Calcule que las lecturas hubieran sido registradas, si usted hubiera usado un soporte que no tuviera flecha o pandeo. Estas están referidas como lecturas compensadas.

Ejemplo de compensar la fecha SAG del soporte Si se calibra CERO a la lectura superior entonces sumar 2 x Sag a la lectura inferior.

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Figura N° 6.7.

Si se calibra CERO a la lectura inferior entonces restar 2 x Sag a la lectura superior.

Figura N° 6.8.

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Resuelva: ¿Cuánto son las medidas compensadas, si se calibra CERO a la lectura inferior?

Figura N° 6.9.

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¿Cuánto son las medidas compensadas, si se calibra CERO a la lectura superior?

Figura N° 6.10.

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6.5 LAS LECTURAS CIRCUNFERENCIALES (RADIALES) SON EL DOBLE DE LA CANTIDAD DE DESPLAZAMIENTO O DESCENTRADO (OFFSET) 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 las líneas centrales. 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 muestra en la figura. Este hecho de las medidas debe tomarse en cuenta cuando se calculan los movimientos vertical y horizontal de la maquinaria y se aplica a todos los métodos de medición de INDICADOR DEL DIAL. 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 DEL VALOR).

Figura N° 6.3. 6.6 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXACTITUD DE LOS RELOJES COMPARADORES. Hasta el advenimiento de los sistemas laser de alineamiento, lo relojes comparadores habían probados capacidad para hacer resultados de alineamiento precisos. Sin embargo, estos son susceptibles a ciertos factores que pueden comprometer la precisión.

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Figura N° 6.4.

Deflexión del soporte del comparador: debe medirse siempre antes de que se realicen las lecturas de alineamiento, no importa que tan sólido parezca el soporte. Fricción interna / histéresis: algunas veces el reloj debe golpearse para que la aguja indique su valor final ( el cual puede no ser el correcto). Resolución 1/100 mm: hasta 0.005 mm de error puede darse en cada lectura, hasta un total de 0.04 mm de error en valores pueden acumularse para los cálculos. Este puede fácilmente ser confundido muchas veces que se obtienen resultados de los acoples o en las patas. Errores de lectura: error humano simple que pueden ocurrir con frecuencia cuando los relojes son leídos bajo condiciones de estrechez, cansancio y condiciones severas de trabajo. Juegos en las uniones mecánicas: las solturas pequeñas no se notan, pero producen grandes errores en los resultados. Inclinación del reloj: este puede no haber sido montado perpendicularmente a la superficie de medición por lo que parte de la lectura de desplazamiento se pierde. Juego axial del eje: puede afectar las lecturas en la cara del acople tomadas para medir angularidad a no ser que se monten dos relojes axialmente. Estas consideraciones incrementan el esfuerzo y riesgo de error en las mediciones de reloj.

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Hoja de Datos de Colección para el Alineamiento de Ejes RPM/HP: _______________________ Método de Alineamiento: ________________ Código de Ident. Nº: ______________

Realizado por: ________________________

Fecha/Hora: ____________________

Ubicación: __________________________

Método Cara y Periferia – Condición Inicial

1. 2.

Definición de signos en el desalineamiento

VERTICAL VERTICAL

+ -+ -

Alto Alto Bajo Bajo

❖ Signo Positivo (+) = Adicionar láminas ❖ Signo Negativo (-) = Retirar láminas

HORIZONTAL HORIZONTAL

+ Derecha Derecha -+ Izquierda - Izquierda

❖ Signo Positivo (+) = Acercar ❖ Signo Negativo (-) = Alejar

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Hoja de trabajo para el método Cara y Periferia por cálculo rápido Paso 1 Registro de las lecturas para la alineacion El primer paso es anotar todas las medidas fisicas y las lecturas del reloj comparador obtenido de su más reciente procedimiento de alineamiento. Al grabar la medida del SAG ( pandeo), anote solo el valor de la lectura positiva del SAG obtenido en la medicion. Si el SAG leido no fuera tomado en cuenta, ingrese un 0 ( cero ) donde quiera que se requiere. Use los espacios siguientes para anotar en aquellos ahora. Las lecturas del reloj comparador asuman como numeros enteros (ejemplo: -0.006 como 6)

C=0

R0 = 0

F0 = 0

SAG =

(Anote el positivo)

H=

R90 =

F 90 =

D=

R180 (+ SAG) =

F180 =

E=

R270 =

F270 =

Paso 2 Realice los Cálculos Usted ahora esta listo para realizar los cálculos matemáticos reales. Las ecuaciones estan a continuacion divididas en dos componentes para la facil operacion usando una calculadora normal: Plano Vertical VN = Cantidad de láminas en Pie Cerca Vertical; Lejano Vartical;

𝑉𝑁 = (

𝑅180 2

)+ (𝐷×

𝐹180 𝐻

)

y

VF = Cantidad de laminas en Pie

𝑉𝐹 = (

𝑅180 𝐹180 )+ (𝐸 × ) 2 𝐻

Plano Horizontal HN = Desplazamiento Horizontal en el Pie Cerca; HF = Desplazamiento Horizontal en el Pie Lejano

𝑯𝑵 = (

(𝑹𝟐𝟕𝟎 − 𝑹𝟗𝟎) 𝑭𝟐𝟕𝟎 − 𝑭𝟗𝟎 ) ) + (𝑫 × 𝟐 𝑯

y

(𝑹𝟐𝟕𝟎 − 𝑹𝟗𝟎) (𝑭𝟐𝟕𝟎 − 𝑭𝟗𝟎) 𝑯𝑭 = ( ) + (𝑬 × ) 𝟐 𝑯

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TAREA N° 1 1. Resultados de la medición

2. Determinación del desalineamiento PARALELO

ANGULAR

VERTICAL

HORIZONTAL 3. Cálculo matemático simple

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TAREA N° 2 1. Resultados de la medición

2. Determinación del desalineamiento PARALELO

ANGULAR

VERTICAL

HORIZONTAL 3. Cálculo matemático simple

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TAREA N° 3 Medición y presentación del desalineamiento en PULGADAS A. DESALINEAMIENTO ANGULAR

1. Montaje del reloj comparador:

2. Medición

Ejemplo del resultado

3. Resultado de la medición

Diámetro de contacto: 8.040”

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B. DESALINEAMIENTO PARALELO

1. Montaje del reloj comparador:

2. Medición

3. Resultado de la medición Ejemplo del resultado

¡IMPORTANTE! Para establecer la medición dividir el valor de la lectura entre dos

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C. PRESENTACIÓN DEL DESALINEAMIENTO 1. Resultados del desalineamiento encontrado

2. Diagnóstico (La velocidad de giro de la máquina es: 1765 RPM) Tabla 1: Tolerancia

Excelente Paralelo rpm 0000 – 1000 1000 – 2000 2000 – 3000 3000 – 4000 4000 – 5000 5000 - 6000 Angular rpm 0000 – 1000 1000 – 2000 2000 – 3000 3000 – 4000 4000 – 5000 5000 - 6000

Aceptable

mils 3.0 2.0 1.5 1.0 0.5 < 0.5

mm 0.07 0.05 0.03 0.02 0.01 <0.01

mils 5.0 4.0 3.0 2.0 1.5 <1.5

mm 0.13 0.10 0.07 0.04 0.03 <0.03

mils/” 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

mm/100 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01

mils/” 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

mm/100 0.10 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04

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VII. ACOPLAMIENTOS. Los acoplamientos son los elementos diseñados para transmitir potencia de una máquina conductora a una conducida que permiten según su función, una adaptación a pequeñas desalineaciones, amortiguar vibraciones, dilataciones técnicas, movimientos axiales de los ejes y la facilidad del montaje y posterior mantenimiento de la máquina.

ACOPLAMIENTO

Figura 7.1.

Las funciones de un acoplamiento son: – – – – – – – – – – –

Admitir cantidades limitadas de desalineación angular y paralelo Transmitir potencia Asegura que no haya perdida de lubricante de la caja de grasa del acoplamiento a pesar del desalineamiento Fácil de instalar y desmontar Aceptar choque torsional y amortiguar la vibración torsional Minimizar las cargas laterales en los cojinetes debido al desalineamiento. Admitir el movimiento axial de los ejes (extremo flotante). Permanecer rígidamente sujeto al eje sin ocasionar daños o frotación al eje Mantener temperaturas estables Capacidad de funcionar bajo condiciones de desalineamiento (algunas veces severas) cuando el equipo eventualmente asuma su posición normal de operación. Proporcionar aviso de falla y protección contra sobrecarga para prevenir una rotura temprana del acoplamiento.

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7.1 CLASIFICACIÓN DE LOS ACOPLAMIENTOS.

Rígidos

De manguito De manguito partido De brida o plato Con eje intermedio

Rígidos a torsión Acoplamientos

Flexibles

Elásticos

Juntas universales Junta cardan Juntas homocinéticas Junta Oldham De engrane De cadena De diafragma De rejillas De fuelle helicoidal De fuelle metálico De disco flexible De banda elástica Con forma de 8

Figura 7.2.

7.2. ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS. Utilizados en sistemas con 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. Las tolerancias de desalineamiento para los acoplamientos rígidos son las mismas que las aplicadas para las condiciones de “runout” en ejes individuales. Se distinguen tres tipos: –

De manguito.

Los ejes se unen mediante una pieza cilíndrica hueca. No admiten desalineaciones. Se suelen usar para ejes muy largos que no se pueden hacer de una pieza. Presentan el inconveniente de tener que separar los ejes para sustituirlos, lo cual puede resultar complicado en algunos casos.

Figura 7.3.

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–

De manguito partido.

Parecidos a los anteriores, pero el acoplamiento está hecho en 2 piezas, que aseguran la transmisión con la presión de los tornillos. Permiten la sustitución sin tener que desmontar los ejes.

Figura 7.4.

–

De brida o de plato

Consta de dos platos forjados con el eje o encajados en ambos árboles y asegurados por pernos embutidos. Los de este último tipo tienen una pieza cónica para que la presión de los tornillos apriete las bridas contra los ejes, asegurando así que no haya rozamiento. Se utiliza por ejemplo para unir una turbina y su alternador, conexión que exige una perfecta alineación.

Figura 7.5.

7.3. ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES. Especificaciones de un acoplamiento flexible: – – – – – – – –

Velocidad y potencia nominal La potencia-torque máximo, a la máxima velocidad (expresado en HP/RPM). Capacidad de desalineamiento: paralelo, angular, y las combinaciones. ¿Puede el acoplamiento aceptar la cantidad requerida de desalineamiento cuando los ejes están fríos durante el arranque sin que falle? Flexibilidad torsional Límites de rango de temperatura El torque requerido de arranque y de funcionamiento El diámetro de los ejes y la distancia entre ambos ejes

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7.4. DISEÑOS DE ACOPLAMIENTOS MECANICAMENTE FLEXIBLES ACOPLAMIENTOS DE CADENA. Los acoplamientos de cadenas sobresalen por su sencillez. Todo lo que se necesita son dos ruedas dentadas y un trozo de cadena doble. Por lo general se utiliza a baja velocidades, excepto cuando se les agrega una cubierta especial, metálica o de plástico, para contener el lubricante de lo contrario sería expulsado por la acción de las fuerzas centrífugas. Este tipo se utiliza en aplicaciones acopladas cerradas. – – – –

Capacidad: hasta 1000 HP, a 1800 RPM Máxima velocidad: hasta 5000 RPM Agujeros de ejes: hasta 8” (200 mm aprox.) Espacio entre ejes: determinado por el ancho de la cadena, generalmente de 1/8” a 1/4” (3 a 6 mm aprox.)

VENTAJAS – Fácil de desmontar y montar – Poco número de partes Figura 7.6.

DESVENTAJAS – Velocidad limitada debido a la dificultad de mantener los requerimientos de balanceo. – Requerimiento de lubricación – Admite desplazamiento axial limitado ACOPLAMIENTOS DE ENGRANAJES. Estos acoplamientos constituyen el diseño más universal; pueden fabricarse casi para cualquier aplicación desde unos cuantos caballos de potencia hasta miles de ellos. Para una aplicación determinada un acoplamiento de engranaje suele ser más pequeño y más ligero que el de otro tipo. Estos acoplamientos pueden utilizarse en máquinas con árboles acoplados cerrados o para grandes separaciones entre los árboles conectados. Por otra parte, requieren lubricación periódica (cada seis meses) debido a que el lubricante es sometido a grandes fuerzas centrífugas, son rígidos respecto a la tracción y son más caros que otros tipos de acoplamientos. Un acoplamiento de engranaje para árboles acoplados cerrados tiene dos mitades unidas con tornillos cada mitad solo tiene tres componentes: Un cubo, un manguito y un sello. El cubo tiene un juego de dientes externos y se semeja bastante a un piñón. El manguito tiene un juego de dientes internos para acoplar cortados en tal forma que, cuando se desliza sobre el cubo se tiene un juego (marca muerta) entre los dientes que se engranan.

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El sello está instalado en una ranura maquinada en la placa extrema del manguito y sirve al doble propósito, de retenerse el lubricante y evitar la entrada de polvo o agua al acoplamiento. Los manguitos tienen también uno o dos accesorios o tapones para grasa. Cuando existen grandes separaciones entre los árboles se introduce un espaciador entre los dos manguitos. Las bridas se conectan con ocho o más tornillos, y se instala un empaque de papel, o anillo, entre ellas para sellar la punta. – – – –

Capacidad: hasta 70000 HP Máxima velocidad: 50000 RPM Agujeros de ejes: hasta 30” (750 mm aprox.) Espacio de ejes: hasta 200” (5000 mm aprox.)

VENTAJAS – – – –

Figura 7.7.

Admite libre movimiento axial Capacidad de trabajar a velocidades altas Bajo peso en voladizo Buenas características de balance con ajustes apropiados y con la curvatura del perfil en la punta del diente

DESVENTAJAS – Requiere lubricación – Temperatura de operación limitada debido al lubricante – Dificultad para calcular las fuerzas y momentos de reacción de rotores de maquinaria, ya que los valores del coeficiente de fricción entre los dientes del engranaje varían considerablemente. ACOPLAMIENTOS TIPO GRILLA – Capacidad: hasta 70000 HP – Máxima velocidad: 6000 RPM – Agujeros de ejes: hasta 20” (500 mm aprox.) – Espacio de ejes: hasta 12” (300 mm aprox.) VENTAJAS – Fácil de montar y desmontar – Larga historia de aplicaciones exitosas – Torsionalmente suave DESVENTAJAS – Requiere lubricación – Limitación de temperatura – Limitación de velocidad

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Figura 7.8.

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ACOPLAMIENTOS TIPO REX – OMEGA – – – –

Capacidad hasta 67000 HP pero varia ampliamente con el diseño. Máxima velocidad: aproximadamente 5000 RPM Agujero de eje: hasta 30” (75 cm aprox.) Espaciado de ejes: hasta 100”

VENTAJAS – Desgaste mínimo del acoplamiento – Actúa como amortiguador y aislador de la vibración – Es torsionalmente suave – Acepta algún movimiento axial y amortigua la vibración axial. DESVENTAJAS – Limitado en desplazamiento axial y oscilación – Los requerimientos del espaciamiento entre ejes son generalmente mas estrictos que otros tipos de acoplamientos. – El desalineamiento excesivo transmitirá altas cargas a los ejes.

Figura 7.9.

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7.5. LUBRICACIÓN DE ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES. Dos métodos utilizados para la lubricación de acoplamiento: – De una sola carga – De alimentación continua Los problemas que pueden producirse en los acoplamientos engrasados por cargas son: – Perdida de lubricante debido a fugas en: los sellos de lubricación, los canales de las chavetas, las caras de las bridas hemanadas, los tapones de llenado. – Calor excesivo generado en el acoplamiento por la lubricación deficiente, desalienamiento excesivo o por la pobre disipación del calor dentro de la guarda del acoplamiento el cual reduce la viscosidad y acelera la oxidación. – Lubricación inadecuada 7.6. ESQUEMA DE SELECCIÓN.

Figura N° 7.3.

MÉTODO DE SELECCIÓN POR FACTORES DE SERVICIO. Los factores de servicio llevan en consideración: – Tipo de accionamiento – Tipo de servicio – Clasificación de carga (uniforme, choques moderados o choques fuertes) – Tempo diario de trabajo – Frecuencia de partidas – Temperatura ambiente – Aceleración de masas

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Factores de servicio son agrupados en 4 factores básicos: F1 – considera el tipo de máquina accionadora y de la máquina accionada, la clase del accionamiento y de la máquina, tipo de carga, masa a ser aceleradas y tipo de servicio. F2 – considera el tiempo diario de operación (hora/día) F3 – considera la temperatura ambiente (Cº) F4 – considera la frecuencia de partidas (partidas/hora)

Fs = F1 x F2 x F3 x F4

Donde: Meq = torque o momento equivalente [Nm] Mmax = torque o momento máximo del acoplamiento [Nm] N = potencia del accionamiento [kW] o [HP] n = rotación del trabajo del acoplamiento [rpm] C=

9550 para potencia en kW 7030 para potencia en HP

7.4 CONDICIONES DE BALANCEO – El acoplamiento podrá ser balanceado si solicitado por el cliente. – El grado de balanceamiento usual es el G 16 de acuerdo con la norma ISO 1940. – Para velocidad periférica mayor que 25 m/s, recomendase no mínimo balanceamiento dinámico conforme ISO 1940 G = 6,3

V = [m/s] Π = 3,1416 D = diámetro externo del acoplamiento seleccionado [mm] n = rotación de trabajo del acoplamiento [rpm]

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VIII.

TÉCNICAS DE ALINEAMIENTO: ALINEAMIENTO LASER.

8.1. INTRODUCCIÓN. Este méto permite obtener una alta precisión al compararlos con los resultados obtenidos al utilizar los comparadores de carátulas. Utilizan el mismo método usado con los comparadores y además se apoyan en programas de computación que ya tienen cargados para realizar los cálculos y emitir los resultados de las mediciones realizadas. El láser hace el alineamiento más rápido, preciso y muy fácil a sus nuevos usuarios, mas aún ofrece funciones expertas que ellos necesitan para asumir retos especiales como: – – – – –

Trenes de máquinas. Máquinas con acople cardan. Máquinas soportadas por bridas. Alineamiento vertical. Ejes que no giran.

El sistema láser no solo se detiene en el alineamiento de máquinas rotativas: También tiene un programa opcional para medición de planitud. Ventajas del alineamiento láser. – – – – – – –

es buena en caso de grandes separaciones da resultados consistentes y precisos puede realizar cálculos de alineamiento de apoyo desigual en la mayoría de los sistemas evita que se cometan errores de cálculo se instala más rápidamente y la mayoría de los fijadores se fijan rápidamente a la máquina. evita los problemas de deflección de los soportes en ocasiones se puede utilizar en otras tareas como pueden ser la verificación de posición de funcionamiento de máquinas, rectitud de ejes y de bases de máquinas, etc.

Las desventajas del alineamiento láser son: – – – –

el equipo tiene un alto costo inicial las fuentes de calor pueden tener un efecto negativo sobre la precisión del haz de luz láser la calibración de equipo debe revisarse frecuentemente el equipo no se encuentra disponible algunas veces.

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8.2. SISTEMA OPTICO LASER. Alineamiento Manual

Alineamiento Instrumentado

- Al ojo

- Reloj Indicador - No mas flexión - Borde & Cara - Capaz de cubrir - Papel Gráfico acoples mas para cálculos grandes - Palpador para - Cálculos verificar pata coja Automáticos/ No (soft foot) Mas Papel Gráfico Método: - 3 ó 4 puntos Método: - 3 ó 4 puntos

Método: Escuadra

Láser Invisible

1ra Generación de Láser Visible

2da Generación de Láser Visible

- Haz Visible - Alcance hasta 30' - Verificación de pata coja - Movimiento en Vivo

- Inclinómetros - Memoria Interna - Transmisión IR - Medición Automática - Múltiples Soluciones

Método: - 3 ó 4 puntos Método: - Barrido Completo - 3 ó 4 puntosoint - Barrido Parcial

UN SOLO LÁSER REFLEJADO

Caracteristicas: – – – – – – LÁSER DOBLE

Inclinómetros en cada cabezal Memoria en cada cabezal Transmisión infrarroja Medición automática Múltiple Soluciones Calcula el crecimiento térmico

Método: – – – –

3 o 4 puntos Barrido full o parcial Nivel de validación Manejo del juego axial

Figura 8.1.

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8.3. METODOS DE ALINEACION LASER.

8.4. JUEGO DE EJE Y ACOPLAMIENTO El sistema láser saca ventaja de su principio básico de medición como el del método de dial invertido en la cual se montan dos relojes invertidos se montan en lados opuestos del acople. Esto significa que, como los relojes radiales, el sistema de alineamiento láser es insensible al movimiento axial de los ejes durante la rotación. Ya que los dos métodos realmente miden desplazamiento radial (del rayo láser o de la puntilla de los indicadores) durante la rotación de ejes, aun los movimientos axiales tendrán poco o ningún efecto práctico en la medición del desplazamiento. El monto real de desplazamiento de rayo en los detectores de posición es directamente proporcional al desplazamiento radial y la angularidad del eje. Cuando se usa el láser, los ejes de máquina se giran lo más que se pueden. Durante esta rotación, los ejes no deben rotar uno en relación al otro, deben rotar sincronizadamente. Es por esta razón que antes de proceder con la medición, el operador debe examinar los cubos del acople para verificar juego torsional entre ellos. Debe notarse que el juego torsional no crecerá hasta que los ejes estén alineados, lo cual puede crear confusión en las lecturas durante el chequeo final a menos que este efecto sea reconocido y compensado.

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Con sistemas de alineamiento convencionales, el juego torsional debe eliminarse lo más que se pueda para la medición de alineamiento usando ayudas mecánicas como pernos más grandes o pequeños cuñas para fijar los cubos de acople para que no giren uno respecto a otro. Existen sistemas láser que ofrecen una solución mas simple y precisa: La medición “desacoplada” puede usarse para medir ejes girando primero uno de ellos, luego el otro de tal manera que el láser pasa por el sensor varias veces durante la rotación.

Figura 8.2.

8.5. JUEGO DEL RODAMIENTO EN EL EJE Algunas veces dos mediciones tomadas una detrás de otra puede resultar diferentes. Esto puede ser causado por excesivo juego del rodamiento si el eje se sitúa en posiciones diferentes cada vez que se toma la medición. Esto puede causar desaliento o frustración cuando se chequea el alineamiento. El juego en el rodamiento del eje puede chequearse usando la función “pata coja” (soft foot) del equipo de láser. Para hacer esto, el equipo se monta como para chequear “pata coja” y luego el eje (no la máquina entera) se suspende cuidadosamente. Cualquier juego presente será claramente detectado e indicado en la pantalla.

Figura 8.3.

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8.6. PRINCIPIO DEL ALINEAMIENTO POR RAYO LASER. Para entender la utilización del equipo de alineación por láser es importante conocer y entender los componentes del equipo y como funcionan. El equipo de alineación por láser consta de tres componentes básicos: 1. Sistema de sujeción a cadena 2. Cabezas ópticas 3. Computador portatil Sistema sujeccion cadena

Cabezas ópticas

Figura 8.4. Equipo básico de alineamiento laser.

Computador portatil

Sistema de sujeccion a cadena. Se utilizan para montar las cabezas ópticas. Los soportes más comunes son los de correas y los de cadenas, pero cuando uno o los dos ejes no se pueden hacer girar, se utilizan soportes magnéticos deslizantes. Cuando se utilizan los soportes magnéticos deslizantes, la precisión de la alineación depende del acabado superficial de los ejes. Existe una variedad de soportes para ser utilizados en acoples muy grandes, lugares estrechos y otras aplicaciones difíciles.

Soporte magnético.

Sujeccion a cadena.

Figura N° 8.5.

Soporte extra delgado.

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El computador portatil. Recibe la información del técnico a través de un cable que viene del transductor. El computador calcula los valores de las desalineaciones paralela y angular y muestra en la pantalla las correcciones horizontales y verticales que se necesitan en cada una de las cuatro patas del equipo. ROTALIGN ULTRA

TKSA 80

NXA PRO

GO BASIC

Figura 8.6. Equipos de Alineamiento Láser

Las cabezas ópticas. Aunque las diferentes marcas de equipos láser se asemejan mucho, se pueden utilizar uno o dos rayos láser. Algunas cabezas son emisoras y receptoras y requieren de un reflector para la señal, sin embargo, en ocasiones un cabezal es el emisor de la señal láser y el otro cabezal es el receptor que lleva la información al computador. Si se utiliza un rayo láser, la cabeza óptica que contiene el láser se conoce como el “emisor -receptor” o también como “transductor”. El dispositivo se monta la unidad estacionaría o conducida. El transductor emite un rayo de luz láser que llega a la cabeza óptica que se monta en la unidad conductora, conocida como el “reflector” o “reflector de prisma”. La luz es reflejada nuevamente al detector que hace parte del emisor/receptor. El Transductor, desde su parte superior, emite un rayo de luz láser de diámetro muy pequeño y de baja energía. La parte inferior del transductor contiene un detector que recibe el rayo láser que regresa desde el reflector de prisma. El Transductor siempre es montado sobre el eje de la unidad conducida. Figura 8.7.

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Emisor - Receptor

Detector de prisma

Figura 8.7.

Si se utilizan dos rayos láser, ambas cabezas ópticas son emisores/receptores: no se suministra el reflector. Los equipos pueden emitir y recibir una o dos señales, dependiendo del fabricante. Realmente, la operación de los equipos de alineación por medio de rayo láser es muy sencilla. El láser emite un rayo de luz que llega a un detector. El computador graba primero en el detector, la posición del rayo, habiendo colocado los soportes en la posición de las 12 en punto (simulando un reloj), y utiliza esta posición como referente. El computador compara la posición original del rayo que llega al detector con la posición del rayo que también llega al detector cuando los soportes han sido colocados en la posición de las 3 en punto, las 6 en punto y las 9 en punto. Los pequeños cambios en la posición del rayo láser son utilizados por el computador para calcular los valores de la desalineación y las correcciones que son necesarias. En equipos modernos se puede realizar el giro de ejes en forma continua para obtener mayores iteraciones y mejorar el cálculo. Emisor

Detector

Figura 8.8.

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También existen algunos dispositivos secundarios que usted debe conocer: Un “inclinómetro” indica cuando se ha logrado la posición correcta para la medición. El inclinómetro funciona de manera similar al nivel del carpintero, para indicar cuando las cabezas ópticas han llegado a las posiciones de las 12 en punto, las 3 en punto, las 6 en punto y las 9 en punto de los ejes. Si la alineación se ha de hacer con los ejes acoplados, se coloca un inclinómetro mediante una base magnética al soporte que está en la unidad conductora. Si los ejes están desacoplados, otro inclinómetro se coloca en la unidad conducida. Sin embargo, algunos equipos de alineación por medio de rayo láser no requieren de inclinómetro. El computador puede determinar electrónicamente la orientación de las cabezas ópticas. El equipo también puede que incluya un “detector de rayo adicional” en los equipos que emplean un rayo láser invisible. Este dispositivo contiene unas luces que se encenderán intermitentemente o cambiarán de colores cuando el rayo láser está centrado entre ellas. Se usa para dirigir el rayo láser invisible hacia el detector.

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IX.

ALINEAMIENTO DE POLEAS.

9.1 CONTROLES DEL MANTENIMIENTO PREVENTIVO. La parada de la máquina y la inspección cuidadosa. - Después de realizar estos controles, las transmisiones por fajas podrán mantener su eficiencia de funcionamiento con seguridad.

Figura N° 9.1.

–

– – – – –

– – – – – – – –

Siempre cortar la energía de entrada a la transmisión. Asegure con candado la caja de control y coloque una etiqueta con un aviso: "Desconectado para el Mantenimiento. No conecte La Energía" y deberá incluir una señal de peligro. Cerciórese de que la energía esté cortada o apagado para la toda la transmisión. Realice una prueba para cerciorarse de que todo el circuito eléctrico ha sido apagado. Ponga todos los componentes de la máquina en una posición segura. Cerciórese de que los componentes móviles estén trabados o estén en una posición segura. Retire la guarda y revíselo para saber si hay daño. Compruebe para saber si hay muestras del desgaste o del rozamiento contra los componentes de la transmisión. Limpie la guarda y si es necesario realinearlo para evitar rozamientos. Revise la faja para saber si hay desgaste o daño. Reemplace si es necesitado. Revise las poleas para saber si hay desgaste y desalineamiento. Substituya las poleas si está gastado. Revise otros componentes de la transmisión tales como cojinetes, ejes, montajes del motor y polines de tensado. Examine el sistema de la línea a tierra (si es utilizado) y substituya los componentes si es necesario. Compruebe la tensión de la faja y corrija el tensado si es necesario. Vuelva a inspeccionar la alineación de la polea. Vuelva a instalar la guarda o el protector de la Faja. Vuelva a conectar la energía de encendido y ponga en marcha la transmisión.

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– –

Mirar o revisar cualquier inusual funcionamiento o poner atención a cualquier ruido inusual. Deben ser revisados las fajas y las poleas con detenimiento para descartar: • • •

Deformación del perfil del canal de la polea. El perfil de la faja debe corresponder al perfil de la polea. Desgaste de la faja.

Figura N° 9.2. En las poleas gastadas la faja ingresa por debajo del diámetro exterior.

FAJA NUEVA

FAJA GASTADA

Figura N° 9.3. Verificando el estado de la polea con la ayuda de la plantilla de perfiles para faja en “V”.

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9.2. ALINEAMIENTO DE POLEAS. Se presentan dos tipos de desalineamiento: – Desalineamiento paralelo – Desalineamiento angular

ANGULAR EN VERTICAL

ANGULAR EN HORIZONTAL

PARALELO

Figura N° 9.4. Tipos de desalineamiento de poleas

9.3. ALINEAMIENTO CON LA REGLA RÍGIDA O CON UN HILO DE NYLON. Alinee el borde recto a lo largo de la cara exterior de las poleas vea la figura mostrada. Si la transmisión está alineada correctamente, la regla rígida o un hilo de nylon estirado entrará en contacto con cada polea uniformemente. La regla o el hilo estirado (tirado firmemente) debe tocar los dos bordes externos de cada polea en un total de cuatro puntos del contacto.

Figura N° 9.5.

El desalineamiento paralelo produce ruido, da un acelerado desgaste de las zonas de contacto tanto de la polea como de la faja de las poleas, deficiente guiado y excesivas temperaturas. Se corrigen desplazando uno o ambas poleas paralelamente.

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Figura N° 9.6.

El desalineamiento angular produce excesivo desgaste del borde y de los flancos de la faja, llegando revirarse y salirse de los canales. Se corrigen moviendo un o ambas poleas de la transmisión.

Figura N° 9.7.

9.4. ALINEAMIENTO CON EL EQUIPO DE RAYOS LÁSER. La comprobación del alineamiento y la corrección del desalineamiento con las herramientas láser permiten realizar de una manera muy rápida y con precisión. Un equipo de alineamiento láser está conformado por el transmisor del rayo y los receptores del raro (blancos). (Figura N° 9.7.). Los imanes de la herramienta pueden perder su fuerza de retención si se calientan o caen. Por consiguiente, evitar su uso en máquinas muy calientes.

Láser Receptor Figura 9.8. Unidades en las poleas

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Figura N° 9.9. Poleas perfectamente alineadas.

9.5. CONTROL DE LA TENSIÓN DE LA FAJA La tensión de la faja es el paso final del mantenimiento preventivo; e incluirá la retensión de la faja. (Figura N° 9.9.) En transmisiones por fajas sincrónicas no está recomendada la retensión de la faja. Con muy poca tensión las fajas en V pueden deslizarse o en las fajas sincrónicas pueden saltar dientes. La tensión óptima es la tensión más baja a la cual las fajas transmitirán energía cuando la transmisión está a plena carga. PROCEDIMIENTO GENERAL PARA LA TENSIÓN DE LA FAJA. –

Mida en el centro de uno de los tramos (t) de la transmisión aplicando la fuerza requerida para flexionar la faja desde su posición normal hasta una distancia de: • •

2mm por cada 100mm de longitud de tramo (para las fajas en v). 1mm por cada 100mm la longitud de tramo (para fajas sincrónicas).

–

Si la fuerza medida es menor que la fuerza m í n i m a de la deflexión, tensar la faja.

–

Para las fajas nuevas se recomienda aplicar una tensión, hasta que la fuerza de deflexión de la faja esté tan cerca como sea posible de la fuerza máxima de la deflexión recomendada.

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Figura N° 9.10.

Figura N° 9.11.

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X.

MEDICIÓN Y COMPENSACION TERMICA

Virtualmente todos los equipos rotativos experimentan cambios de posición durante el arranque y mientras funcionan, éstos afectaran 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 frio (fuera de servicio o parado) para compensar este cambio. 10.1. ¿QUE TIPO DE MAQUINARIAS SON PROBABLES DE CAMBIAR DE POSICIÓN CUANDO FUNCIONAN? Las características de movimiento de parada a funcionamiento de la mayoría de las máquinas rotativas no han sido medidas. Probablemente en el 60% de los sistemas motrices este movimiento es insignificante y se pueden ignorar. En los casos restantes, sin embargo, esto puede establecer la diferencia entre un sistema de transmisión que funciona suavemente y otro que está plagado de problemas. Es importante saber cuánto desplazamiento se genera antes de valorarlo como insignificante y concluya ignorándolo. Cabe preguntarse ¿Cuáles de las máquinas rotativas de la planta se mueven lo suficiente de su condición fuera de servicio a la de operación para que este desplazamiento (movimiento) puede medirse y compensarse?

Figura N° 10.1.

Máquinas propensas a moverse cuando se ponen en funcionamiento. 1. Sistemas de maquinaria rotativa que funcionan o sobre los 200 HP y velocidades desde 1200 RPM o mayores. 2. Maquinarias que soportan cambios de temperatura en la carcaza. Por ejemplo: • Motores eléctricos y generadores • Turbinas de vapor • Turbinas a gas • Motores de combustión interna (Diésel, etc.)

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3. Variadores de velocidad (por ejemplo, cajas de engranajes) 4. Maquinaria que está bombeando o comprimiendo fluidos o gases en los cuales los fluidos y gases sufren cambios de temperatura de 50° o mas desde su ingreso hasta su descarga (este puede ser un incremento o una caída de temperatura). Por ejemplo: • Compresores centrífugos o reciprocantes • Bombas centrifugas • Ventiladores de hornos • Equipos de movimiento de aire HVAC (Calefacción, ventilación y aire acondicionado). 5. Equipos con soportes deficientes de tuberías sujetas a las carcazas de las maquinas donde la expansión o contracción de la tubería induce fuerzas en la carcaza de la máquina o donde los flujos de los fluidos pueden causar un momento de reacción en las tuberías. 10.2. CAUSAS DEL MOVIMIENTO. Hay una variedad de factores que originan que la maquinaria se mueva una vez que está funcionando. La causa más común es debido a los cambios de temperatura en la maquinaria misma (a medida que comprimen gases o se calienta el lubricante por la fricción en los cojinetes) y es por esta razón se le hace referencia como movimiento “térmico” o “frio” o “caliente”. El cambio de temperatura en las máquinas rotativas es raramente uniforme en toda la carcaza, lo que origina que los equipos se inclinen algo y que se contraigan o crezcan algo. Para las bombas y los compresores, el movimiento térmico de la línea de tuberías acoplada también provocara que el equipo se mueva. Otras fuentes de movimiento pueden ser los pernos de anclaje sueltos, variación de las condiciones climáticas para los equipos instalados fuera de locales, el calentamiento o enfriamiento en los pedestales de concreto, cambios de las condiciones de operación de los equipos desde situaciones sin carga hasta situaciones con carga, las reacciones de las carcazas o soportes ante la fuerza centrífuga de los rotores cuando estos están operando. Deben tenerse en cuenta consideraciones especiales para las maquinarias que arrancan y paran frecuentemente o donde la carga puede variar considerablemente mientras está en marcha. En estos casos deben de sopesarse factores como: periodos de tiempo a ciertas condiciones, variación total de movimiento de la maquinaria desde un máximo a un mínimo, acoplamientos y tolerancias de alineamiento, etc. Para observar y registrar apropiadamente estos cambios, debe de hacerse chequeos, periodos de estos cambios en el movimiento para comprender como posicionar eficientemente el equipo para un rendimiento óptimo. Los sistemas de monitoreo continuo de ejes son los más confiables.

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99

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Sin embargo, la mayoría de los equipos rotativos mantendrán una posición especifica prescindiendo de la variación de la carga. Lo que usualmente se torna en un problema grande es que algunos equipos tienen que ser alineados desplazando en “frio” distancias considerables, lo que genera los arranques críticos. En la mayoría de los casos los equipos se someterán a su mayor rango de cambio de movimiento al poco o “insignificante” tiempo después del arranque. Este “insignificante” tiempo puede significar desde 5 minutos a 1hora para la mayoría de los equipos y puede posicionarse a una posición “final” algunas horas o incluso días más tarde. El ir de funcionamiento a las condiciones off-line, virtualmente cualquier cosa puede ocurrir. Muchos equipos pueden realizar un cambio muy rápido inmediatamente después de la parada. otros sistemas de impulsión pueden forcejear alrededor y después mover hacia atrás lentamente cerca de su posición inicial. 10.3 CATEGORIAS DE MEDICIONES “OL2R” (CONDICION FUERA DE SERVICIO A LA DE FUNCIONAMIENTO) Hay cuatro clasificaciones de técnicas de medición que se emplean para tomar el movimiento de la condición fuera de servicio a la de funcionamiento. 1. Movimiento de las líneas centrales de las máquinas con respecto a sus basessoporte o a las estructuras de soporte. 2. Movimiento de las líneas centrales de la carcaza de las máquinas con respecto a una referencia remota o punto de observación. 3. Movimiento de una carcaza de máquina con respecto a otra carcaza de máquina. 4. Movimiento de un eje con respecto a otro eje. Todas estas técnicas comparan la posición de la maquinaria rotativa del tren motriz cuando el equipo está fuera de servicio con la posición de la maquinaria cuando está funcionando. 10.4 CÁLCULO DE LA EXPANSION TERMICA (EN LA CARCAZA DE LA MÁQUINA) Para la categoría carcaza de la maquina a base-soporte. Al nivel atómico en los materiales sólidos, la temperatura y el volumen del material está determinada por la vibración por las moléculas individuales. En otras palabras, mientras más se calienta un material, las moléculas vibrarán más y estas se espaciarán más. Este fenómeno genera los cambios en las dimensiones. Esto puede calcularse por la siguiente ecuación:

ΔL = L (α)(Δt) ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO

100

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Dónde: ΔL = Cambio de dimensión/longitud (en pulgadas o milímetros) L = Longitud del objeto (en pulgadas o milímetros) α = Coeficiente de expansión / contracción térmica (pulg./ pulg.°F – mm/mm °C) ΔT = Cambio de temperatura (°F o °C) El coeficiente de expansión térmica para la mayoría de materiales utilizados en las carcazas de la maquinaria y sus cimentaciones se detallan en la Tabla siguiente. Estos coeficientes se pueden usar 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 lineabilidad de la vibración molecular de los materiales.

MATERIAL Acero al carbono (AISI 1040)

Coeficiente de Expansión Térmica (mils/in/°F) 0.0063 0.0095 – 0.0098

Acero inoxidable Aluminio

0.0125

Acero al níquel

0.0073

Bronce

0.0110

Fierro fundido (gris)

0.0059 0.0085 – 0.0080

Hormigón Tabla N° 1.

Coeficiente de Expansión Térmica MATERIAL (mils/in/°C)

(mm/mm/°C)

0.01134

0.00001134

0.01784

0.00001784

Aluminio

0.02255

0.00002255

Acero al níquel

0.01314

0.00001314

Bronce

0.01980

0.00001980

Fierro fundido (gris)

0.01082

0.00001082

Hormigón

0.01960

0.00001960

Acero al carbono (AISI 1040) Acero inoxidable

Tabla N° 2.

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101

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

EJEMPLO DE CÁLCULO DE EXPANSION TÉRMICA – Medir la temperatura en una línea de cada soporte de ambas máquinas a alinear, desde el fondo hasta la línea central del eje, a intervalos iguales. EI valor de la temperatura a considerar, será el promedio de varios puntos. – Seleccionar el tipo de material con el cual son construidos los soportes, determinar el crecimiento térmico. Para hallar el crecimiento total, multiplicar el crecimiento unitario por la distancia entre la base del soporte y la línea central del eje.

Temperatura ambiente = 60 F Temperatura operativa = 96.3 F

Crecimiento = (Altura) x (Cambio Temp.) x (Factor térmico) Crecimiento = 17” x 36.3 F x 0.006 mils/in/ F Crecimiento = 4 mils, en este punto de apoyo

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102

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

TAREAS ALINEAMIENTO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES OPERACIONES TAREA 01

ALINEAMIENTO CON RELOJ COMPARADOR EN CUATRO PASOS

TAREA 02

ALINEAMIENTO DE EJES CON EL ALINEADOR DE LÁSER SKF

TAREA 03

ALINEAMIENTO DE EJES CON ALINEADOR TKSA 20 DE SKF

TAREA 04

ALINEAMIENTO DE EJES CON ALINEADOR GO BASIC DE FIXTULASER

TAREA 05

ALINEAMIENTO DE POLEAS UTILIZANDO EL ALINEADOR LÁSER

TAREA 06

INFORME TÉCNICO DE TAREAS PRÁCTICAS

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103

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

TAREA Nº 01 ALINEAMIENTO CON RELOJ COMPARADOR EN CUATRO PASOS Aproximadamente el 50% de las fallas en máquinas rotativas se deben a desalineaciones de los ejes. Las máquinas mal alineadas generan cargas y vibraciones adicionales, causando daños prematuros en rodamientos, obturaciones y acoplamientos. También aumenta el consumo de energía. ! IMPORTANTE ¡ Trabaje en la tarea siguiendo la secuencia recomendada, con criterio analítico y coordinando para lograr precisión en la alineación y terminar en el tiempo establecido.

Nº

Tarea parcial Solicite todas las herramientas de trabajo. Descarte soltura de pie en base del motor midiendo con la galga de espesores.

Equipos/Observaciones ❖ Juego de alineador de reloj. ❖ Cajón con Herramientas. ❖ Calibrador vernier.

Datos de Trabajo Existe soltura en la base: ____ Cuanto es la soltura que midió: ________________ En el siguiente dibujo marque los pies del motor donde corrigió la soltura:

1

3

1

BASE DEL MOTOR

2

2

Reconozca el proceso para la instalación del reloj comparador y de la medición del desalineamiento angular.

Fijar el soporte del reloj en el lado de la máquina estacionaria (bomba). Consulte la guía de instalación y de medición.

4

Precisión del reloj comparador:

________________

Guía de instalación del reloj comparador y de medición del desalineamiento PARALELO vertical y horizontal

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104

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

•

El reloj permite medir el desalineamiento paralelo. El reloj comparador radial debe ser instalado perpendicularmente a los ejes con el embolo haciendo contacto radial en un cubo del acoplamiento.

•

Para determinar el desalineamiento paralelo vertical, el reloj se fija a cero en una posición vertical (12:00 ó 6:00 horas) y se rota 180 grados.

•

Para determinar el desalineamiento paralelo horizontal, el reloj se fija a cero en posición horizontal (9:00 ò 3:00 horas) y se rota 180 grados.

•

El resultado de esta medición nos muestra el desalineamiento actual del eje movible. La medida corresponde a la lectura total vertical u horizontal del reloj (LTR). Se divide LTR por dos para determinar el desalineamiento paralelo actual (a).

•

Si los ejes no son paralelos (a), el paralelismo será diferente entre los dos cubos.

•

La dirección del recorrido del reloj comparador (+/-) no necesariamente indica la posición real del eje. Los signos estarán en función de que cubo está en contacto con el embolo del reloj y en qué posición se fija a cero del reloj comparador.

•

Para determinar el desalineamiento paralelo, divida LTR por dos y determínese si el eje movible es alto (+) o bajo (-), lejos (+) o cerca (-)

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105

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

MEDICIÓN DEL DESALINEAMIENTO PARALELO VERTICAL. Nº

Tarea parcial

Equipos/Observaciones

Instale el reloj similar a la muestra. Mida el desalineamiento paralelo vertical y horizontal, registre los resultados.

Datos de Trabajo Dibuje el desalineamiento paralelo existente y anote los resultados en el cuadro inferior

0 0º

Desalineamiento paralelo (d):

ME

270º

b

MM

DESALINEAMIENTO PARALELO

3

d = valor de lectura / 2

Ejemplo del resultado de la medición del desalineamiento:

90º

180º

VERTICAL

ME = Máquina estacionaria MM = Máquina móvil

0.13 mm

HORIZONTAL

Comunique al profesor de los resultados antes de continuar

Guía de instalación del reloj comparador y de medición del desalineamiento ANGULAR vertical y horizontal

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106

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

•

El reloj comparador se monta paralelo a los ejes con el embolo haciendo contacto axial en un cubo del acoplamiento. El reloj se utiliza para medir angularidad en la cara frontal del acoplamiento.

•

Para determinar diferencia vertical de la angularidad del acoplamiento, el reloj se fija a cero en una posición vertical (12:00 ò 6:00) y se rota 180 grados.

•

Para determinar diferencia horizontal de la angularidad del acoplamiento, el reloj se fija a cero en una posición horizontal (9:00 ò 3:00) y se rota 180 grados.

•

La medición determina la diferencia vertical u horizontal de la angularidad del acoplamiento con el diámetro de contacto del reloj comparador.

•

Para determinar el desalineamiento angular, divida la diferencia de la angularidad o pendiente del acoplamiento por el diámetro de contacto del reloj comparador.

Ejemplo de medición en milímetros del desalineamiento angular El reloj comparador se fija a cero en las 3:00. El indicador se rota 180 grados a las 9:00. En el reloj se lee 8 decimas de milímetro (0.8mm). El diámetro de contacto del reloj es de 100mm. El desalineamiento angular es determinado dividiendo la diferencia de la angularidad del acoplamiento por el diámetro de contacto del reloj: 0,8 / 100mm.

Ejemplo de medición en pulgadas del desalineamiento angular •

El reloj comparador se fija a cero en las 3:00. El indicador se rota 180 grados a las 9:00. En el reloj se lee 10 milésimas (0,010”). El diámetro de contacto del reloj es de 5 pulgadas.

•

El desalineamiento angular es determinado dividiendo la diferencia de la angularidad del acoplamiento por el diámetro de contacto del reloj: 10 mils /5” = 2.0/1”.

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107

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

MEDICIÓN DEL DESALINEAMIENTO ANGULAR VERTICAL Nº

Tarea parcial

Equipos/Observaciones

Instale el reloj similar a la muestra. Mida el desalineamiento angular vertical y horizontal y registre los resultados. ME

Datos de Trabajo Dibuje el desalineamiento angular existente y anote los resultados en el cuadro inferior.

!Cuide el reloj comparador¡ 0 0º

MM

α

270º

DESALINEAMIENTO ANGULAR

90º

180º

ME = Máquina estacionaria VERTICAL MM = Máquina móvil

4

Ejemplo del resultado de la medición

Anote el diámetro de contacto:

¡Gire siempre el reloj comparador en 180º para obtener cada lectura! ¡Toda lectura en el reloj comparador deberá realizar con los pernos de la base correctamente ajustados!

_____________ HORIZONTAL 0,8/100mm

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108

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Nº

Tarea parcial

Equipos/Observaciones

5

Establezca la condición del alineamiento en el eje actual o encontrado. A partir del mayor desalineamiento que encontró.

Datos de Trabajo

Utilice la tabla de tolerancia de alineamiento de ejes recomendado

Desalineamiento encontrado:

La condición encontrada puede ser:

Angular ____________ mm

• Excelente • Aceptable • Fuera de tolerancia

Paralelo ___________ mm

Condición de alineamiento encontrado: ______________________

Tabla 1 : Tolerancia de Alineamiento de ejes Excelente Paralelo rpm 0000 – 1000 1000 – 2000 2000 – 3000 3000 – 4000 4000 – 5000 5000 - 6000 Angular rpm 0000 – 1000 1000 – 2000 2000 – 3000 3000 – 4000 4000 – 5000 5000 - 6000

Aceptable

mils 3.0 2.0 1.5 1.0 0.5 < 0.5

mm 0.07 0.05 0.03 0.02 0.01 <0.01

mils 5.0 4.0 3.0 2.0 1.5 <1.5

mm 0.13 0.10 0.07 0.04 0.03 <0.03

mils/” 0.6 05 0.4 0.3 0.2 0.1

mm/100 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01

mils/” 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

mm/100 0.10 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04

ALINEAMIENTO ANGULAR VERTICAL

Nº

Tarea parcial

Equipos / Observaciones

ANGULAR VERTICAL

6

Establezca los datos para corregir el desalineamiento vertical. Calcule el arco tangente de α

D = Diámetro de contacto a = Lectura angular vertical α = Angularidad

Datos de Trabajo Datos cálculos: D = ______________ mm a = _____________mm

ΔDα

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Tan α =

a D 109

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Nº

7

Tarea parcial

Equipos / Observaciones

Datos de Trabajo

Aplicando operaciones matemáticas simples, calcule la altura (H) en base del motor donde deberá agregar o disminuir láminas.

L = Longitud entre centro del acoplamiento a centro de ejes de pernos.

Calculo altura de corrección pata trasera L= ______________mm

H = Altura de corrección pata trasera.

Máquina Movible

D

El dibujo de la derecha es solo un ejemplo de cómo podría encontrar el motor desalineado.

a = ______________mm D = _____________ mm

H=Lx

L1 L

H= ____________ mm

8

Aplicando operaciones matemáticas simples, calcule la altura (H1) en base del motor donde deberá agregar o disminuir láminas.

L1 = Longitud entre centro del acoplamiento a centro de ejes de pernos.

Calculo altura de corrección pata delantera L= ______________mm

H1 = Altura de corrección pata delantera.

Máquina Movible

D El dibujo de la derecha es solo un ejemplo de cómo podría encontrar el motor desalineado.

a = ______________mm D = _____________ mm

H1 = L1 x

L1 L

H1= ____________ mm

CORRECCION DEL DESALINEAMIENTO VERTICAL Espesor de laminas = Valor desalineamiento paralelo + Valor desalineamiento angular Espesor de laminas pata delantera =

+

Espesor de laminas pata delantera =

Espesor de laminas pata posterior =

+

Espesor de laminas pata posterior =

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110

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Nº

Tarea parcial

Equipos/Observaciones

9

Marque en los o en el pie del motor donde agregara o de donde retirara laminas de regulación. Corrija el desalineamiento agregando o disminuyendo láminas según sea el caso. ¡Importante! ¡Toda lectura en el reloj comparador deberá realizar con los pernos del motor correctamente ajustados!

Datos de Trabajo Espesor de laminas a agregar o disminuir ____ mm Marque la opción: Agregar láminas

Utilice el micrómetro para seleccionar las láminas de corrección, midiéndolos uno por uno.

Disminuir láminas

Trabaje con actitud analítica para reconocer detalles que no están indicados y que son de vital importancia para usted.

En el siguiente dibujo, marque; donde agregar o disminuir láminas:

D

Máquina Movible

Agregar láminas

Agregar láminas

Disminuir láminas

Disminuir láminas

ALINEAMIENTO ANGULAR HORIZONTAL

ANGULAR HORIZONTAL

10

Establezca los datos para corregir el desalineamiento horizontal.

D = Diámetro de contacto

Datos cálculos:

a = Lectura angular horizontal α = Angularidad

D = _______________ mm

Calcule el arco tangente α”.

a = ________________mm

Tan β = ΔDα

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111

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Nº

11

Tarea parcial

Equipos/Observaciones

Datos de Trabajo

Aplicando operaciones matemáticas simples, calcule la distancia lateral (X) en base del motor donde deberá agregar o disminuir láminas.

L = Longitud entre centro del acoplamiento a centro de ejes de pernos.

Calculo desplazamiento de corrección pata trasera L= ______________ mm

X = Desplazamiento de corrección pata trasera.

El dibujo de la derecha es solo un ejemplo de cómo podría encontrar el motor desalineado.

D = _____________ mm

X=L. Vista de planta del motor

Aplicando operaciones matemáticas simples, calcule la distancia lateral (X1) en base del motor donde deberá agregar o disminuir láminas.

a = ______________ mm

L1 = Longitud entre centro del acoplamiento a centro de ejes de pernos.

X = ____________ mm

Calculo desplazamiento de corrección pata trasera L= ______________mm

X 1= Altura de corrección a = ______________mm

12 El dibujo de la derecha es solo un ejemplo de cómo podría encontrar el motor desalineado.

D = _____________ mm

X1 = L1 . X 1 = ____________ mm Vista de planta del motor

Indique en el dibujo el sentido hacia donde se desplazará lateralmente el motor para corregir el desalineamiento.

13

! Atención¡ Para actuar en los pernos laterales, primero afloje los pernos de la base del motor.

En el siguiente dibujo marque el sentido hacia donde desplazara lateralmente el motor.

Trabaje con actitud analítica par reconocer detalles que no están indicados y que son de vital importancia para usted.

Se ha logrado corregir el desalineamiento ________

Corrija el desalineamiento moviendo el motor en forma controlada con los pernos laterales de cada pie.

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112

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

ALINEAMIENTO PARALELO Nº

Tarea parcial

Equipos/Observaciones

Vuelva a medir el desalineamiento paralelo vertical y horizontal.

Datos de Trabajo ¿Por qué tiene que repetir la medición paralela? _____________________ _____________________

ΔDr

14

Vertical ____________ mm

Horizontal __________ mm

PARALELO VERTICAL

Laminas a colocar o retirar: ________ mm

Determine y anote el espesor de láminas que deberá colocar o retirar.

15

Identifique y marque la posición en la base del motor donde deberá colocar o retirar las láminas. Proceda al alineamiento paralelo vertical.

¡IMPORTANTE! ¡Toda lectura en el reloj comparador deberá realizar con los pernos del motor correctamente ajustados!

Marque una opción: Agregar láminas

NO TRATE DE CORREGIR TANTEANDO

!IMPORTANTE¡

Disminuir láminas

En el siguiente dibujo, marque; donde debe colocar o retirar laminas:

Los pernos laterales no deben presionar a la base del motor, solo deben estar asiendo apoyo.

Se ha logrado corregir el desalineamiento _____

Comunique al profesor los resultados, antes de continuar.

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VISTA LATERAL DEL MOTOR

113

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

PARALELO HORIZONTAL

Valor que desplazara lateralmente (d) __________ mm

Marque la dirección a desplazar lateralmente el motor para alinearlo; similar a la muestra del siguiente dibujo.

En el dibujo siguiente marque con flechas el sentido que desplazara lateral:

d

Desalineamiento paralelo (d): 16 b

d = valor de lectura / 2

NO TRATE DE CORREGIR TANTEANDO VISTA SUPERIOR DEL MOTOR

Se ha logrado corregir el Comunique al profesor los resultados, antes de continuar

desalineamiento _______

Proceda al alineamiento paralelo horizontal

Precisión alcanzada En presencia del profesor mida y registre los resultados finales del alineamiento.

Resultado final del alineamiento Paralelo

Vertical

Horizontal

Resultado final del alineamiento Angular

Vertical

Horizontal

17 Conclusión del estado final de alineamiento:

AL FINALIZAR LA TAREA: ❖ Deje completo el juego de relojes de alineamiento y entregue al profesor ❖ Desmonte todo el módulo y deje ordenado en su lugar

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114

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

N°

TAREA N° 2 ALINEAMIENTO DE EJES CON EL ALINEADOR DE LÁSER SKF Tarea Parcial Datos de Trabajo Descarte soltura de pie en la base del motor midiendo con la galga de espesores.

Existe soltura en la base: _____________________ Cuanto es la soltura que midió: _________________ En el siguiente dibujo marque los pies del motor donde corrigió la soltura: 1

1

4

BASE DEL MOTOR

3

2

Configuración de la máquina Durante el procedimiento de alineación nos referiremos a la parte de la maquinaria que se va a ajustar como la “máquina móvil”. La otra parte la denominaremos como la “máquina estacionaria”.

Figura Nº 1. Máquina estacionaria y móvil. Posiciones de medición Para definir las diversas posiciones de medición durante el procedimiento de alineación utilizamos la analogía de un reloj visto desde detrás de la máquina móvil. La posición con las unidades de medición en posición vertical se define como las 12 en punto mientras que los 90º a la izquierda o a la derecha se definen como las 9 y las 3 en punto.

Figura Nº 2. La analogía de un reloj.

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115

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Conexión de las unidades de medición a) Use los accesorios de cadena para conectar las unidades de medición con firmeza a los ejes. Asegúrese de que la unidad marcada M está conectada a la máquina móvil y la unidad marcada S a la máquina estacionaria. Para diámetros mayores de 150 mm se requiere una cadena de prolongación (TMEA C2).

Figura Nº 3. Conexión del accesorio mecánico. NOTA: Se recomienda colocar las unidades de medición a la misma distancia del centro del acoplamiento. b) Conecte las unidades de medición a la unidad de visualización. Asegúrese de que las marcas de los cables se corresponden con las marcas del puerto de la unidad de visualización (Figura 4).

Figura N° 4. Conexión de las unidades de medición.

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116

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

N°

Tarea Parcial

Datos de Trabajo

Encendido Encienda la unidad de visualización pulsando el botón ON/OFF (encendido/apagado). 2

Puntería de los haces del láser a) Ponga las dos unidades de medición en la posición de las 12 en punto con ayuda de los niveles (Figura Nº5). b) Cierre los objetivos frente a los detectores de posición (Figura Nº 6).

Figura Nº 5. Posición de las 12 en punto.

Figura Nº 6. Cierre de los objetivos.

c) Apunte los haces del láser de tal manera que acierten en el centro del objetivo de la unidad de medición opuesta (Figura Nº7).

Figura Nº 7. Acertar el objetivo.

d) Abra completamente los objetivos.

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117

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Nº

3

Tarea Parcial

Datos de Trabajo

Dimensiones de la máquina

Medir e ingresar las distancias:

La configuración de la máquina está definida por tres dimensiones.

A ________ mm B _______ mm

C _______ mm

A: La distancia entre las dos unidades de medición (medidas entre las dos marcas centrales). B: La distancia entre la unidad de medición marcada M y las patas delanteras de la máquina móvil. C: La distancia entre los dos pares de patas de la máquina móvil. Secuencia de medición Ajuste las unidades de medición a la posición de las 9 en punto con la ayuda de los niveles (Figura Nº 8).

4

Confirme la medición pulsando

Figura Nº 8. Ajuste a la posición de las 9 en punto.

Siga el símbolo de círculo en la pantalla y gire las unidades de medición a la posición de las 3 en punto (Figura Nº 9). Confirme la medición pulsando 5

Figura Nº 9. Gire a la posición de las 3 en punto.

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118

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Nº

Tarea Parcial

Datos de Trabajo

Siga el símbolo de círculo hasta la posición de las 12 en punto (Figura 10). Confirme la medición pulsando 6

Fig. 10. Regreso a la posición de las 12 en punto

Resultados de alineación Desalineación vertical

7

Anote los valores de medición en el siguiente cuadro:

Después de haber confirmado la última medición, se visualiza la desalineación de las dos máquinas en las direcciones verticales. Valores de acoplamiento El valor izquierdo de la pantalla muestra el ángulo entre las líneas centrales de los dos ejes en el plano vertical. Tabla Nº 1 Tolerancias de desalineamiento

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119

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Nº

Tarea Parcial Valores de las patas

8

Datos de Trabajo Anote los valores de las patas:

Si los valores de acoplamiento medidos son mayores que las tolerancias permitidas necesitarán saber las correcciones recomendadas para las patas. Pulse el botón + para obtener los valores de alineación o los valores de las patas.

Valores de las patas El valor izquierdo indica la posición relativa de las patas delanteras de la máquina móvil. 9

El valor derecho muestra la posición relativa de las patas traseras. Un valor positivo indica que las patas están demasiado altas y tienen que bajarse mientras que un valor negativo indica lo contrario.

Desalineación horizontal

10

Antes de obtener las cifras de desalineación horizontal debe mover las unidades de medición a la posición de las 3 en punto.

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120

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Nº

Tarea Parcial

Datos de Trabajo

La desalineación de la máquina Anote los valores de medición en el siguiente cuadro: debe estar dentro de las tolerancias especificadas por el fabricante. En caso de no disponer de dichas tolerancias, se puede utilizar de nuevo la tabla 1 como recomendación general.

11

Si los valores medidos son mayores que las tolerancias permitidas, necesitará los valores de alineación. Pulse el botón + para obtener los valores de las patas.

Tabla Nº 1 Tolerancias de desalineamiento

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121

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Nº

Tarea Parcial Alineación horizontal

Datos de Trabajo Anote los valores de las patas:

Los valores indicados ahora en la pantalla muestran las posiciones 12 relativas de la máquina móvil vista desde arriba. El valor izquierdo para las patas delanteras, el valor derecho para las patas traseras.

Valores de las patas Los valores de alineación indican el movimiento lateral correctivo necesario de la máquina móvil (vista desde detrás de la máquina móvil). Un valor negativo indica que las patas tienen que desplazarse hacia la derecha. Un valor positivo indica que las patas tienen que desplazarse hacia la izquierda. 13

Comprobación de la alineación 14 Se recomienda comprobar la alineación de la máquina ejecutando el procedimiento de medición una vez más Resultado Final del Alineamiento. VERTICAL

15

HORIZONTAL

Al término de la tarea deje el mecanismo en su lugar y las herramientas completas.

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122

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

TAREA N° 3 ALINEAMIENTO DE EJES CON ALINEADOR TKSA 20 DE SKF N°

Tarea Parcial

Datos de Trabajo

Existe soltura en la base: _________________ Descarte soltura de pie en la base del motor midiendo Cuanto es la soltura que midió: _____________ con la galga de espesores. En el siguiente gráfico anote los resultados de los pies del motor donde corrigió la soltura:

1

1.1 Configuración de la máquina Durante el procedimiento de alineación nos referiremos a la parte de la maquinaria que se va a ajustar como la “máquina móvil”. La otra parte la denominaremos como la “máquina estacionaria” (Figura N° 1).

Figura Nº 1. Máquina estacionaria y móvil.

1.2 Posiciones de medición Para definir las diversas posiciones de medición durante el procedimiento de alineación utilizamos la analogía de un reloj visto desde detrás de la máquina móvil. La posición con las unidades de medición en posición vertical se define como las 12 en punto mientras que los 90º a la izquierda o a la derecha se definen como las 9 y las 3 en punto (Figura N° 2.).

Figura Nº 2. La analogía de un reloj.

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2. Componentes de Alineador de ejes. 2.1 Unidad de visualización Conector para la unidad de medición de la máquina estacionaria.

Conector para la unidad de medición de la máquina móvil.

Botón ON/OFF Pantalla de cristal líquido. Botón Aumentar (+). Botón Siguiente. Botón Anterior. Botón Disminuir (-).

2.2 Accesorio mecánico con unidad de medición

Niveles de burbuja. Detector láser.

Rosca de apriete/afloje

Vástago de conexión.

Ajuste preciso vertical. Señal de advertencia de láser. Emisión de láser.

Tornillo de fijación de cadena Fijación mecánica.

Cadena de retención.

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3. Instrucciones de uso 3.1 Fijación de las unidades de medición a) Use los accesorios para fijar las unidades de medición a los ejes. Asegúrese de que la unidad marcada M está conectada a la máquina móvil y la unidad marcada S a la máquina estacionaria. Para diámetros mayores de 150 mm se requiere una cadena de prolongación (TMEA C2). (Figura N°3).

Figura Nº 3. Fijación del accesorio mecánico con cadena. ¡NOTA! Se recomienda colocar las unidades de medición a la misma distancia del centro del acoplamiento. b) Conecte las unidades de medición a la unidad de visualización. Asegúrese de que las marcas de los cables se corresponden con las marcas del puerto de la unidad de visualización (Figura N° 4).

Figura N° 4. Conexión de las unidades de medición 3.2 Encendido Encienda la unidad de visualización pulsando el botón ON/OFF (encendido/apagado). A continuación, se le pedirá que introduzca las dimensiones de la máquina.

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3.3 Apuntar con la línea láser a) Ponga las dos unidades de medición en la posición de las 12 en punto con ayuda de los niveles (Figura Nº 5).

Figura Nº 5. Posición de las 12 en punto. b) Apunte con las líneas láser de tal manera que incidan en el centro del objetivo de la unidad de medición opuesta (Figura N° 6).

Línea láser

Línea láser

Figura Nº 6. Incidir en el objetivo. c) Para un ajuste aproximado libere la unidad de medición desenganchando el mando del lateral de la unidad. Esto permite que la unidad de medición se desplace hacia arriba y hacia abajo del vástago, así como bascular libremente. Para el ajuste preciso de altura utilice las ruedas de ajuste de las unidades de medición. (Figura N°7). Posicionamiento vertical de la unidad de medición Ajuste preciso vertical del láser

Rotación horizontal de la unidad de medición

Figura Nº 7. Mecanismo de ajuste.

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d) Si la alineación horizontal es insuficiente, las líneas láser se podrían desplazar fuera de las áreas del detector. Si esto ocurre se debe llevar a cabo una alineación aproximada. Haga esto apuntando las líneas láser a los detectores de posición de las 9 en punto. Gire las unidades de medición a la posición de las 3 en punto cuando los rayos incidan fuera de las áreas del detector. Ajuste los rayos a la posición situada a medio camino entre el centro del detector y la posición real por medio del mecanismo de ajuste, como se indica en la Figura N° 8. El haz se desplaza fuera del área del detector.

Ajuste el haz a la mitad del recorrido.

Alinee la máquina hasta que el haz de luz incida en el centro del detector.

Figura Nº 8. Alineación aproximada 3.4 Dimensiones de la máquina (Figura N° 9). La configuración de la máquina está definida por tres dimensiones. A: Distancia entre las dos unidades de medición (medidas entre las dos marcas centrales del accesorio). B: Distancia entre la unidad de medición marcada M y las patas delanteras de la máquina móvil. C: Distancia entre las patas delanteras y las patas traseras de la máquina móvil.

Figura Nº 9. Dimensiones de la máquina.

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N°

Tarea Parcial Dimensiones de la máquina

2

Datos de Trabajo Anotar dimensiones de la máquina:

a) Mida las distancias A, B y C. b) Ajuste los valores utilizando los botones + y -. c) Confirme la grabación de cada valor pulsando el botón Siguiente.

¡Nota! Si necesita volver y cambiar cualquier valor ya introducido utilice el botón Anterior.

Secuencia de medición Ajuste las unidades de medición a la posición de las 9 en punto con la ayuda de los niveles de burbuja (Figura Nº 8). 3

Confirme la medición pulsando el botón Siguiente.

Figura Nº 8. Ajuste a la posición de las 9 en punto.

Siga la indicación del símbolo de círculo en la pantalla y gire las unidades de medición a la posición de las 3 en punto (Figura Nº 9). 4

Confirme la medición pulsando el botón Siguiente.

Figura Nº 9. Gire a la posición de las 3 en punto.

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3.5 Resultados de alineación Una vez confirmada la segunda medición en la posición de las 3 en punto, aparecerá indicada la desalineación de las dos máquinas en el plano de la medición, es decir, el plano en el que se encuentran las unidades de medición, horizontal en este caso (Figura N° 10).

Valores de acoplamiento El valor de acoplamiento de la parte superior de la pantalla muestra el ángulo entre las líneas centrales de los dos ejes en el plano de medición (medido en mm/100 mm). El valor situado debajo del anterior en la pantalla muestra la desalineación paralela de las dos líneas centrales en el plano de medición. Valores de las patas Los valores F1 y F2 de la pantalla indican las posiciones relativas de la máquina móvil en el plano de medición. El valor F1 indica la posición relativa de las patas delanteras de la máquina móvil. El valor F2 indica la posición relativa de las patas traseras de la máquina móvil.

Figura Nº 10. Desalineación medida

3.6 Alineación vertical Ajuste las unidades de medición a la posición de las 12 en punto (Figura N° 11) con la ayuda de los niveles de burbuja. Observe el ajuste directo de los valores de acoplamiento y de las patas.

Figura N° 11. Posición de las 12 en punto

N°

Tarea Parcial Alineación Vertical

5

Datos de Trabajo Anote los valores medidos del acoplamiento:

Valores de acoplamiento La desalineación de la máquina debe estar dentro de las tolerancias especificadas por el fabricante. En caso de no disponer de dichas tolerancias, se puede utilizar la tabla N° 1 como recomendación general. Si los valores medidos están dentro de las tolerancias, no se tiene que ajustar la máquina móvil.

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Tabla Nº 1 Máxima desalineación permitida

N°

Tarea Parcial

Datos de Trabajo

Valores de las patas Si los valores de acoplamiento medidos son mayores que las tolerancias permitidas necesitarán saber las correcciones recomendadas para las patas. Anote los valores de las patas:

6

3.7 Alineación horizontal Mueva las unidades de medición a la posición de las 3 en punto (Fig. N° 12).

Figura N° 12. Posición de las 3 en punto

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N°

Tarea Parcial Alineación Horizontal

Datos de Trabajo Anote los valores medidos del acoplamiento:

Valores de acoplamiento

7

La desalineación de la máquina debe estar dentro de las tolerancias especificadas por el fabricante. En caso de no disponer de dichas tolerancias, se puede utilizar la tabla N° 1 como recomendación general. Si los valores medidos están dentro de las tolerancias, no se tiene que ajustar la máquina móvil.

Tabla Nº 1 Máxima desalineación permitida

N°

Tarea Parcial Valores de las patas

Datos de Trabajo

Si los valores de acoplamiento medidos son mayores que las tolerancias permitidas necesitarán saber las correcciones recomendadas para las patas. Anote los valores de las patas:

8

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Comprobación de la alineación Para comprobar la alineación de la máquina, se recomienda realizar el procedimiento de medición una vez más. Para ello, vuelva con el botón Anterior hasta llegar al primer paso de medición (posición de las 9 en punto) y continúe con los pasos descritos. VERTICAL

HORIZONTAL

9 Al término de la tarea deje el mecanismo en su lugar y las herramientas completas.

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TAREA N° 4 ALINEAMIENTO DE EJES CON ALINEADOR GO BASIC DE FIXTULASER Información preliminar El desalineamiento, en gran medida, es la causa principal del funcionamiento incorrecto de la maquinaria, del tiempo muerto y del exceso de mantenimiento (no identificado a menudo como la causa raíz). Cuando se alinean mal los ejes, se generan fuerzas en el acoplamiento. Las fuerzas son transportadas por los rodamientos a toda la maquinaria manifestándose como vibración. A menudo, cambiar de tipo de rodamiento no es la respuesta correcta, este solamente enmascara el problema. Las fuerzas no desaparecen. Resultados de un alineamiento con precisión: ❖ Amplitudes reducidas de la vibración. ❖ Niveles de temperatura de funcionamiento más bajos ❖ Vida más larga del rodamiento ❖ Larga duración del lubricante ❖ Vida más larga del acoplamiento ❖ Menos tiempo muerto no programado 1.1 Configuración de la máquina Durante el procedimiento de alineación nos referiremos a la parte de la maquinaria que se va a ajustar como la “máquina móvil”. La otra parte la denominaremos como la “máquina estacionaria” (Figura N° 1).

Figura Nº 1. Máquina estacionaria y móvil. 1.2 Unidad de Medición

Sensor con marcación “S”

V-block

Cadena de fijación

Figura Nº 2. Unidad de medición.

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2. Instrucciones de uso 2.1 Fijación de las unidades de medición El sensor marcado con una “M” ha de colocarse en la máquina móvil y el sensor con una “S” en la máquina estacionaria. Los sensores se deben montar sobre su dispositivo V-block a cada lado del acoplamiento. (Figura N°3).

Figura Nº 3. Fijación del accesorio mecánico con cadena ¡NOTA! Se recomienda colocar las unidades de medición a la misma distancia del centro del acoplamiento. 2.2 Unidad de Visualización Conector para la unidad de Conector para la unidad USB medición de medición

Indicador LED Teclado alfanumérico Botones de Navegación Botón On/Off c) Conecte las unidades de medición a la unidad de visualización. Asegúrese de que las marcas de los cables se corresponden con las marcas del puerto de la unidad de visualización (Figura N° 4).

Figura N° 4. Conexión de las unidades de medición

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2.3 Encendido Pulse el botón rojo ON/OFF (encendido/apagado) para iniciar el sistema y aparecerá el Menú principal. Botón On/Off 2.4 Menú Principal Desde el menú principal podrá elegir el programa que desea utilizar.

Alineación de ejes en máquinas horizontales

Alineación de ejes en máquinas verticales

Off Indicador de pilas Ajustes globales Gestor de memoria N°

Tarea Parcial

Datos de Trabajo Inicio del Programa

Alineación horizontal Iniciar el programa eligiendo el icono de Alineación horizontal de ejes en el Menú principal y pulsar OK. Una vez iniciado el programa, aparecerá en primer lugar una tabla de tolerancias. Tabla de tolerancias Anotar el valor de: Las tolerancias de alineación dependen en gran parte de la Velocidad de la máquina: _____________ rpm velocidad de rotación de los ejes. Elegir tolerancias La flecha a la izquierda indica la tolerancia elegida. Elegir la tolerancia desplazándose hacia arriba/abajo y pulsar OK.

Elegir el icono OK y pulsar OK para proseguir con la alineación del eje.

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N°

Tarea Parcial

Datos de Trabajo

Introducir dimensiones Medir e introducir las dimensiones.

Apuntar con la línea laser Ponga las dos unidades de medición en la posición de las 12 en punto con ayuda de los inclinometros. Ajustar la altura del sensor deslizándolo sobre los montantes hasta obtener línea visual para ambos láseres.

Método de medición Gire los sensores a la posición 9:00 y presione el botón de medición.

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N°

Tarea Parcial

Datos de Trabajo

Gire los sensores a la posición de las 12:00, asegurándose de que se mueven fuera de la parte roja del círculo de la pantalla. Presiones de nuevo el botón de medición para tomar la segunda medición.

Gire los sensores de la parte roja del círculo hacia las 3:00. Presione de nuevo el botón de medición para tomar la lectura final.

Resultado de las mediciones Anotar el símbolo, valores de acoplamiento y de los pies: En la pantalla Resultado de las mediciones se muestran los valores de acoplamiento y de los pies tanto en posición vertical como horizontal

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Alineación Anotar el símbolo, valores de acoplamiento y de los pies: Sentido Vertical Girar los ejes a la posición de las 12 o 6 en punto para efectuar los ajustes en sentido vertical. Ajustar la máquina verticalmente hasta que los valores para las alineaciones angular y paralela estén dentro de las tolerancias.

Anotar el símbolo, valores de acoplamiento y de los pies: Sentido Horizontal Girar los ejes a la posición 3 o 9 en punto para efectuar ajustes en sentido horizontal. Ajustar la maquina horizontalmente hasta que los valores para las alineaciones angular y paralela estén dentro de las tolerancias.

Controlar y repetir medición Para comprobar la alineación de la máquina, se recomienda retroceder los ejes a la posición de las 12 o 6 del reloj y comprobar que la máquina se halla dentro de la tolerancia. Se habrá completado así la alineación de la máquina. Para confirmar el resultado, repetir la medición.

Al término de la tarea deje el mecanismo en su lugar y las herramientas completas.

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TAREA N° 5 ALINEAMIENTO DE POLEAS UTILIZANDO EL ALINEADOR LASER Nº

1

Tarea parcial

Equipos/Observaciones • • •

Nivele la máquina mediante los pernos de la base de la estructura

Nivel de precision Llaves de boca Llave allen

Máquina desenergizada _____

Desernegizar la máquina antes de iniciar la tarea

Precisión de la nivelación alcanzada ____________________mm/m

•

2

Identifique el perfil de la faja a la correspondería la polea. Desmonte las fajas, previamente disminuyendo la tensión

Precisión del Nivel ____mm/m

Según ISO, para que perfil de faja corresponde la polea: __________________

Plantilla de perfiles Bien Mal

¿Cuál es el perfil de la faja instalada? ________________

Revise posibles desgastes en los canales de la polea

Obtenga los datos de poleas

Calcule los diámetros efectivos a partir del diámetro exterior y con datos obtenidos de la tabla

ángulo del canal



• • • •

Llaves de boca Calibrador Tablas técnicas Plantillas de Fajas

Ancho superior: b1 ______ mm Profundidad: t _________mm Distancia: c ________ mm Diámetro efectivo dw2 de la polea mayor: ________mm

t

c Diámetro exterior (de)

Diámetro efectivo (dw)

¿Tiene desgaste las poleas? ______

Obtenga midiendo la polea, por tabla y por calculo:

Redondear las esquinas

b1 bw

3

Datos de Trabajo

Diámetro efectivo dw1 de la polea menor: ________mm Angulo de perfil de polea menor: α ____ °

f

e

Angulo de perfil de polea mayor: α _____ ° Diâmetro efectivo mín. (dw min) para faja angosta: _____mm Diámetro efectivo mín. (dw para faja normal: _____mm

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min)

139

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Nº

Tarea parcial Identifique el juego de fajas para la transmisión según ISO.

4

Calcule la longitud de la faja a partir de la distancia entre centros y con los datos conocidos.

Equipos/Observaciones •

Distancia entre centros e (medida)

Tablas técnicas

Para que mida la distancia entre centros, posicione el tensador en el punto medio de su rango.

Longitud calculada de la faja

Designación ISO de la Faja normal (perfil por longitud) _________________mm

L = 1.57 (dw1 + dw2) + 2e + (dw2 - dw1)2 4e

5

____________mm

________________mm

e

Utilice la siguiente fórmula práctica

Mida la condición de alineación que estaría mostrando la transmisión utilizando el equipo láser.

Datos de Trabajo

• Alineador SKF TMEB 2

Designación ISO para faja angosta de flancos abiertos dentada (perfil por longitud)

____________________ Tipo de error encontrado: _________________________ Los errores de alineación:

Láser Receptor

Deberá comparar el resultado con los tipos de errores que se muestran a continuación.

DESVIACIÓN INCLINACIÓN DESFACE

Determinación del tipo de error de alineación El rayo láser emitido desde la unidad laser aparecerá proyectado sobre la unidad receptora. La configuración del láser proyectado variara en función del tipo de error de alineación, según muestran las siguientes figuras.

Figura 1: Indicación de error de DESVIACIÓN (desalineamiento angular)

Figura 2: Indicación de error de INCLINACIÓN (desalineamiento angular)

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140

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Figura 3: Indicación de error de DESFACE (desalineamiento angular)

Figura 4: Indicación de error de INCLINACIÓN (desalineamiento angular)

Alineación Antes de alinear las poleas, es importante que estas se encuentren correctamente instaladas sobre sus ejes y que los ejes estén rectos. La oscilación de las poleas tiene un efecto negativo en la calidad de la alineación. Ajuste una (o ambas) poleas paso a paso hasta que el rayo láser conocida en las tres líneas de referencia de la unidad receptora

1

Figura 5: Poleas perfectamente alineadas. Se debe observar el centrado del láser en los puntos 1, 2 y 3.

2

3 Paso 1 Eliminación del error de desviación o error combinado Coloque láminas de compensación bajo los pies delanteros o traseros de la máquina móvil hasta que el rayo láser quede paralelo a las líneas de referencia.

Figura 6: Poleas con error COMBINADO (los tres errores)

Figura 7: Alineación de la desviación

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Paso 2 Eliminación del error de INCLINACIÓN (desalineación angular) Mueva la máquina hasta que el rayo láser quede en posición equidistante de las tres líneas de referencia: la línea de referencia superior y las dos líneas de referencia inferiores.

Figura 8: poleas con error de INCLINACIÓN (desalineamiento angular)

Figura 9: Alineación de la inclinación

Paso 3 Eliminación del error de alineación paralela Mueva una de las poleas sobre su eje hasta que el rayo láser coincida exactamente con las tres líneas de referencia.

Figura 10: Poleas con error INCLINACIÓN (desalineamiento angular) Nº

Tarea parcial Alinee las poleas asumiendo como polea fija la polea conducida

Figura 11: Alineación de la inclinación

Equipos/Observaciones • • •

Martillo de goma Regla rigida Herramientas

Realice el alineado utilizando la regla rígida

Datos de Trabajo Indique y dibuje el estado de alineación encontrada: _________________ Dibujo:

6

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Nº

Tarea parcial Verifique la alineación y afine si lo requiere, usando el equipo láser.

Equipos/Observaciones • Alineador TMEB 2 de SKF

Láser Receptor

El magnetismo tiende a jalar; evite impactar el equipo cuando fija en la polea.

7

Realice el tensado de la faja, calculando previamente la deflexión y conociendo la fuerza de deflexión.

Datos de Trabajo

• • • •

Dinamómetro Regla flexible Tablas técnicas Calibrador

Fuerza de prueba para cada faja

f _______N

Profundidad de la flecha del ramal

8 Ea ____________mm

Ponga en funcionamiento la transmisión. Colocando las guardas de protección

RPM del motor: • •

Tablero de mando Tacómetro

9

__________ RPM de salida calculado: ________________ RPM de salida medido: _________________

10

Al término de la tarea deje el mecanismo en su lugar y las herramientas completas

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Tabla de fajas en “V” Angostas ISO 4183/4184 y DIN 7753

Tabla de fajas en “V” Normales (clásicas) según ISO 4183 y DIN 2215

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Tabla de fajas en “V” de flancos abiertos dentados (Angostas según ISO 4183 y DIN 7753 parte 1, normales DIN 2215 y norma USA-standart RMA/MPTA)

Tabla de fajas en “V” USA-standard RMA/MPTA

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Poleas en “V” según DIN 2211, hoja 1, para fajas en “V” angostas y según norma DIN 2217 hoja 1, para fajas en “V” normales

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Poleas en “V” para fajas en “V” según USA-Standard RMA/MPTA

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Cálculos para el Pretensado de la transmisión para fajas en “V” (Fórmulas y tabla)

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TAREA Nº 06 INFORME TÉCNICO DE TAREAS PRÁCTICAS. El informe técnico sobre determinado trabajo debe contener los puntos esenciales que describan con claridad el procedimiento de cómo se ha efectuado una determinada tarea de mantenimiento. El informe correctamente realizado deberá describir con claridad; las características de la tarea, el proceso de ejecución, los datos técnicos utilizados, los medios y materiales empleados; así como las conclusiones y recomendaciones todo ello como resultado de la ejecución de la tarea. Deben emplearse obligatoriamente dibujos y esquemas para mostrar claramente los detalles necesarios.

1. Hoja de información general (Carátula) − Nombre del estudiante. − Nombre y número de la tarea. − Fecha de ejecución de la tarea. − Fecha de entrega del informe. − Instructor responsable. 2. Descripción de tarea En esta parte se registra la explicación escrita en forma clara, utilizando dibujos, esquemas y diagramas sobre la tarea realizada. 3. Materiales, equipos, instrumentos y herramientas utilizadas en la tarea ejecutada. Para la realización del trabajo, probablemente se han requerido materiales, instrumentos de medición, herramientas, así como de equipos y herramientas. Deberán anotarse las descripciones técnicas completas. Los materiales deben describirse indicando sus dimensiones comerciales y sus características técnicas. 4. Ejecución de las tareas El proceso de la tarea debe ser descrito en forma secuencial, utilizando lenguaje técnico y conciso, que permita comprender fácilmente los detalles del trabajo. Se deben incluir dibujos, gráficos y diagramas que permita explicar con claridad el proceso empleado en la ejecución de la tarea.

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En cada fase del proceso deben incluirse datos técnicos utilizados. 5. Conclusiones, dificultades, y recomendaciones de relevancia de la ejecución de la tarea En la parte final del informe se deben sintetizarse los aspectos técnicos de mayor relevancia; así como las dificultades notables encontradas durante la ejecución. Destacar lo aprendido mediante la tarea. Las soluciones recomendadas en el informe podrán servir como una orientación en el caso de trabajos similares a realizarse, tanto durante el curso como en la actividad profesional. 6. Observaciones, hora de inicio y término En el caso de presentarse observaciones específicas o interrupciones presentadas. 7. La evaluación del informe tiene los siguientes criterios: a. b. c. d.

Presentación y ortografía adecuada. (de 0 a 6 puntos) Descripción clara de la tarea realizada. (de 0 a 4 puntos) Equipo y valores técnicos utilizados. (de 0 a 4 puntos) Conclusiones, autocrítica y recomendaciones. (de 0 a 6 puntos)

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BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

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I.

INTRODUCCION AL BALANCEO

1.1.

FUENTES DE VIBRACIÓN.

Existen tres diferentes tipos de fuentes de frecuencias en máquinas: Frecuencias generadas: También llamadas frecuencias forzadas, son aquellas generadas por los esfuerzos rotatorios de una máquina cuando está en funcionamiento. Podemos citar como ejemplo el desbalance, frecuencias de engranes, paso de alabes, las generadas por los rodamientos, etc. Estas frecuencias son fácilmente identificadas debido al conocimiento de los componentes internos de la máquina y su velocidad de giro. Estas frecuencias estarán siempre presentes en las mediciones de la máquina, pero en niveles aceptables, sin indicar problemas de vibración. Frecuencias excitadas: También llamadas frecuencias naturales son una propiedad del sistema. Una amplificación de vibración llamada resonancia ocurre cuando una frecuencia generada se “sintoniza” con una frecuencia natural. Una frecuencia natural es normalmente una frecuencia simple, pero una vibración amplificada (resonancia) tiene “bandas laterales” alrededor de la frecuencia natural. En algunos casos una fuente de excitación puede ser removida, pero no una frecuencia natural por ejemplo la excitación de las frecuencias naturales de un rodamiento, debido a la falla del lubricante y que añadiendo lubricante o cambiando la viscosidad, podemos regresar a las condiciones originales. Una resonancia en las máquinas rotativas es semejante a los amplificadores en electrónica. En la mayoría de los casos hay excesivas amplitudes de vibración y la solución a estos casos requiere software avanzado y profesional experimentado. Frecuencias causadas por fenómenos eléctricos / electrónicos: En ciertas situaciones puedes estar presentes señales falsas o erróneas. Por ejemplo, cuando una señal senoidal es recortada (truncada) debido a una señal saturada durante la colección de datos. Este fenómeno causa una inserción de una onda cuadrada que no es del sistema, haciendo que su FFT tenga muchos armónicos elevando el nivel global de la medición e induciendo una interpretación errónea de la lectura. Otra fuente de problemas puede ser por un acelerómetro dañado, perjudicando también la colección de datos. Se debe conocer bastante de máquinas para entender lo que pasa con las mismas y no dejarse llevar por colección de datos erróneos.

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1.2. RELACIÓN ENTRE DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN. Velocidad es una medición de que tan rápido un objeto se mueve de cero a pico y normalmente es medido en milímetros por segundo (mm/s) en el sistema métrico. Las mediciones de velocidad son más precisas debido al hecho de que la velocidad no se relaciona con la frecuencia, por ejemplo, 4mm/s es igual a 10 Hz que a 2000Hz. Desplazamiento es la medida de que tanto se mueve un objeto de un pico a otro en una onda teniendo una referencia. Su unidad de medición es el “micrón” en el sistema métrico. El desplazamiento esta relacionado con la frecuencia, por ejemplo.: 3µ a 1200 RPM es equivalente a 5mm/s de velocidad. Mientras que 3µ a 3600 RPM es equivalente a 15mm/s de velocidad. La aceleración es una razón de la variación de la velocidad de cero a pico y es normalmente medida en unidades de fuerza gravitacional (g’s). Esto significa que altas frecuencias generan altos niveles de aceleración y está relacionado con la frecuencia por ejemplo 3 G’s a 20Hz es equivalente a 220 mm/s de velocidad, pero 3 G’s a 2000Hz es equivalente a 2 mm/s de velocidad.

Figura 1.1.

Podemos notar que señales de baja frecuencia genera altos niveles de desplazamiento y señales de alta frecuencia generan bajos niveles de desplazamiento o sea que los trasductores de desplazamiento son más eficientes para realzar los componentes de baja frecuencia. Los componentes de alta frecuencia son bien representados con el parámetro de aceleración, por ejemplo, la identificación de componentes de rodamientos entre 1000HZ y 10000Hz de frecuencia.

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Una velocidad de vibración es un parámetro menos influenciado por los ruidos de baja o de alta frecuencia, mostrando un espectro más plano, siendo por eso el parámetro normalmente escogido para la evaluación de la severidad de vibración y análisis entre 10Hz y 1000Hz. 1.3. ¿QUÉ ES EL DESBALANCE? Evacuaremos la pregunta del título partiendo de la definición para desbalanceo de maquinaria rotante que suministra ISO: “Es la condición que existe en un rotor cuando un movimiento o fuerzas vibratorias son impartidas a sus cojinetes como resultado de la existencia de fuerzas centrifugas”. En realidad, las fuerzas centrifugas de desbalanceo son el resultado de una distribución asimétrica de la masa del rotor con respecto a su eje de rotación. Existen diversas razones por las cuales un rotor industrial jamás posee una distribución de materia simétrica con respecto a su eje de rotación. La verdadera significación del desbalanceo es impuesta por la magnitud de los daños que las fuerzas por el generadas producen sobre la máquina y su estructura de soporte. Los resultados típicos del desbalanceo excesivo son las fallas prematuras de cojinetes y acoplamientos, rápido desgaste de ejes y daños estructurales. Las roturas de ejes, alabes de turbinas y otros componentes del rotor causados por desbalanceo suelen resultar en la destrucción completa de las máquinas. Las vibraciones generadas por fuerzas de desbalanceo pueden transmitirse a través de pisos, paredes, vigas y tuberías de una instalación edilicia afectando los equipos y personas ubicados en otros lugares del edificio. Estas vibraciones constituyen también una fuente de ruido excesivo que puede resultar molesto y posiblemente dañino para los oídos de las personas, además de perjudicar las comunicaciones de todo tipo. Por otra parte, en la mayoría de los procesos industriales de fabricación las vibraciones causadas por desbalanceo afectan negativamente la calidad del producto procesado por la máquina. Habiendo introducido el concepto de desbalanceo conviene definir en forma precisa en qué consiste el proceso denominado balanceo. Por lo común, el rotor gira sobre los cojinetes con un desbalanceo de magnitud y ubicación desconocidas, requiriéndose para la determinación de ambos parámetros un procedimiento experimental en el cual, por medio de simples pruebas, se le hace revelar al cuerpo la configuración de su desbalanceo. Así, el balanceo es el proceso de determinación de la magnitud y posición angular del desbalanceo en el rotor, ya sea en uno o más planos de referencia, de manera tal que pueda quitarse peso en la ubicación del punto pesado o agregarse una cantidad de peso igual exactamente opuesta al punto liviano. De acuerdo a la definición anterior, los objetivos fundamentales de un proceso de balanceo son:

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– –

Determinar hasta qué punto se ha logrado el objetivo de mantener los cojinetes libres de fuerzas centrifugas durante la construcción de una máquina. Determinar dónde y cómo debe llevarse a cabo una compensación de masas del rotor para mejorar su funcionamiento.

Las principales ventajas que se pueden obtener mejorando la calidad del balanceo de un elemento rotante en términos de sus consecuencias sobre la maquinaria son: – – – – –

Disminución de la probabilidad de fallas por fatiga. Reducción del desgaste interno de sellos y cojinetes. Disminución de la transmisión de vibraciones a fundaciones y, por lo tanto, del ruido propagado al medio circundante. Reducción de los requerimientos de robustez estructural, con el consiguiente ahorro de material. Crecimiento de la vida útil.

Figura 1.2. Aparariencia espectral del desbalance.

1.4. CAUSAS DEL DESBALANCE. Existen muchas razones por las cuales se puede presentar desbalance de un rotor, esto es, razones por las cuales la masa de un rotor puede no estar uniformemente distribuida alrededor de su eje axial. A continuación, se describen las causas más comunes del desbalance. a. Asimetría del Diseño: Algunos elementos rotativos de máquinas deben ser diseñados de forma no circular y/o no concéntrica con el eje de rotación, como en el caso de los árboles de levas y cigüeñales de máquinas reciprocantes.

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b. Tolerancias de Fabricación y Ensamblaje: Muchos elementos de máquinas son diseñados perfectamente simétricos y concéntricos con el eje de rotación, pero, debido a las tolerancias de maquinado y de montaje, se puede perder ligeramente la simetría y concentricidad causando desbalance; por ejemplo: cubos de acoplamiento, engranajes, poleas, impulsores de bombas y compresores centrífugos, ruedas de álabes de turbinas y compresores axiales. Figura 1.3.

c. No-Homogeneidad del Material: En la realidad los materiales son NoHomogéneos, esto es, que no presentan una densidad uniforme en todo su volumen, por lo que algunas partes serán más pesadas que otras. Por otro lado, los rotores o partes fundidas, como impulsores, poleas, engranajes, etc. pueden tener internamente pequeñas cavidades de aire o trampas de arena que resultan del proceso de fundición. Figura 1.4.

d. Distorsión en Servicio: Existen varias causas por las cuales un rotor puede distorsionarse a las condiciones de servicio y cambiar su desbalance original. Las dos causas principales son: liberación de esfuerzos y distorsión térmica. La liberación de esfuerzos es algunas veces un problema en rotores fabricados con partes soldadas, como en el caso de muchos ventiladores. Realmente, cualquier parte que haya sido conformada por prensado, estirado, doblado, troquelado, etc. tendrá altos esfuerzos internos que no son liberados durante la fabricación. El rotor o sus partes pueden comenzar este proceso en algún periodo de tiempo, y como resultado el rotor se puede distorsionar ligeramente para tomar una nueva forma. Es normal que los metales se expandan cuando se calientan; sin embargo, debido a imperfecciones menores y calentamiento desuniforme, muchos rotores se dilatan de manera no uniforme causando distorsión.

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La distorsión térmica es completamente común en máquinas que operan a altas temperaturas incluyendo motores eléctricos, ventiladores de calderas, expansores, sopladores, compresores y turbinas. Esta distorsión puede requerir que el rotor sea balanceado a su temperatura normal de operación, aun cuando haya sido balanceado a temperatura ambiente. Figura 1.5.

e. Corrosión y desgaste. Muchos rotores, particularmente ventiladores, sopladores e impulsores de bombas y compresores, también como rotores de máquinas de proceso y manejo de materiales, son susceptibles a la corrosión, abrasión y desgaste. La corrosión y el desgaste normalmente no son uniformes en el rotor, por lo que resulta en desbalance. Figura 1.6.

f.

Acumulación de depósitos Los rotores usados en manejo de materiales se pueden desbalancear debido a la acumulación desuniforme del material manejado. El desbalanceo aumentará gradualmente y se puede convertir rápidamente en un problema sería cuando el material sedimentado comienza a desprenderse

Figura 1.7.

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1.5. CANTIDAD DE DESBALANCE En la práctica, rotores reales no pueden ser nunca perfectamente balanceados debido a errores en las mediciones y porque las masas que rotan no son rígidas, pero altos niveles de vibración sincrónica se pueden casi reducir significativamente mediante el balanceo. Por razones técnicos prácticos, resulta de interés la cuantificación del desbalanceo. Consideremos para ello el caso simple constituido por un disco delgado de masa M1 homogéneo, de radio R, simétrico respecto de su eje de rotación pasante por el punto O, como se muestra en la figura 1. Supongamos que se agrega una masa m (gramos) pequeña comparada con el disco, y separada por una distancia r (mm) del centro O. En estas condiciones del disco se encuentra desbalanceado. La fuerza centrífuga generada por la masa m cuando el disco gira con velocidad angular 𝜔 (rad/seg), estará dada por el vector:

Figura 1.8. Disco rotante desbalanceado

Dado que su magnitud es función de la velocidad instantánea, esta fuerza no constituye un parámetro adecuado para caracterizar el estado de equilibrio dinámico de un cuerpo. Por tal motivo, se define como cantidad de desbalanceo, o simplemente desbalanceo a la magnitud vectorial:

𝐔 = 𝐦 × 𝐫(𝐠𝐫 × 𝐦𝐦) Cuyo módulo U

= m r es independiente del tiempo.

En la práctica, suele emplearse como parámetro de cuantificación de la cantidad de desbalanceo, una cantidad que es función de la masa del rotor M en lugar de m. En efecto, si se igualan la fuerza centrífuga con la que se generaría suponiendo que el disco balanceado girara con una excentricidad del centro de masa respecto del centro de rotación (Figura 2) se obtiene:

𝒎 × 𝝎𝟐 = 𝑴 × 𝝎𝟐 𝛆 De donde:

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𝛆=

𝒎×𝒓 𝑼 = (𝒎𝒎) 𝑴 𝐌

Se observa que representa el desbalanceo especifico (por unidad de masa) del rotor y constituye un parámetro particularmente útil para propósitos de referencia y comparación, ya que en la práctica los efectos del desbalanceo dependen de la masa M del motor.

Figura N° 1.9. Disco descentrado

1.6. TIPOS DE BALANCEO. Teniendo en cuenta las características del rotor a balancear, pueden distinguirse principalmente tres tipos de balanceo: Balanceo estático. Balanceo estático es llamado al proceso de hacer coincidir el centro de gravedad (CG”) con el eje de rotación “balanceo en un plano”. Ahora, cuando un rotor ya está balanceado estáticamente, el eje principal de inercia y el eje de rotación pueden no coincidir, esto significa que el procedimiento de balanceo estático solamente confirma que existirá un punto en común entre el eje principal de inercia y el eje de rotación, el cual, es el centro de gravedad (CG). Entonces, para lograr la coincidencia entre ejes se debe aplicar un par en el plano longitudinal del rotor. Esto se logra usualmente añadiendo o removiendo dos masas de igual magnitud de cada extremo del rotor. Se prefiere escoger los extremos del rotor debido a que, entre mayor distancia entre las masas, menor será la magnitud de las masas. Balanceo dinámico. Balanceo dinámico se le llama al proceso de hacer coincidir al eje principal de inercia del rotor con el eje de rotación o “balanceo en dos planos”. La figura N° 1.8. muestra dos rotores que giran libremente en el espacio. Ambos giran a una velocidad cercana a la resonancia. Aquí es importante notar como el movimiento del rotor corresponde claramente con la descripción de los procesos de balanceo estático y dinámico.

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Figura N° 1.10.

Balanceo de rotores flexibles. Cuando un rotor ha sido balanceado y da la apariencia de que el método fallo, porque los niveles de vibración sincrónica aceptable no fueron aceptados, usualmente, se debe a que la flexibilidad del rotor no ha sido tomada en cuenta. Si el rango de velocidad de operación se acerca o excede alguna de las velocidades críticas con modos de vibración que presentan un grado considerable de flexión. En la figura N° 1.9. se muestra cómo cambia el efecto de los contrapesos según la velocidad. La masa negra en el centro del rotor representa el desbalance inicial del rotor. En el inciso b de la figura se muestra como ese desbalance inicial actúa como una fuerza centrífuga. En el inciso c, se puede ver que el modo de vibración se acerca a su segunda velocidad crítica con lo que se produce un desbalance dinámico con reacciones en los rodamientos. En este momento se puede observar que es posible balancear el rotor de la figura N° 1.9 para el caso del inciso b o el c mediante la adición de contrapesos, pero, no para ambos casos. Por lo tanto, la regla para balancear rotores flexibles debe decir: “Si solo dos planos de corrección son usados, un rotor flexible puede ser balanceado para solo una velocidad de rotación”.

Figura N° 1.11. Distribuciones de masa en un rotor flexible

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Como se verá en los siguientes apartados, el tipo de balanceo a efectuarse sobre un rotor depende de la clase de desbalanceo que posea y de sus características físicas. El proceso puede realizarse sobre la maquina (en condiciones operativas) o con el rotor fuera de la máquina. En el primer caso el balanceo se denomina “en el lugar” o “en sitio” y ofrece, cuando es posible realizarlo, las siguientes ventajas comparativas. − Elimina la tarea costosa y de gran consumo de tiempo de desmantelar la máquina para extraer el rotor, permitiendo el retorno a las condiciones operativas en un tiempo mínimo. − Se realiza sobre el rotor completamente armado y compensa el desbalanceo introducido por el agregado de poleas, acoplamientos, engranajes y otros componentes. − Se realiza a la velocidad de operación y compensa deformaciones menores de la deflexión del eje. − Se realiza en su ambiente natural, compensando los efectos de temperatura, presión y fuerzas aerodinámicas e hidráulicas. 1.7. CLASIFICACIÓN DE LOS DESBALANCES. Según sea la separación relativa entre el eje principal de inercia y el eje de rotación del cuerpo, los desbalanceos pueden agruparse en cuatro categorías. Dependiendo de cuál de estos cuatro tipos de balanceo posea, puede ser necesario efectuar el balanceo del rotor en un único plano de corrección, en dos o en más. Desbalance estático. En el desbalance estático el eje principal de inercia se encuentra desplazado en forma paralela del eje de rotación, como se observa en la figura 5 en la cual, con el fin de una mejor visualización del problema, se ha supuesto un rotor perfectamente balanceado con un desbalanceo aportado exclusivamente por un peso agregado. Dado que la única fuerza actuante en este caso es la gravedad, este tipo de desbalanceo puede ser detectado colocando el rotor sobre un par de guías o cuchillas paralelas. El lado pesado del mismo buscara permanecer hacia abajo. Para proceder a su equilibrado puede agregarse (o extraerse, según convenga) un peso de corrección, con lo que el rotor estará estáticamente balanceado cuando deje de girar sobre las guías cualquiera sea la posición en que se le coloque sobre las mismas.

Figura N° 1.12.

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Este desbalanceo se corrige equilibrando sobre un único plano de corrección transversal al eje de rotación), siendo importante que este pase por el centro de gravedad G del rotor ya que, en caso contrario, el punto pesado original y el peso de corrección colocada en distintos planos producirá una cupla originada por sus fuerzas de inercia al rotar dando lugar a otro tipo de desbalanceo y, sin embargo, el rotor se encuentra estáticamente balanceado. Esta clase de desequilibrio se encuentra comúnmente en rotores de muy pequeño espesor o “tipo disco”. Desbalanceo de Par o de Cupla. El desbalanceo de cupla se produce cuando el eje principal de inercia intercepta al eje de rotación en el centro de gravedad. Como se ha ilustrado en la Figura 6 este tipo de desbalanceo puede idealizarse como generado por un punto pesado en cada extremo del rotor situado en lados opuestos con respecto al eje axial. Contrariamente al caso anterior, el desbalanceo de cupla no puede detectarse colocando el rotor sobre guías, ya que solo se manifiesta con la rotación y debe ser eliminado efectuando correcciones en dos planos.

Figura N° 1.13.

Desbalanceo Cuasi-Estático. El desbalance Cuasi-estático es aquel que resulta cuando el eje principal de inercia intersecta al eje de giro en un punto distinto al CG. Este tipo de desbalance puede ser producido por una o varias masas colocadas en un plano común con el eje de rotación, de tal forma que su resultado no actué a través del CG. El desbalance cuasi-estático es aquel que resulta de una combinación de desbalance estático y desbalance por un par de fuerzas; en donde la posición angular de uno de los componentes del par coincide con la posición angular del desbalance estático. El desbalance cuasi-estático puede ser corregido mediante la adición de dos masas de balanceo. Inicialmente se instala una masa de tal forma que se oponga a una de los componentes del par, la cual resulta en una condición de desbalance estático, y esta puede ser corregida mediante una simple masa adicional.

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Masas de Desbalance

CG Eje de Rotación

Eje de Inercia

Figura Nº 1.14. Existe desbalance Cuasi-estático cuando el eje de inercia intersecta al eje de rotación en un punto distinto al centro de gravedad (C.G.).

Desbalance Dinámico. Es aquel en el cual el eje principal de inercia y el eje de rotación son alabeados (no poseen ningún punto de contacto). La Figura N° 1.13. ilustra esquemáticamente este caso, el cual constituye el tipo de desequilibrio más común en la práctica. Como puede observarse, el desbalanceo estático no se encuentra en el mismo plano que la cupla, dando como resultado un desplazamiento en forma no paralela del eje principal de inercia con respecto al eje de giro. Para rotores suficientemente rígidos este tipo de desbalanceo solo puede ser eliminado efectuando correcciones en dos planos. En el caso de rotores que cambian su forma con la velocidad de giro, denominados flexibles, es necesario corregir en varios planos según sea la forma modal correspondiente a la velocidad de trabajo.

Figura N° 1.15.

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II. NOCIONES DE FÍSICA BÁSICA 2.1. Vectores y cálculo vectorial. Es de suma importancia el conocimiento básico de vectores, ya que en el tema de Balanceo se trabaja directamente con ellos. Vector. Es un segmento de línea, a través del cual podemos representar cualquier parámetro, como: Fuerza, peso, voltaje, corriente, etc. El vector es una representación gráfica del parámetro a estudiar y se puede expresar en coordenadas cartesianas o polares. Un vector contiene: – Coordenadas cartesianas: ✓ Módulo o intensidad ✓ Dirección (indicada a través de una línea recta) ✓ Sentido (para donde indica una la línea) – Coordenadas polares: ✓ Módulo o intensidad ✓ Fase (ángulo formado con la referencia) Y

Ejemplo: El vector F representa cualquier variable y posición Módulo o intensidad F Fase: α Dirección: OP 0

X

Figura N° 2.1.

2.2. Cálculo Vectorial. Podemos realizar las operaciones de suma, resta, multiplicación o división con vectores, representándolas gráficamente de la misma forma, de acuerdo a su conveniencia, y el resultado es llamado el Vector resultante.

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Consideremos el siguiente ejemplo: Dos personas empujando un carro, como se muestra a continuación: F1 Ref.

Figura N° 2.2.

F2

Suponiendo que el individuo (F1) esté aplicando una fuerza de 5 kgf, mientras el individuo (F2) aplique una fuerza de 7 kgf, y que el ángulo entre las dos fuerzas sea de 60°. Al representar gráficamente las fuerzas, y obteniendo el vector resultante, tenemos lo siguiente:

Figura N° 2.3.

Tenga en cuenta que los vectores que representan las fuerzas F1 y F2 están saliendo del mismo punto (referencia) con el ángulo descrito. A partir de ahí tuvimos la regla de paralelogramo - montar un polígono con lados paralelos, en el extremo opuesto al punto de referencia P, por lo que el vector resultante P. (conexión OP): Lo que se acaba de hacer es "sumar dos vectores”. Conclusión: En realidad, el carro es empujado por una fuerza de 9,5 Kgf P. resultante. Cuando tenemos más de dos vectores en el mismo sistema o proceso, y hacemos la suma del primero y del segundo, el resultado obtenido es sumado como un tercero, el resultado obtenido es sumado con el cuarto y así sucesivamente hasta el último vector. Para la resta de vectores simplemente se deben unir los extremos, como el ejemplo siguiente:

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Figura N° 2.4.

Fr = F2 - F1

2.3. La descomposición de los vectores. Se puede descomponer un vector F en otros dos vectores:

F x Cos α F x Sen α Figura N° 2.5.

F1 X

El hecho de poder reemplazar un vector por otros dos vectores es de suma importancia en el balanceo, ya que nos da la posibilidad de "dividir" o "agregar" pesos en lugares donde no sería posible su ubicación (por ejemplo, las palas del rotor abierto) 2.4. Números Complejos. Descomposición Vectorial Coordenadas Polares V = a + bj Coordenadas Cartesianas a = V cos α b = V sen α P/ a > 0

α = tg-1 (b/a)

P/a < 0

α = tg-1 (b/a) + 180°

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-90° < α < +90º +90° < α < +270°

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Suma: (a + bj) + (c + dj) = (a + c) + (b + d) j Resta: (a + bj) - (c + dj) = (a - c) + (b - d) j Multiplicación: (a + bj) * (c + dj) = (ac - bd) + (bc + ad) j División: (a + bj) / (c + dj) = [(ac + bd) / (c2 + d2)] + [(bc - ad) / (c2 + d2)]j Peso. Se define como la fuerza de la atracción ejercida por el centro de la Tierra en todos los cuerpos. La ecuación que define esta fuerza es: P=m*g Donde: m - masa del cuerpo; g - aceleración de la gravedad, el valor constante de 9,8 m/s2 (~ 10 m/s2). Por ejemplo, un cuerpo con masa de 500 gramos tiene un peso: P=mg P = 500 * 10 = 5000 P = 5 kgf

Fuerza. Es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. El peso también puede expresar una resistencia, así como producir una fuerza. Ejemplo: Cuando aplico una fuerza a un cuerpo, si la fuerza aplicada es menor o igual al peso del cuerpo, entonces no hay desplazamiento.

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𝐹 Figura N° 2.6.

Fuerza centrífuga. Todo cuerpo en rotación produce una fuerza llamada "fuerza centrífuga", la fuerza que tiende a "empujar" el cuerpo hacia fuera de un cierto punto.

Figura N° 2.7.

Si tomamos por ejemplo un disco que gira a una velocidad "w" (velocidad angular) y añadimos una masa “m” a una distancia “r” del centro, se produce una fuerza centrífuga que se coloca en el punto donde la masa "m” de valor Fc, que puede calcularse por la siguiente ecuación:

Fc = m r ω2 Fc = 1.1 * 10-9 * m * r * n2 Donde: Fc = en Kg fuerza – Kgf m = g en – gr r = en milímetros – mm n = en revoluciones por minuto – RPM Cabe destacar que el Fc es directamente proporcional a la masa, a la distancia y al cuadrado de la rotación, es decir, Fc crece cuadráticamente con RPM. Ejemplo: En un automóvil equipado con llantas de 13 "(165.1 mm de radio), hay un desbalanceo de la masa de 100 gr. Si el automóvil está a una velocidad de 120 km / h, la rueda está girando a 1930 RPM, ¿Cuál es la fuerza centrífuga que actúa en la rueda? Fc = 4100 * 0.1 * 0.1651 Fc = 68 Kgf

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El centro de gravedad. Es el punto donde se concentra toda la masa del cuerpo. Por lo tanto, un cuerpo donde el peso es menos homogéneo, el centro de gravedad coincide con el centro geométrico.

Figura N° 2.8.

Si hay puntos de concentración de masas de alta, la GC ya no coincidirá con el centro geométrico.

Figura N° 2.9.

Este hecho conduce a la aparición de las grandes fuerzas centrífugas en ciertos puntos, que es básicamente el concepto de "desbalanceo ". Nota: En la práctica, las posibilidades de encontrar un cuerpo con una distribución homogénea de la masa son prácticamente cero.

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III. TÉCNICAS DE BALANCEO. 3.1.

INTRODUCCIÓN.

El desbalance de un rotor no se puede determinar y corregir directamente. Esto significa que, en la práctica no es posible determinar la cantidad y ubicación del desbalance de un rotor para corregirlo en su origen. Pero si es posible determinar su efecto y calcular la cantidad y ubicación de las masas necesarias a agregar o quitar para reducir o controlar dicho efecto a niveles aceptables o tolerables. El proceso de balanceo de un rotor se puede dividir en dos etapas: 1. La medición de los efectos del desbalance 2. El cálculo de la cantidad y ubicación de las masas de corrección requeridas en cada plano de balanceo. El efecto del desbalance es medido en términos de la magnitud y el ángulo de fase de la fuerza transmitida a los cojinetes, del movimiento vibratorio del eje con respecto a los cojinetes, del movimiento vibratorio de los soportes o de la vibración transmitida a la estructura soporte del rotor. Hoy en día se dispone de una amplia gama de instrumentos que permite hacer e interpretar estas mediciones con relativa facilidad. El problema que enfrenta el ingeniero es como determinar la cantidad y ubicación de las masas de corrección. Existe una variedad de técnicas o métodos de balanceo de rotores, pero el problema está en cual usar. Por lo que surgen las siguientes interrogantes: ¿Balancear en Uno o Dos Planos? ¿Balancear en Taller o en Sitio? ¿Balancear en Dos o en Múltiples Planos? En esta sección se dará una guía práctica para responder a estas preguntas y se presentarán las diferentes técnicas existentes de balanceo en cada caso. A. BALANCEO (ESTÁTICO) EN UN-PLANO. Se debe recordar que el desbalance estático tiene dos efectos, uno realmente estático y otro dinámico, y que la terminología de desbalance estático se basa en que puede ser corregido estáticamente, sin poner el eje en rotación. Existen métodos de balanceo en Un-Plano que requieren poner el eje en rotación para localizar y corregir la excentricidad del centro de masa; sin embargo, ellos solo permiten hacer un balanceo estático, ya que no permiten localizar y corregir la desviación angular del eje principal de inercia.

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Entonces, el desbalance estático se puede corregir estática o dinámicamente, midiendo y reduciendo el efecto estático o el efecto dinámico, respectivamente. En ambos casos, se debe determinar primero la posición angular del lado pesado y luego la cantidad de masa se ajusta para reducir el efecto a niveles aceptables.

Figura N° 3.1. Rotor con dos apoyos y un plano para balancear

El principio del balanceo estatico es que el centro de masa del rotor siempre buscará la posición de más bajo nivel, cuando el rotor se monta de tal manera que pueda girar libremente. Así, se puede ubicar la posición del peso de corrección, pero la cantidad de peso se debe estimar por ensayo y error. Dinámicamente, el desbalance estático se puede corregir montando el rotor en una máquina balanceadora (en taller) o dejando el rotor en su propia instalación (en sitio). En ambos casos el rotor se pone a girar a una velocidad dada y se mide el efecto dinámico que produce. A diferencia del balanceo estático, dinámicamente se mide la amplitud y ángulo de fase de la respuesta, con lo cual se puede calcular tanto la posición angular como la cantidad de peso de corrección requerido. B. BALANCEO EN UN-PLANO VS. DOS-PLANOS. Aunque no es esencial saber si un rotor presenta desbalance estático o dinámico para resolver el problema, es obvio que todos los problemas de desbalance no se pueden resolver colocando masas de corrección en un solo plano de balanceo. Una guía práctica para determinar cuando balancear en uno o dos planos, es la relación longitud a diámetro (L/D) del rotor, esta relación se calcula usando las dimensiones del rotor solamente, sin el eje donde va montado.

Figura N° 3.2. Rotor con dos apoyos y dos planos para balancear.

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C. BALANCEO EN TALLER. El término “Balanceo en Taller” se debe a que el rotor debe ser desmontado de la máquina y transportado hasta el taller donde se encuentra la máquina balanceadora. Una máquina balanceadora es una máquina especialmente diseñada para cumplir tres funciones fundamentales: − Soportar el rotor a ser balanceado, con facilidad de montaje y desmontaje − Hacer girar el rotor a una velocidad de balanceo preestablecida, y − Medir el efecto dinámico del desbalance y calcular los pesos de corrección necesarios en cada plano de balanceo. Las máquinas balanceadoras, sean de soportes rígidos o flexibles, miden la amplitud y el ángulo de fase de las fuerzas aplicadas a los cojinetes o del movimiento de los soportes, respectivamente. Luego, sobre la base de que el rotor se comporta de manera completamente rígida, calculan la cantidad y posición angular de las masas a agregar o quitar en cada plano de balanceo. Dado que son suficientes dos planos para balancear un rotor rígido, solo existen máquinas balanceadoras para uno y dos planos de balanceo. En la Sección 5 se cubrirán con más detalles los diferentes tipos de máquinas balanceadoras y sus principios de operación.

Figura N° 3.2. Máquina Balanceadora

D. BALANCEO EN TALLER VS. EN SITIO. En general, los rotores se clasificar como rígidos o como flexibles, dependiendo de sus propiedades dinámicas y la de los cojinetes y soportes de la máquina donde ellos operan. De aquí que, será suficiente balancear un rotor en taller o es necesario balancearlo en sitio, respectivamente.

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Si un rotor opera a velocidades moderadamente bajas, un balanceo en taller será adecuado para todo el rango de operación. Si el rotor opera a velocidades moderadamente altas, pero permanece rígido, un balanceo en taller puede ser suficiente o requerirá un segundo balanceo en sitio a la velocidad de operación. Y si la velocidad de operación se aproxima o excede una velocidad crítica, a la cual el rotor sufre una deflexión sustancial, entonces se requiere un método apropiado de balanceo en sitio. De los comentarios anteriores, es evidente que el tipo de balanceo requerido en un caso dado dependerá de las propiedades dinámicas del sistema rotor cojinetes involucrado, y en particular de la velocidad de operación con respecto a sus velocidades críticas. En la práctica se considera que, si el rango de velocidades a la cual opera un rotor está por debajo del 75% de su primera velocidad crítica, el rotor no sufrirá un grado de deflexión significante en operación, como resultado del efecto dinámico, independientemente de la cantidad y disposición del desbalance que contenga. Mientras que, si un rotor opera a velocidades por encima del 75% de su primera velocidad crítica, realmente sufrirá una deflexión significativa debido al efecto dinámico del desbalance. En consecuencia, se puede establecer como regla general que: “Los rotores que operan a velocidades por debajo del 75% de su primera velocidad crítica son considerados rígidos y el balanceo en taller es adecuado. Mientras que los rotores que operan por encima del 75% de su primera velocidad crítica son considerados flexibles y requieren ser balanceados en sitio a sus condiciones de operación.” Por otra parte, existe una prueba de elasticidad del rotor que permite determinar si un rotor se puede considerar como rígido para propósito de balanceo o si debe ser tratado como flexible. La prueba se debe realizar a la velocidad de operación y el rotor debe ser previamente balanceado. Primero, se coloca un peso en cada plano de balanceo en la misma posición angular y en una primera corrida se mide la vibración en ambos cojinetes (P1 y P2), los planos de balanceo deben estar en los extremos del rotor cerca de los cojinetes. Luego, se detiene el rotor y los pesos se mueven hacia el centro del rotor o a una posición donde se espere que tengan el máximo efecto. Se arranca otra vez el rotor a la misma velocidad y se mide de nuevo la vibración en los cojinetes (S1 y S2). La experiencia ha demostrado que, si la diferencia de lecturas sobre la primera medición en un cojinete, (P1-S1) /P1 o (P2-S2) /P2, no excede de 0.2 el rotor se puede considerar rígido, pero si la relación es mayor que 0.2 el rotor debe ser considerado flexible. En muchos casos es posible balancear un rotor montado en su propia máquina y operando a sus condiciones normales. Esto elimina el tiempo de parada y el riesgo de daño del rotor durante el desmontaje, transportación hacia y desde el taller de balanceo, y reinstalación del rotor en la máquina.

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Aunque el balanceo en sitio es recomendado donde quiera que sea posible, en algunas máquinas tales como motores, bombas y compresores totalmente cerrados, no es fácil balancear en sitio debido al tiempo empleado en desarmar y rearmar la máquina para colocar pesos de prueba en cada corrida. En estos casos es más conveniente desmontar el rotor y llevarlo a balancear a una máquina balanceadora. También hay casos en los cuales el rotor a balancear ha sido desmontado de su máquina y llevado a un taller por otras razones. Muchos fabricantes de máquinas incluyen el balanceo en una máquina balanceadora como una etapa normal en la producción, para asegurar un comportamiento regular del rotor libre de problemas, para satisfacción del cliente. Finalmente, muchos rotores de turbo-máquinas de alta velocidad deben ser balanceados en una máquina balanceadora después de fabricados o reparados, y balanceados de nuevo en sitio después de instalados en la turbo-máquina. En este caso el rotor es compuesto por el ensamblaje de varias partes de un eje. El eje y cada parte deben ser primero balanceados individualmente en una máquina balanceadora, luego se va balanceando el rotor cada vez que se monta una parte y finalmente se balancea el rotor completo. Una razón para balancear de nuevo en sitio, es que algunas veces el rotor debe ser desensamblado para instalarlo la turbomáquina y el reensamblaje nunca es el mismo. La otra razón es que la rigidez y el amortiguamiento de la turbomáquina son diferentes a los de la máquina balanceadora, debido a la influencia de los cojinetes, sellos y fuerzas aerodinámicas. E. BALANCEO EN SITIO. El balanceo de rotores flexibles en sitio es un fino arte que requiere de experiencia. Hoy en día existen varios métodos o técnicas de balanceo de rotores flexibles en uno, dos y múltiples planos, que usan una instrumentación muy modesta. Los métodos de balanceo en sitio suponen que el sistema es lineal, esto es, que existe una relación lineal entre las fuerzas originadas por el desbalance y la vibración sincrónica de los soportes de los cojinetes o la vibración sincrónica de los muñones del rotor con respecto a los cojinetes. Figura N° 3.3.

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Esta linealidad implica, fundamentalmente, que la amplitud de vibración sincrónica es proporcional a la magnitud del desbalance y que un cambio en la posición angular del desbalance produce un cambio igual en el ángulo de fase de la vibración. Para el balanceo de rotores en sitio en Un-Plano existen fundamentalmente tres métodos: − − −

Método Vectorial Método Orbital Método de las Cuatro Corridas

Para el balanceo en Dos-Planos también existen tres métodos, pero estos si difieren en la técnica usada para el cálculo de los pesos de corrección. Estos tres métodos son: − − −

Método Vectorial en Planos Individuales Método de Coeficientes de Influencia Método de Fuerza Par

Ahora, para el balanceo en Múltiples-Planos existen básicamente dos métodos, los cuales pueden ser combinados para lograr una mayor efectividad, estos son: − −

Método de Coeficientes de Influencia, el cual es una extensión del método de balanceo en dos planos Método Modal

Estos métodos usan técnicas avanzadas que no solo requieren de una buena experiencia, sino que también requieren de un buen conocimiento de la dinámica de máquinas rotativas, por lo que quedan fuera del objetivo y alcances de este curso. Por otra parte, la mayoría de los problemas, comúnmente encontrados, se pueden corregir justamente en uno o dos planos de balanceo. Sin embargo, puede ser de gran utilidad poder reconocer cuando un rotor requiere ser balanceado en más de dos planos, principalmente cuando se presentan dificultades para el balanceo en dos planos. F. BALANCEO EN DOS-PLANOS VS. MÚLTIPLES PLANOS. Un rotor flexible solo se puede balancear en dos planos para una velocidad. Pero que existen casos en los cuales es necesario balancear un rotor flexible para un rango de velocidades que incluye, por lo menos, una velocidad crítica, por lo que requiere ser balanceado en más de dos planos. Por otra parte, la significante deflexión del rotor sobre los requerimientos funcionales de la máquina, también pueden exigir un balanceo en múltiples planos a una velocidad de operación.

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En este sentido, los rotores flexibles se pueden clasificar en una de las tres categorías siguientes: −

Si un rotor opera a una velocidad solamente y una ligera deflexión no acelera el desgaste ni perturba la productividad de la máquina, entonces un balanceo en DosPlanos es todo lo requerido.

−

Si un rotor flexible opera a una velocidad solamente, pero es necesario minimizar su deflexión, entonces un balanceo en múltiples planos puede ser requerido.

−

Si es esencial que un rotor opere suavemente en un amplio rango de velocidades, donde el rotor es rígido a bajas velocidades, pero se hace flexible a velocidades más altas, entonces requiere de un balanceo en múltiples planos.

Figura N° 3.4. Rotor con cinco planos de balanceo.

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176

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IV.

EL BALANCEO.

4.1. BALANCEO DE ROTORES RÍGIDOS. La figura N° 4.1. proporciona una guía para establecer cuantos planos de balanceo se requieren para un rotor determinado. Sugiere que el número de planos de corrección debe determinarse basándose en la relación longitud a diámetro (L/D) del rotor. Esta relación se calcula utilizando exclusivamente las dimensiones del rotor, excluyendo las del eje de soporte. La Figura 1, muestra una tabla de selección del número de planos de corrección. Puede observarse que para rotores que poseen relaciones (L/D) menores que 0,5 y velocidades de trabajo de hasta 1000 RPM normalmente resulta suficiente el balanceo en un único plano. Por encima de 1000 RPM se requiere usualmente el balanceo en dos planos. Para rotores que posean relaciones L/D mayores que 0,5 se requiere balanceo en un plano hasta 150 RPM y en dos planos para velocidades mayores.

Figura N° 4.1. Criterios sugeridos para la elección del número de planos de corrección en rotores rígidos.

Es importante mencionar que este procedimiento de selección es solo una guía y por consiguiente no debe tomarse como regla. Dado que la misión del balanceo es minimizar las fuerzas en los cojinetes del rotor, si estas no pueden ser suficientemente reducidas con un balanceo en un plano necesariamente deberá procederse con un balanceo en dos planos, sea cual fuese la relación L/D y la velocidad de rotación.

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177

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4.2. BALANCEO EN UN PLANO. Este tipo de balanceo tiene su aplicación más frecuente en rotores tipo disco, en los cuales la masa se encuentra distribuida en un plano. Como ejemplos de esta clase de rotores pueden citarse los ventiladores axiales simples, ruedas de molinos, sopladores, etc. Procedimiento metodológico para el balanceo en un plano. Cuando se comienza un procedimiento de balanceo no se posee una idea de cuál es la magnitud (peso) del desequilibrio ni su posición (fase) en el rotor. El desequilibrio del rotor al comienzo del problema se denomina desbalanceo inicial y las lecturas de amplitud de vibración y fase que representan ese desbalanceo se denominan lecturas iniciales.

Figura N° 4.2. Analizador de datos FFT y Balanceador de equipos rotativos

En el próximo apartado describiremos algunas técnicas sencillas para la determinación de estas lecturas en la práctica, concentrándonos por el momento en el proceso de cálculo y corrección. Para ello, supongamos contar con un transductor de vibraciones que capta la amplitud de las oscilaciones del cabezal móvil y con un aparato para medición de fase, como el mostrado en la Figura N° 4.2. (VIBXPERT II). El mismo indica en forma digital los valores de amplitud vibratoria, RPM y fase respecto de una señal de referencia obtenida del rotor a balancear mediante un cabezal fotoeléctrico. Así, con una velocidad de rotación determinada, se obtiene una lectura inicial de la amplitud de vibración (Ro) y del ángulo de fase (𝜑𝑜) con respecto a un punto fijo del rotor (Mr) tal como una muesca, marca, etc. Estos valores se dibujan utilizando una escala apropiada en un gráfico vectorial como el de la figura N° 4.3.

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0° Φ Φ1

Φ0

90°

270°

180° Figura N° 4.3. Diagrama vectorial para balanceo en un plano

Una vez que se han anotado y graficado estos valores, el paso siguiente es cambiar el desbalanceo inicial mediante el agregado de un peso de prueba (Wp) al rotor en una posición angular cualquiera. El desbalanceo resultante estará ahora representado por una nueva amplitud (R1) y fase (𝜑1) de vibración. Es importante notar que el vector R1 representa el desbalanceo original más producido por Wp. El cambio causado por el peso de prueba puede utilizarse para conocer la magnitud y ubicación del desbalanceo inicial o, en otras palabras, donde debería colocarse el peso de prueba para que se ubique en forma opuesta y posea una magnitud igual a la del desbalanceo inicial. Para resolver el problema del paso es obtener el vector diferencia R1 – R0 el cual, en la Figura N° 4.3., se ha denotado con Rp, dado que representa el efecto del peso de prueba Wp únicamente. Midiendo su módulo Rp (en la misma escala que R0 y R1) puede determinarse el efecto del peso de prueba en función de la amplitud de vibración. Esta relación puede usarse ahora para determinar que peso de corrección Wc se requiere para reemplazar a Wp logrando una igualdad con el desbalanceo inicial. En efecto, experimentalmente se demuestra que, para propósitos prácticos, la amplitud de vibración es directamente proporcional a la cantidad de desbalanceo, por lo que, utilizando la regla de tres simple, se obtiene: 𝑹𝒑 ⟶

𝑾𝒑

𝑹𝟎 ⟶

𝑾𝒄 =

𝑹𝟎 𝑾 𝑹𝒑 𝒑

(1)

Para balancear el rotor, el objetivo es lograr que el vector Rp sea igual en módulo y de sentido contrario a R0. De esta manera el efecto del peso de corrección cancelara el desbalanceo original, con el resultado de un rotor equilibrado.

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179

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Determinando el peso de corrección necesario con la expresión (1) se logra que los módulos R0 y Rp sean idénticos. El paso siguiente es determinar la posición angular correcta del peso Wc, en la Figura N° 4.3. puede observarse que el vector debe girarse un ángulo 𝜑 para que se oponga a R0, lo que lograra moviendo la posición de Wc el mismo ángulo 𝝋 desde donde fue colocado Wp. Es importante notar que el ángulo 𝝋 no debe medirse desde la marca de referencia. Para determinar en qué sentido angular debe moverse el peso Wc, es decir horario o anti horario, debe tenerse en cuenta que a través de un sencillo experimento se demuestra que, para un equipo como el aquí utilizado, la marca de referencia se mueve en forma opuesta a un movimiento del punto pesado y que además los ángulos de ambos son iguales en valor absoluto. Por lo tanto, deberá usarse siempre el siguiente criterio: “Mover el peso de corrección en la dirección opuesta a la del movimiento de la marca de referencia cuando se paso de R0 a R1”. Esta “Ley” debe ser establecida experimentalmente para cada nuevo sistema medición. Es decir que, si la marca de referencia se mueve en el sentido contrario a las agujas del reloj al pasar de R0 a R1, el peso de corrección debe moverse en sentido horario desde la posición en que se ubicó el peso de prueba en un principio y viceversa, resultando este criterio independiente del sentido de giro del rotor. A continuación, se presenta un ejemplo de aplicación. Sea el rotor en reposo de la figura N° 3.4a, en el cual se ha practicado la marca de referencia M. Una primera corrida del rotor arroja como lecturas iniciales Ro = 5, 𝜑0 = 90° (Figura N° 3.4b), mientras que luego del agregado de un peso de prueba Wp = 100 gr a 90º de la marca de referencia, las lecturas arrojan: R1 = 3, 𝜑1 = 120° (Figura N° 4.4c). La figura N° 4.4d muestra al diagrama vectorial para este caso, del cual resulta: Rp = 2,8 ; 𝝋 = 𝟑𝟏, 𝟓° La expresión B permite el cálculo del peso de corrección 𝟏𝟎𝟓 𝐱 𝟓 𝐖𝐜 = = 𝟏𝟕𝟖, 𝟓 𝐠𝐫 𝟐, 𝟖 Por lo tanto, dado que el movimiento de la marca M para pasar de R0 a R1 fue en sentido horario, Wc debe colocarse a un ángulo de 31,50° en sentido antihorario desde Wp (Figura N° 3.4e). 0° M 90°

270° M

ω=0

ω 180°

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b 180

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0°

R0

ω

R1

90°

270° ωp

M

240°

90°

Φ

Rp

Mov. de M

120°

120°

180°

d

c

M

ω=0

ωc ωp

Mov. de ωc

e Figura N° 4.4. Ejemplo de balanceo en un plano

El diagrama vectorial de la figura N° 4.4. puede reemplazarse por un sencillo procedimiento analítico, lo que permite realizar un algoritmo computacional para resolver el problema. En efecto, el triángulo de la figura N° 4.4. puede ser resuelto utilizando el teorema del coseno: 𝑹𝒑 = √𝐑𝟐𝟎 + 𝐑𝟐𝟏 − 𝟐𝐑 𝟎 𝐑 𝟏 𝐂𝐨𝐬(∅𝟏 − ∅𝟎 )

(2)

Mientras que el ángulo 𝝋 puede determinarse aplicando el teorema del seno: 𝒔𝒆𝒏 𝝋 𝒔𝒆𝒏(∅𝟏 − ∅𝟎 ) = 𝑹𝟏 𝑹𝒑 De donde: 𝐑

∅ = |𝐚𝐫𝐜 𝐬𝐢𝐧 [𝐑 𝟏 𝐬𝐢𝐧(∅𝟏 − ∅𝟎 )]| 𝐩

(3)

Dado que el sentido de giro de los pasos se establece por una regla experimental, los resultados arrojados por esta expresión se toman en valor absoluto (sin tener en cuenta el signo), lo que es indicado por las barras verticales.

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181

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Las expresiones (1) y (3) constituyen la solución analítica del problema de balanceo en un plano. Con ellas resulta sumamente sencilla la confección de un programa de computación que determine los parámetros Wc y 𝝋. Sin embargo, debido a que las calculadoras electrónicas reducen los ángulos al primer cuadrante, es importante determinar si el ángulo 𝝋 𝒆𝒔 𝒂𝒈𝒖𝒅𝒐 (< 𝟗𝟎°)𝒖 𝒐𝒃𝒕𝒖𝒔𝒐 (> 𝟗𝟎°), Lo que se logra analizando el signo de la discriminante. En efecto: 𝐑𝟐𝟏 = 𝐑𝟐𝐩 + 𝐑𝟐𝟎 − 𝟐𝐑 𝐏 𝐑 𝟎 𝐜𝐨𝐬 ∅ De donde: 𝐜𝐨𝐬 ∅ =

𝟏 (𝐑𝟐 + 𝐑𝟐𝟎 − 𝐑𝟐𝟏 ) 𝟐𝐑 𝐩 𝐑𝟎 𝐩

Por otra parte: (4)

Si: 𝐜𝐨𝐬 ∅ < 𝟎 → 𝟗𝟎° < ∅ < 𝟏𝟖𝟎° Por lo que puede concluirse que ∅ es obtuso si:

𝐑𝟐𝟎 + 𝐑𝟐𝐩 + 𝐑𝟐𝟏 < 𝟎 Debiendo en este caso reducirse el valor ∅ obtenido con la expresión (3) mediante la ecuación: ∅ = 𝟏𝟖𝟎° − ∅

(5)

Donde ∅ es el ángulo que debe correrse la posición de Wc desde el peso de prueba. Con el objeto de clarificar estos conceptos, apliquemos las expresiones obtenidas anteriormente al ejemplo de la Figura 3; aquí será: 𝑅𝑝 = √𝟐𝟓 + 𝟗 − 𝟐 × 𝟓 × 𝟑 × 𝐜𝐨𝐬(𝟏𝟐𝟎° − 𝟗𝟎°) = 𝟐, 𝟖𝟑𝒈𝒓 y: ∅ = |𝐚𝐫𝐜 𝐬𝐢𝐧 [

𝟐 𝐬𝐢𝐧(𝟏𝟐𝟎° − 𝟗𝟎°)]| = 𝟑𝟐° 𝟐, 𝟖𝟑

La comprobación dada por (4), resulta: 𝟐𝟓 + 𝟐, 𝟖𝟑𝟐 − 𝟗 ≅ 𝟐𝟒 > 𝟎

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182

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Por lo que el ángulo ∅ resulta ser agudo y en consecuencia no es necesaria la reducción (5). El peso Wc debe girarse un ángulo de 𝟑𝟐° en sentido anti horario, tal como resulto del método vectorial. En el próximo apartado puede observarse una aplicación en la cual ∅ resulta ser obtuso. 4.3. BALANCEO EN DOS PLANOS. El balanceo en dos planos se realiza en gran medida como el uso de un solo plano; sin embargo, el equilibrado en dos planos requiere alguna atención especial a causa del efecto cruzado o interferencia entre dos planos de corrección. Este puede definirse como el efecto sobre la indicación de desbalanceo en un plano de corrección del rotor observado por un cierto cambio del desbalanceo en el otro plano de corrección. Por causa de este efecto, las lecturas de desbalanceo observadas en los extremos del rotor no representan verdaderamente el desbalanceo en sus respectivos planos de corrección. Por el contrario, cada lectura será resultante del desbalanceo en el plano de corrección. Por el contrario, cada lectura será la resultante del desbalanceo en el plano de corrección asociado más en el efecto cruzado proveniente del otro lado. Al comienzo del proceso de balanceo no hay forma de conocer la magnitud y fase del efecto cruzado. Además, estos parámetros serán distintos para diferentes máquinas. Desafortunadamente, el efecto cruzado siempre está presente en rotores industriales de cierta longitud. En la mayoría de los casos, el uso de la solución vectorial para balanceo en un plano requeriría muchas corridas de balanceo a fin de obtener un buen equilibrado en dos planos. En máquinas que poseen altos niveles de efecto cruzado o que requieren un tiempo importante de arranque y parada, el problema de balanceo puede ser simplificado considerablemente y el tiempo requerido para el proceso de equilibrado reducido en gran medida utilizando técnicas gráficas, analíticas y/o experimentales especialmente desarrolladas.

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183

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V. 5.1

DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE LA CALIDAD DE BALANCEO. INTRODUCCIÓN.

¿Una lectura de la vibración de 4 mm/seg es un límite apropiado para aceptar la calidad de balanceo de un nuevo ventilador? ¿Es también aplicable este límite en una nueva bomba de enfriamiento de agua? ¿Cómo encontrar un límite de aceptación para las máquinas de velocidad variable? El límite apropiado es dependiente de muchos factores incluyendo la masa del rotor, la velocidad y la clase de la aplicación en los cuales se utiliza la máquina. “Es un hecho, que el limite estándar de aceptación de calidad de balanceo es diferente de los limites dados para aceptar los niveles de la vibración debido al desbalance”. Es entendido que los límites de balanceo deben permitir del fabricante, el vendedor, al dueño y a la empresa del servicio derivar en un acuerdo factible en especificaciones de balanceo con la finalidad que sea provechoso para propósitos contractuales técnicos. Esta guía simplificada responderá las primeras preguntas sobre la calidad de balanceo presentadas en el curso para aceptar la calidad de balanceo de máquinas nuevas o a aquellas que se les realizan el mantenimiento; basadas en la interpretación de la norma de ISO 1940/1 y con las figuras ilustradas que se presentan para reforzar los conceptos principales de esta norma. El desbalance en una máquina de rotación ocurre cuando la línea central y el centro geométrico no coinciden entre sí. Los rotores desbalanceados generan vibraciones que pueden dañar sus componentes. Para ampliar la vida de la máquina, la vibración debido al desbalance se debe reducir a un nivel aceptable. Estos niveles o límites deben ser definidos a pesar de la capacidad de reducir desbalance a los niveles bajos. Exagerar requisitos de calidad de balanceo seria poco económico. Sin embargo, si se subestima la calidad de balanceo, reduciría confiabilidad y disponibilidad de la máquina. Por otra parte, el balanceo con demasiada calificad a veces exigente reduce disponibilidad de la maquina consumiendo tiempo innecesario en el balanceo. 5.2

DESBALANCE Y VIBRACIÓN.

La cantidad de desbalance es expresado por:

𝑼=𝒎×𝒓 Cuando; 𝒎 = Masa de desbalance (en kg) 𝒓 = Distancia desde la masa de desbalance hasta el centro de rotación del eje (en m)

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La fuerza del desbalance que genera la vibración se expresa como:

m . r . ω2

ω r

m

Figura N° 5.1.

𝒓 = 𝒓𝒂𝒅𝒊𝒐(𝒎) 𝝎 = 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 (𝒓𝒂𝒅 /𝒔𝒆𝒄) 𝟐 𝒎 = 𝒎𝒂𝒔𝒂 (𝑲𝒈) 𝑭 = 𝒎 × 𝒓 × 𝝎 𝒄𝒖𝒂𝒏𝒅𝒐 𝒎 × 𝒓 = 𝒄𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂 (𝑲𝒈 × 𝒎) { } 𝑭 = 𝑭𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂 (𝑵) Puede también:

𝑭(𝒌𝒈) = 𝟎. 𝟎𝟏 × 𝒎(𝒈) × 𝒓(𝒄𝒎) × (𝑹𝑷𝑴/𝟏𝟎𝟎𝟎)𝟐 Desbalance Vibración = Fuerza de Desbalance/ Rigidez dinámica No hay una relación práctica común reconocible entre el desbalance del rotor y las vibraciones de la máquina. La respuesta del desbalance depende esencialmente de velocidad, de las proporciones geométricas y de la distribución de masa del rotor, así como de la rigidez dinámica del eje, de los rodamientos y de la cimentación. La rigidez de la maquina es desconocida por el usuario en la mayoría de los casos. Por otra parte, combinar todos estos factores realmente. En otras palabras, para un rotor en particular, la vibración por desbalance tendrá diferentes valores dependiendo de su velocidad de funcionamiento, del tipo de rodamientos (por ejemplo, la película lubricante o del tipo de elemento rodante), de la cimentación, etc., mientras que la cantidad del desbalance en sí mismo es constante y solamente relacionada al rotor. No debe simplificarse demasiado el balanceo al punto que el límite de la cantidad no debe establecerse solamente a raves de lecturas de la vibración. Esto es realmente especial para las nuevas máquinas para las cuales ninguna experiencia previa de vibración existe. Las normas de vibración de uso general en la industria aplicaron los criterios basados en respuestas del desbalance (amplitud de la vibración) sin considerar la rigidez del rotor y la cimentación. También de la magnitud de la fuerza generada debido al desbalance y a la masa del rotor no está en una dirección determinada. En balanceo, la masa, la rigidez y la vibración por desbalance del rotor están relacionadas con un parámetro llamado vector influyente.

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5.3

DESBALANCE: EXISTENTE Y LIMITE.

El termino desbalance se refiere dos cantidades. Primero es el límite de aceptación de balanceo de un rotor y usualmente llamado desbalance permitido o permisible. En segundo lugar, está el desbalance existente o residual en un rotor. En las pruebas de la aceptación la siguiente lógica se aplica tácticamente:

𝑈𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 > 𝑈𝐸𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 → 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑜 𝐷𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎(𝐴𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜) 𝑈𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 < 𝑈𝐸𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 → 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑜 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎(𝑅𝑒𝑐ℎ𝑎𝑧𝑎𝑑𝑜)

Determinacion del desbalance

Residual

Permisible Método: Cálculo

Método: Prueba Física

Salida: Límite

Salida : Existente

Total

Especifica

Total

Especifica

U

u

Ures

ures

Este cuadro está dedicado a la determinación del desbalance permisible. La determinación del desbalance residual se presenta en el siguiente cuadro. 5.4

MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DE BALANCEO.

Desbalance permisible Determinación

Historia y/o Experiencia

Fuerza en Rodamiento

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Norma

186

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La determinación del desbalance permisible está basada en: 1. El Historial y/o experiencias completas de varias máquinas similares. (Los límites de vibración se pueden extraer de los resúmenes historiales) 2. Las fuerzas permitidas del rodamiento pre-especificadas en la etapa de la selección. 3. Normas como la 1940/1 (usado típicamente en la industria) 5.5

CALIDAD BASADA EN LOS GRADOS DE BALANCEO NORMALIZADOS.

La aplicación práctica de ISO 1940/1. La norma internacional ISO 1940/1 es la referencia más ampliamente validad para la selección de la calidad del balanceo de rotores rígidos. Este documento se presenta como una guía y referencia estándar para el usuario y de sus aplicaciones prácticas. Se muestra un método simplificado para determinar el desbalance residual permisible para los diferentes tipos de rotores. Se da énfasis en la asignación de un desbalance residual permisible y la configuración del plano de corrección para las diferentes configuraciones de rotores; tales como rotores simétricos, asimétricos y en voladizos. Finalmente se hace una comparación de los grados de calidad del balanceo con los límites de balanceo de MIL-STD-167-1 y de API. Introduccion. La Organización de Normalización Internacional, ISO, ha publicado la norma 1940/1 “Los Requisitos de Calidad del Balanceo de Rotores Rígidos” que ha sido adoptado por el American National Standards Institute, ANSI según S2.19-1975, “Requisitos de calidad de balance de cuerpos rotativos rígidos”. También ha sido adoptada por las normas Británicas según BS 6861: parte 1 y por las normas alemanas según VDI 2060. La ISO 1940/1 requiere una comprensión del balanceo y de su terminología, si la norma va a ser conocido y va ser utilizado correctamente. Este documento incluye para el lector, en la sección de “Terminología del balanceo” un resumen de los términos usados en este documento. Usando la norma. El uso del estándar implica seguir los pasos siguientes: 1. Seleccione un grado de calidad de balanceo “Numero G” de la tabla 1 basado en tipo del rotor.

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187

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2. Utilice la figura N° 4.2. (A o B) para determinar el valor del desbalance residual permisible especifico, 𝑒𝑝𝑒𝑟 según la velocidad de funcionamiento máxima del rotor y el “número G” seleccionado. Luego multiplique 𝑒𝑝𝑒𝑟 por el peso del rotor para obtener el desbalance residual permisible, 𝑈𝑝𝑒𝑟 . 3. Asigne el 𝑈𝑝𝑒𝑟 para los planos de corrección del balanceo, basados en la configuración del rotor.

Ejecución de los pasos: Paso 1: El usuario lo que requiere es simplemente encontrar para el tipo del rotor que balanceara, uno más cercano posible de los que se describen. Paso 2: Este paso está dirigido a que se requiere usar el grafico de la figura 1 para encontrar el desbalance permisible especifico, seguidamente multiplicarlo por el peso del rotor y para después convertir a una constante 𝑼𝒑𝒆𝒓 con una unidad apropiada (onzas-pulgadas o gramos-milímetros). Este paso puede ser simplificado usando también algunas ecuaciones simples para calcular el 𝑼𝒑𝒆𝒓 directamente. Paso 3: Asignando un 𝑼𝒑𝒆𝒓 no se realiza a menudo porque no se entiende fácilmente. Por lo tanto, las páginas siguientes proporcionan un método simplificado para el paso 2 y describen los procedimientos para el paso 3.

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Grado de calidad de Balanceo para los grupos de rotores más importantes (Según ISO 1940/1 CALIDAD DEL BALANCEO

(𝒆𝒑𝒆𝒓 𝝎) 𝒆𝒏 [𝒎𝒎/𝒔]

TIPOS DE ROTOR

G400

4000

Cigüeñales de motores (diésel) marítimos de bajas revoluciones, montados sobre soportes rígidos y con un numero de cilindros impar.

G1600

1600

Cigüeñales de motores de dos tiempos montados sobre soportes rígidos.

G630

630

Cigüeñales de motores de cuatro tiempos montados sobre soportes rígidos. Cigüeñales de motores (diésel) marítimos montados sobre soportes elásticos.

G250

250

Cigüeñales de motores (diésel) de cuatro cilindros y de alta velocidad montados sobre soportes rígidos.

G100

100

Cigüeñales de motores (diésel) de seis o más cilindros y de alta velocidad. Cigüeñales de motores de combustión interna (gasolina, diésel) para carros y ferrocarriles.

G40

40

Ruedas y llantas de carros. Cigüeñales de motores de cuatro tiempos de alta velocidad (gasolina, diésel) sobre soportes elásticos y con seis o más cilindros.

16

Ejes de propelas, ejes de transmisiones cardanicas. Elementos de máquinas agrícolas. Componentes individuales de motores (gasolina, diésel) para carros y ferrocarriles. Cigüeñales de motores de seis o más cilindros bajo requerimientos especiales.

G6.3

6.3

Elementos de máquinas procesadoras en general. Engranajes para turbinas de usos marítimos. Rodillos para maquinas papeleras. Ventiladores. Rotores de turbinas para la aviación. Impelentes para bombas. Máquinas herramienta. Rotores de motores eléctricos.

G2.5

2.5

Turbinas de gas y vapor. Rotores rígidos para turbo generadores. Discos para computadoras. Turbos compresores. Bombas operadas por turbinas.

G1

1

G0.4

0.4

G16

Grabadoras de cinta magnética convencionales. Maquinas trituradoras.

y

tocadiscos

Discos compactos, brocas, barrenas. Giroscopios.

Tabla N° 1

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DESBALANCE RESIDUAL PERMISIBLE eper en lb-in/lb del peso del rotor

FIGURA 5.2.A. Máxima desbalance residual permisible, eper (Valores en pulgadas adaptados para ISO 1940/1)

MÁXIMA VELOCIDAD DE FUNCIONAMIENTO EN RPM

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190

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FIGURA N° 5.2.B. Máxima desbalance residual permisible, eper (Para ISO 1940/1)

DESBALANCE RESIDUAL PERMISIBLE eper en g-mm/Kg del peso del rotor

MÁXIMA VELOCIDAD DE FUNCIONAMIENTO EN RPM

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191

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5.6

GRADOS DE CALIDAD DEL BALANCEO.

La tabla 1 muestra los grados de calidad del balanceo para los tipos de los rotores más conocidos. El número “G” es el producto del desbalance específico por la velocidad angular del rotor a la velocidad de funcionamiento máxima y es una constante para los rotores del mismo tipo.

𝑮 = 𝒆 × 𝝎 = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 Esto se basa en el hecho en de que los rotores geométricamente similares que funcionan en la misma velocidad, tendrán tensiones similares en el rotor y de sus cojinetes. Los grados de calidad del balance están separados por un factor 2,5; sin embargo, el valor intermedio de los números G se pueden utilizar para satisfacer requerimientos especiales. Por ejemplo, un impulsor normalizado de una bomba tiene un grado de calidad de balanceo sugerido grado G 6,3. Para condiciones especiales pueden requerir una calidad mejor de balanceo de grado G 4,0 para satisfacer la instalación en un área con límites de estructura con ruidos bajos de funcionamiento. 5.7

DETERMINACION DEL DESBALANCE RESIDUAL PERMISIBLE - 𝑼𝑷𝑬𝑹

𝑼𝑷𝑬𝑹 = 𝒆𝑷𝑬𝑹 × 𝒎 𝒎 = 𝒎𝒂𝒔𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒓𝒐𝒕𝒐𝒓 El desbalance residual permisible es una función del número G, del peso del rotor y de la máxima velocidad de rotación en funcionamiento. En lugar de usar los gráficos anteriores y obtener el valor del “desbalance especifico” para un número G y un RPM de funcionamiento, y después multiplicar por el peso del rotor; 𝑼𝑷𝑬𝑹 puede ser calculado usando uno de las siguientes fórmulas:

𝑼𝑷𝑬𝑹 (𝒐𝒛 − 𝒊𝒏) = 𝟔. 𝟎𝟏𝟓 × 𝑮 ×

𝑾 (𝑾 → 𝑳𝒊𝒃𝒓𝒂𝒔) 𝑵

𝑼𝑷𝑬𝑹 (𝒈𝒓 − 𝒊𝒏) = 𝟏𝟕𝟎. 𝟓 × 𝑮 ×

𝑾 (𝑾 → 𝑳𝒊𝒃𝒓𝒂𝒔) 𝑵

𝑼𝑷𝑬𝑹 (𝒈𝒓 − 𝒎𝒎) = 𝟗𝟓𝟒𝟗 × 𝑮 ×

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𝑾 (𝑾 → 𝑳𝒊𝒃𝒓𝒂𝒔) 𝑵

192

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G = Grado de calidad del balanceo tomado de la Tabla 1 W = Peso del rotor N = Máxima velocidad de funcionamiento en RPM Una regla que calcula el 𝑼𝑷𝑬𝑹 esta también disponible para el uso de los fabricantes que balancean los rotores de las maquinas que fabrican. 5.8

ASIGNACIÓN DEL 𝑼𝑷𝑬𝑹 PARA LOS PLANOS DE CORRECCIÓN.

El 𝑼𝑷𝑬𝑹 es el desbalance residual permisible total y se debe asignar a los planos de corrección del balanceo que se realizara, basado en las dimensiones y configuraciones del rotor. Para los rotores desbalanceados en un plano de corrección, todo el 𝑼𝑷𝑬𝑹 se aplicará en este plano de corrección. Para los rotores balanceados en dos planos de corrección, el 𝑼𝑷𝑬𝑹 se deberá aplicar a cada plano de la corrección, basados en la configuración y las dimensiones del rotor.

ROTORES SIMÉTRICOS. PLANO DE CORRECCION R

PLANO DE CORRECCION L

CG

Figura 4.2: Rotores Simétricos

hL a

hR b d

Reglas para rotores simétricos (Observar Figura N° 5.2.). 1. Los planos corrección se encuentran entre los soportes o los cojinetes. 2. La distancia “b” es mayor que 1/3 “d”. 3. A partir del centro de gravedad los planos de corrección son equidistantes.

𝑼𝑷𝑬𝑹 𝒍𝒆𝒇𝒕 = 𝑼𝑷𝑬𝑹 𝒓𝒊𝒈𝒕𝒉 = ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO

𝑼𝑷𝑬𝑹 𝟐 193

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Cuando los planos de corrección no son equidistantes con relación al centro de gravedad, entonces:

𝑼𝑷𝑬𝑹 𝒍𝒆𝒇𝒕 = 𝑼𝑷𝑬𝑹 × (

𝒉𝑹 ) 𝒃

𝑼𝑷𝑬𝑹 𝒓𝒊𝒈𝒕𝒉 = 𝑼𝑷𝑬𝑹 × (

𝒉𝑳 ) 𝒃

El 𝑼𝑷𝑬𝑹 𝒍𝒆𝒇𝒕 o el 𝑼𝑷𝑬𝑹 𝒓𝒊𝒈𝒕𝒉 no deberá ser menor en 30% o mayor en 70% del 𝑼𝑷𝑬𝑹, si ello fuera así, entonces use reglas para rotores asimétricos.

ROTORES CON PLANOS DE CORRECCION A LOS EXTREMOS. Reglas para los rotores con planos de corrección a los extremos de los cojinetes. Se refiere frecuentemente a una configuración de rotores llamados “campana silenciosa”. PLANO DE CORRECCION

PLANO DE CORRECCION

L

R

hR

hL CG

d

b FIGURA 5.3: Rotores con planos en los extremos

Ambos planos de corrección son a los extremos de los cojinetes. b>d Ajustar el Uper según la relación de d/b. (Reducidos Uper)

𝒅

𝑼𝑷𝑬𝑹 = 𝑼𝑷𝑬𝑹 × ( )

Uper= Valor ajustado

𝒃

Cuando los planos de corrección no son equidistantes del centro de gravedad, calcular el: Uper IZQ y el Uper DER Como sigue:

𝑼𝑷𝑬𝑹 𝑰𝒁𝑸 = 𝑼𝑷𝑬𝑹 × (

𝒉𝑹 ) 𝒃

𝑼𝑷𝑬𝑹 𝑫𝑬𝑹 = 𝑼𝑷𝑬𝑹 × (

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𝒉𝑳 ) 𝒃

194

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

ROTORES EN VOLADIZOS Y ASIMETRICOS Reglas para rotores en voladizo. (Ver figuras N° 5.4. y N° 5.5.) PLANO DE CORRECCION L DE PAR

PLANO DE CORRECCION R DE PAR

PLANO DE CORRECCION ESTATICO

Figura 5.4. Rotores en Voladizo

c

d

b

1. La distancia entre los planos de corrección debe ser menor en 1/3 de la distancia entre los cojinetes. b<0,33d 2. Asumir cargas dinámicas permisibles iguales para los cojinetes. 3. La corrección de los pares se hacen 180° separados en sus respectivos planos. 4. El plano para la corrección estática puede ser un tercer plano o cualquiera de los planos usados para las correcciones de los pares. 5. Asigne Uper para desbalance estático residual y para desbalance del par residual tal como sigue:

𝑼𝑷𝑬𝑹 𝑬𝑺𝑻𝑨𝑻𝑰𝑪𝑶 =

𝑼𝑷𝑬𝑹 𝟐

×

𝒅 𝟐𝒄

𝑼𝑷𝑬𝑹 𝑷𝑨𝑹 =

PLANO DE CORRECCION L DE PAR

𝑼𝑷𝑬𝑹 𝟐

×

𝟑𝒅 𝟒𝑩

PLANO DE CORRECCION R DE PAR

PLANO DE CORRECCION ESTATICO

Figura N° 5.5. Rotores asimétricos

c b d

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195

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Las asignaciones del desbalance permisible par los rotores en voladizo y asimétricos requieren que dos planos de corrección del desbalance estén divididos en estático y en par de desbalance equivalentes. Esto puede ser realizado gráficamente trazando los dos vectores solución UL y UR de los dos planos del desbalance según lo mostrado en la figura 6. Conecte los vectores UL y UR según lo mostrado. El vector desde el origen al punto medio del vector S es una mitad del desbalance estático del rotor. Los vectores CL y CL son el desbalance de los pares.

0°

330°

30°

UL 60°

300° CL S 270°

90° CR UR

240°

210°

120°

150° 180°

Figura N° 5.5. Grafico de derivación del estatico par.

5.9

DETERMINACION DE LA CALIDAD DE BALANCEO.

Los equipos portátiles para el balanceo de campo facilitan a los usuarios llevar acabo el proceso de balanceo siguiendo pocos pasos simples. Estas unidades permiten que el balanceo de campo sea rápido y fácil, pero, también es importante que el usuario comprenda la teoría de de balanceo antes de empezar a utilizar el instrumento. Cuando los rotores se balancean, los equipos de balanceo suministran al operador las medidas del desbalance en oz/pulg o g/mm, así como la indicación de si el rotor está dentro o fuera de la tolerancia de balanceo. Y se obtiene el peso de la corrección residual a partir del rango de balanceo y de los resultados de medición que están en unidades de vibración tales como mm/seg o pulg/seg. En el ejemplo que se describe a continuación, se presenta un trabajo del balanceo de campo en un ventilador y utilizando como referencia el cálculo práctico para establecer si los resultados están dentro del estándar ISO 1940. (Debe observarse que estos cálculos no se pueden ser aplicados en las máquinas con comportamiento no lineal).

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196

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Determinación del grado de calidad Antes de comenzar un plan de balanceo de campo, se tiene que determinar el grado de calidad de la máquina o el componente que se tiene que balancear basados en los estándares del grado de calidad de ISO 1940 (diagrama 1). En el ejemplo se balancea el ventilador de acuerdo a ISO G6.3 que, según las especificaciones de la norma ISO, es aceptable para los ventiladores, volantes e impulsores de bombas. La velocidad de funcionamiento del ventilador en este caso es 2200 RPM. El peso del rotor es 420 kilogramos y el radio en el que se harán las correcciones es 500 milímetros. Por lo tanto, la excentricidad (eper) máxima permitida es 25 g/mm/kg (véase el diagrama 1).

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197

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

En la práctica En el balanceo de campo podemos medir solamente el efecto del desbalance y de las otras fuentes de vibración concerniente a la posición donde se localiza el sensor de la vibración. El nivel de la vibración es un indicador del desbalance de la máquina, pero es dependiente en la velocidad de la máquina y el punto de medición. Como parte del procedimiento del balanceo de campo se realiza una medición inicial, que mide el efecto del desbalance de la máquina. Esto da una medida con amplitud (IPS, mm/s) y un ángulo de fase para el vector inicial (gráfica 1). A continuación, se pone un peso de la prueba de una masa establecida en una posición conocida respecto al rotor y esta información se ingresa en la unidad. Se pone en funcionamiento nuevamente la máquina a la misma velocidad que el funcionamiento inicial y por el efecto de esta masa de prueba se obtiene como segunda amplitud y un ángulo de fase (gráfica 2). La unidad entonces calcula una solución: la masa de corrección y el ángulo en el cual se ubicará. Después de la corrección se hace un chequeo final a la misma velocidad de rotación.

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198

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

El efecto de esta masa de prueba “cambia” el vector a una ubicación diferente y con una nueva amplitud de la vibración de 6.60 mm/s en 160º. A la misma velocidad de funcionamiento se grafica una línea desde el punto inicial hasta coincidir con el punto con el peso de prueba, para obtener el ángulo de la masa de la corrección que tiene que ser puesta.

En teoría Este ángulo en el ejemplo se calcula en 32º. Teóricamente, girando el vector 32º ahora se tiene la línea del vector que pasa a través de nuestro "objetivo". Esta línea es al ángulo correcto, pero es demasiado larga. Usando el cociente de los dos vectores del funcionamiento inicial y del funcionamiento de prueba con el peso de prueba de 40g, se calcula la masa real de la corrección (vea a continuación).

b Ua = m a

Cuando: Ua = Masa de corrección m = Masa de prueba en gramos a = Longitud del vector de prueba b = Longitud del vector inicial

Calculando:

39 mm U = 40 g = 26.5 g a 59 mm

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199

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

Como se observa, el nivel original de la vibración de 7.80 mm/s se ha reducido a 0.62 mm/s (gráfica 4). Lo importante a recordar es que la masa de la corrección se debe poner correctamente. Ubicando el peso lo más lejos o hasta un cambio efectivo de las fuerzas centrífugas y si la masa no se pone en el ángulo apropiado este puede causar una degradación de los resultados del balance (error del ángulo del vector).

Considerando ambos funcionamientos se sabe que la masa residual de la corrección es 2.10 g, y la nueva amplitud eficaz después de balancear se ha reducido desde 7.8 mm/s a 0.62 mm/s. Ésta es una reducción de aproximadamente 13 veces. ¿Pero qué hace ese medio? En un proceso de balanceo de una máquina un equipo de medición (balanceador portátil) proporciona automáticamente los resultados de la medida en g/mm o oz/pulg. En el balanceo de campo, un cálculo simple proporcionará el desbalance residual, o la excentricidad, y los resultados se indican en g/mm/kg. Cálculo del desbalance residual. Para calcular la excentricidad, asumir la masa de corrección mida el radio (del desbalance) y divida por la masa del rotor.

e= e µ r M

 r M

= Desplazamiento del centro de gravedad = desbalance residual en gramos = Radio de corrección en mm = Masa del rotor en kilogramos

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200

ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES

En consecuencia, calculando la excentricidad inicial e, el resultado es 31.54 g•mm/kg, que está fuera del límite permitido de 25 g•mm/kg. Para calcular la excentricidad inicial einicial

einicial =

26.5  500 = 31.54 g  mm / kg 420

Ahora, se calcula la excentricidad final después de balancear, para el cálculo utilizamos la masa residual de la corrección de la gráfica 4 (2.10g): Para calcular la excentricidad inicial efinal

e final =

2.1 500 = 2.5 g  mm / kg 420

Conclusión Observando el diagrama 1 del grado de calidad G6.3 de ISO 1940 podemos ver que estamos dentro de los límites aceptables. Para el rotor de 420 kilogramos que funciona en 2200 RPM, la excentricidad permitida, o “e”, sería 25 g•mm/kg. Con un desbalance residual de 1050 g•mm (2.1g a un radio de 500mm), se obtiene una excentricidad residual, o “e”, de 2.5 g•mm/kg (según se observa en el diagrama 1). La “e” es 10 veces mejor que la excentricidad permitida eper.

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201

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5.10

MONTAJE DE LA MASA DE PRUEBA

Dependiendo del tipo de rotor, facilidades de instalación y disponibilidad de material podemos distinguir las siguientes maneras de fijar la masa de prueba: – – –

Siempre debe tenerse en cuenta primero la seguridad del operario y la máquina. En lo posible utilizar los espacios y áreas en que la fuerza centrífuga ayude a fijar el peso de prueba. El peso de prueba se puede fijar con: ✓ ✓ ✓ ✓

Resina epóxica Pernos y tuercas Cintas de fijación Prensitas de fijación

Los elementos que se usen como masa de prueba deberán de ser de rápida instalación y retiro sin modificar parte alguna del rotor. En casos muy especiales proceder con puntos de soldadura” Luego de ubicado la posición y el peso de compensación de desbalance la masa deberá fijarse de las siguientes maneras: ✓ ✓ ✓ ✓

Fijarlo con soldadura. (Figura N° 5.8) Fijarlo con pernos y tuercas. Fijarlo con pegamentos de fuerte adherencia. Retirar masa (esmeril, taladro). (Figura N° 5.6 y 5.7.)

Al colocar o retirar masa de corrección, deberán tomarse precauciones para evitar dañar la máquina o interferir en el normal funcionamiento de la misma. Recordar que la fuerza centrífuga y las vibraciones pueden sacar el peso si está mal fijado.

Figura N° 5.7.

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Figura N° 5.6.

Figura N° 5.8.

202

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TERMINOLOGIA DE BALANCEO −

GRADO DE CALIDAD DEL DESBALANCE – GXXX Para los rotores rígidos, G, es el producto del desbalance especifico, e, y de la máxima velocidad angular del funcionamiento del rotor. La velocidad angular de funcionamiento en RPM es expresada en radianes por segundo. G = e x ω = constante

−

CENTRO DE GRAVEDAD El punto en un cuerpo por donde pasan todos los resultados de los pesos en sus planos correspondientes para todas las direcciones del cuerpo a un centro de gravedad CG.

−

PLANO (BALANCEO) DE CORRECCION Plano perpendicular al eje de un rotor en el cual se realiza la corrección del desbalance.

−

DESBALANCE DE PAR Es la condición del desbalance para la cual el eje principal central intersecta en la mitad con el eje del centro de gravedad.

−

VELOCIDAD CRITICA Velocidad en el cual se excita una resonancia del sistema. La resonancia puede estar en la estructura del apoyo (modo rígido) o puede ser el resultado de la flexión del rotor (modo flexión).

−

DESBALANCE DINAMICO Es la condición del desbalance en la cual el centro del eje principal no es paralelo y no interseca con el eje del centro de gravedad.

−

ROTOR FLEXIBLE Un rotor que no satisface la definición de un rotor rígido debido a la presencia de una deflexión elástica.

−

DESBALANCE RESIDUAL PERMISIBLE UPER El máximo desbalance residual permitido para un rotor o en un plano de la corrección.

−

EJE PRINCIPAL DE INERCIA “E.P.I” Las direcciones de las coordinadas correspondientes para los momentos principales de la inercia. El balanceo, el termino eje principal inercia se utiliza para señalar el eje principal central lo más cercano posible y coincidente con el eje del rotor.

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203

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−

DESBALANCE (FINAL) RESIDUAL El desbalance de cualquier clase que exista después de balancear.

−

ROTOR RIGIDO Un rotor se considera rígido si su desbalance se puede corregir en cualquier de los dos planos de corrección. Después de la corrección, el desbalance residual no cambia significativamente en cualquier velocidad de funcionamiento máxima.

−

ROTOR Un cuerpo capaza de rotar que tiene generalmente por apoyos a los cojinetes.

−

DESBALANCE ESTATICO La condición del desbalance para la cual el principal central se desplaza paralelo al eje del rotor.

−

DESBALANCE ESPECÍFICO El desbalance estático U dividido por la masa m del otro ( es decir, excentricidad total) del rotor.

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204

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TAREAS BALANCEO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES OPERACIONES TAREA 01

METODO DE BALANCEO DE DOS PUNTOS

TAREA 02

METODO DE BALANCEO DE TRES PUNTOS

TAREA 03 VibXpert

BALANCEO DE ROTOR EN UN PLANO VOLADIZO CON EL EQUIPO

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205

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TAREA N° 1 METODO DE BALANCEO DE DOS PUNTOS Corrida 1: Seleccionar la velocidad de trabajo y seleccionar el punto de medición. Medir y anotar el nivel de vibración y parar la máquina. Anotar esta vibración como la Lectura 1 Corrida 2: Instale un peso de prueba (P) en el plano de balanceo. Observe la ubicación y el tamaño del contrapeso. Utilice el peso, volumen o longitud como medida del posicionamiento del peso de prueba. Ubique el peso de prueba P en cualquier medida proporcional al peso. Mida y anote el nivel de vibración y pare la máquina. Anotar esta vibración como la Lectura 2

Corrida 3: Mover el peso de prueba a 180° respecto a la primera instalación del peso de prueba. Medir y anotar el nivel de vibración y pare la máquina. Anotar esta vibración como la lectura 3.

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206

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CÁLCULOS Ahora tenemos toda la información necesaria de la máquina para realizar los cálculos Compare los niveles de vibración de la lectura 2 y lectura 3. Elija, entre las dos lecturas (2 y 3): B para la lectura más alta y C para la lectura más baja. Prepare una lámina (Papel milimetrado) para trazar trasladando las medidas de longitudes (niveles de vibración A, B y C) proporcionales al nivel real de la vibración medido en cada lectura A, B y C. Utilice una escala que le dé una figura grande como sea posible. La exactitud depende en gran parte del tamaño de la figura. PASO 1 Dibuje A como una línea horizontal. Utilice una escala que le permita utilizar el papel en su verdadera dimensión.

PASO 2 Dibuje un arco con centro a la izquierda y final de la línea A con radio igual a un ½ de la longitud B.

PASO 3 Dibuje un arco con centro a la derecha y final de A con radio igual a un ½ de la longitud de C. Marque el cruce o corte de ambos arcos. Marque una línea que inicie a la derecha y final de la línea A y que coincida con el corte de ambos arcos; la longitud de la línea debe ser la que corresponda a C.

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207

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PASO 4

Una el extremo superior de C con el final izquierdo de A. Observe que se forma un triángulo. Marque esta nueva línea como D. La posición del ángulo del contrapeso es el ángulo (a) en la esquina izquierda de la figura entre la línea D y la línea baja A.

C

D a A EL TAMAÑO DEL PESO DE BALANCE

El tamaño del peso de balanceo que usted debe poner la superficie de balance se calcula como sigue:

P. A BW = D BW P A D

= Peso de balance = Peso de prueba = Magnitud de vibración A = Magnitud de D

Usted puede medir A y D en la figura. El mejor resultado se obtiene cuando ambos lados del triángulo son iguales. EL ÁNGULO DE POSICIÓN DEL PESO DE BALANCEO Cuando se ha posicionado el peso de prueba (P) en la posición C se tiene la vibración más baja. El peso de prueba por consiguiente debe estar ubicado en el punto medio del rotor. El peso de balanceo (BW) debe posicionarse en “a” grados de la posición de menor magnitud con el peso de prueba, es decir de C.

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208

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B

a

Pos.2

a

C

Pos.1

El ángulo “a” puede medirse en ambas direcciones. A favor o en contra del sentido de rotación del rotor. Se tiene que hacer una suposición para elegir la primera posición y medir la vibración residual. Es necesario instalar el Peso de balanceo (BW) en la otra posición y medir la vibración. La ubicación del peso de balanceo que proporcione una vibración residual más baja será la que nos señale la posición final. El proceso de balanceo finalizará cuando se obtengan valores menores a 3 mm/s RMS.

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(HOJA DE TRABAJO)

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210

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TAREA N° 2 METODO DE BALANCEO DE TRES PUNTOS El método de tres puntos proporciona el tamaño y el ángulo de posición (a) del peso de balanceo. Se debe elegir la velocidad de trabajo del equipo y el mismo radio para los trabajos previos al balanceo. Paso 1: Con el rotor en su velocidad de rotación normal mida y registre el nivel de vibración como R1. Por ejemplo R1 = 8 mm/s Dibuje un círculo con un radio proporcional a R1 y utilice la misma escala para el resto del procedimiento.

R1/2 R1=8

Paso 2: Parar el rotor y marcar tres posiciones separados aproximadamente a 120° (En estos puntos agregaremos pesos de prueba para efectuar mediciones). Nombre a estos puntos con A, B y C. Estos tres puntos no necesitan estar exactamente separados a 120°, pero las disminuciones de exactitud en el espaciamiento limitaran la precisión del balanceo. Se tiene que medir la posición elegida del ángulo tan exacta como sea posible.

A

B

C

120°

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240°

211

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Paso 3: Instalar el peso de prueba en la posición A. Ponga en marcha el rotor y mida el nivel de vibración R2. En nuestro ejemplo R2 = 5 mm/s. Dibuje un círculo proporcional a R2 con el centro en la posición A.

R2=5 A

B

C

Paso 4: Mueva e instale el peso de prueba en la posición B. Ponga en marcha el rotor y mida el nivel de vibración R3. En nuestro ejemplo R3 = 10 mm/s. Dibuje un círculo proporcional a R3 con el centro en la posición B.

A

R3=1

0

B

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C

212

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Paso 5: Mueva e instale el peso de prueba en la posición C. Ponga en marcha el rotor y mida el nivel de vibración R4. En nuestro ejemplo R4 = 12 mm/s. Dibuje un círculo proporcional a R4 con el centro en la posición C.

A

B

C

R4=12

Paso 6: Los tres círculos R2, R3 y R4 se intersecan en el punto común D. Trace una línea del centro de R1 hacia el punto D y denomínelo como R5. Mida la magnitud de esta línea utilizando la misma escala utilizada para las otras líneas. En el ejemplo se ha medido R5 = 6,5 mm y éste es el nivel de vibración causado por el peso de prueba P. Si P sólo generaba el desbalance en el rotor.

D A RS B

C

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213

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Paso 7: Calcular el peso de balanceo (BW) aplicando la siguiente fórmula:

BW = BW = P= R1 = R5 =

P.R1 R5

Peso de balanceo Peso de prueba Lectura original de desbalance, en la escala seleccionada Vector resultante con la longitud de R5, en la escala seleccionada

En el ejemplo el peso de prueba P = 87 gr. Entonces el peso de balanceo será:

BW =

P.R1 R5

BW =

87.8 = 107 gr. 6,5

Emplee un transportador para medir el ángulo entre R5 y A. este ángulo es también la posición angular del peso de balanceo relativo a la posición en el rotor. En el ejemplo se ha medido el ángulo “a” = 37° Para el ejemplo se agregará un peso de balanceo de 107 gr en un ángulo de 37° fuera de la posición A hacia la dirección B en el rotor.

a

A

RS B

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RS x2

C

214

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(HOJA DE TRABAJO)

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215

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TAREA N° 3 BALANCEO DE ROTOR EN UN PLANO VOLADIZO CON EL EQUIPO VibXpert N°

Tarea Parcial Solicite los profesor y instalación.

equipos realice

Equipos y Datos de trabajo al su

❖ ❖ ❖ ❖ ❖ ❖

Analizador colector VibXpert II Sensor de vibración Pesos para prueba y para corrección Sensor láser de referencia Balanza digital Llaves allen Cinta reflexiva

1

Sensor de vibración

PELIGRO Está trabajando con máquina funcionando; en todo momento tenga presente la seguridad personal, la seguridad y el cuidado para con el equipo de balanceo.

Láser

Soporte a rótula del sensor Láser

Prepare el rotor a balancear. Instale el balanceador y los dos sensores.

DIAGNÓSTICO Encienda el equipo, ingrese al menú BALANCEO, mida la velocidad y realice el DIAGNOSTICO.

COMPRENDA BIEN CADA PASO DEL PROCESO Y DESPUÉS RECIEN PROCEDA, DE LO CONTRARIO PODRÍA DESVIARSE DEL PROCESO Y PERDERÍA TIEMPO. Velocidad: ______RPM

Amplitud: _______mm/s 2 Frecuencia: _____CPM

Se confirma el desbalance del rotor: ___________

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216

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N°

Tarea Parcial

Equipos y Datos de trabajo

Está ahora en la ventana de MEDICIÓN INICIAL Ingrese a la función balanceo, seleccione un plano y defina el tipo de rotor. Encienda el rotor. 3

Mida el desbalance inicial y anote los resultados. Para confirmar los resultados y pasar al siguiente paso presione a la derecha (continuar). Resultados: Magnitud___________ mm/s Está ahora en la ventana de MASA DE PRUEBA Establezca una masa de prueba conocida a un ángulo conocido que colocara en el rotor.

Fase _________(°)

Se recomienda ingresar una masa de prueba entre 5 a 50 gramos (la masa está en función del tamaño del rotor). ¿Cómo establecer cuál debe ser el ángulo cero en el rotor?

______________________ ______________________ ¿Por qué colocar el peso de prueba?

Ingrese la masa y el ángulo con ENTER y acepta con OK en el MENU.

______________________ ______________________

Instale la masa de prueba en el rotor.

Anote: 4

Masa _________ gramos Angulo _______ (°)

Para confirmar los resultados y pasar al siguiente paso presione a la derecha (continuar).

¿Qué cambio debe producirse al volver a medir con la masa de prueba instalada?

____________________________________________ ___________________________________________

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217

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Nº

Tarea Parcial

Equipos y Datos de trabajo Anote los resultados:

Esta ahora con ventana de MEDICION CON LA MASA DE PRUEBA

Magnitud ______ mm/s Ponga en marcha el rotor, una vez ingresado los datos.

5

Fase ________ grados

Presione ENTER, para realizar la medición. Anote los resultados. Apague el rotor después de grabar los resultados.

¿Cuánto ha variado la magnitud y la fase con respecto a la primera medición?

Para confirmar los resultados y pasar al siguiente paso presione a la derecha (continuar).

Anótelo y explique al profesor: _________________________________ ¿Se ha cumplido la condición: 30% y/o ±30°? Consulte sus dudas e inquietudes al instructor. ___________________________________________

Está ahora en la ventana de PESO DE CORRECCIÓN Responda a las preguntas; después instale la masa de corrección en el ángulo correcto.

6

Pregunta importante: ¿La masa de prueba queda o debe ser retirado, explique por qué? ___________________ ___________________

NOTA: Realice los cálculos necesarios para establecer la correcta ubicación de la masa de corrección (distribución de la masa de corrección) Informe los resultados al profesor Para confirmar los resultados y pasar al siguiente paso presione a la derecha (continuar).

Anote los resultados: Masa _______ gramos Ángulo _______ grados

¿El ángulo se mide en contra o en el mismo sentido del giro? _____________ ¿Por qué? _________________________________________

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218

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DISTRIBUIR EL PESO DE CORRECCIÓN En muchos rotores nos encontramos con dificultad de posicionar la masa de corrección en el ángulo indicado, debido a diseños de los rotores en un determinado número de alabes o aspas. Para ello se deben de distribuir la masa durante el balanceo de campo. Tarea Parcial Equipos y Datos de trabajo Nº Está ahora en la ventana de: RESULTADO DE LA Anote los resultados: CORRECCION Ponga en marcha el rotor después de colocar el peso de corrección.

7

Magnitud _____ mm/s Fase _______ grados

Presione ENTER para medir el resultado de la 1ra. Corrección.

¿Mejoro o empeoro la vibración en la máquina? (es excelente, aceptable o fuera de calidad), ¿Cómo establecer?

Apague el rotor después grabar los resultados. Para confirmar los resultados y pasar al siguiente paso presione a la derecha (continuar).

Está ahora en la ventana de: PRIMER AFINAMIENTO Anote los datos para el afinamiento. Establezca la calidad de balanceo según ISO 1940/1 (Consulte la tabla de calidad)

8

__________________

1.

Masa _________ gramos Angulo ________ grados Calidad “G” de balanceo: _______ Desbalance residual permisible(e): Por calculo ____g-mm/kg

Por tabla _____ g-mm/Kg Calcule el valor del desbalance residual permisible en g-mm/Kg (e). Si va a afinar el resultado de la 1ra. Corrección, ¿Sera necesario afinar el desbalance residual? selección la opción conveniente. _____ ¿Por qué? ________________________________

Instale la masa de afinamiento en el ángulo correcto. Ponga en marcha el rotor después de colocar el peso. Presiones ENTER para medir el resultado de la 2da corrección.

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219

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Nº

Tarea Parcial Está ahora en la ventana de MEDICION CON EL PESO DE AFINAMIENTO Presione ENTER.

Equipos y Datos de trabajo Anote los resultados: Magnitud _________ mm/s

Fase ____________ (°)

Masa ___________ gramos (°)

Ángulo____________

09 Informe los resultados al profesor.

Resultado final de balanceo:

eper _________ g-mm/Kg

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y

Calidad “G”________

220