ALI NEAM I ENTO DE EQUIPOS EQUIPOS ROTATIVOS ROTATIVOS INTRODUCCION
A pesar de existir una gran cantidad de literatura sobre el tema de alineamiento de maquinaria, no siempre se llenan esos vacios prácticos que requiere en gran parte el personal involucrado en el mantenimiento y montaje de la maquinaria que existe en la industria nacional. Aunque proliferan muchos métodos y técnicas de alineamiento, su aplicación no siempre es posible, por cuanto las condiciones de servicio, ambiente o disponibilidad de las máquinas no lo permiten. La mayoría de fabricantes de maquinaria consideran que q ue el usuario o encargado del montaje de la máquina, tienen el conocimiento necesario para realizar un alineamiento confiable y con la precisión que requieren las máquinas modernas, aunque en la mayoría de las veces ésto no se cumple en la realidad. Existe la teoría popular popula r que los acoples acople s flexibles utilizados absorven cualquier desalineamiento y por lo tanto no se requiere mucha precisión. Sinembargo, en la práctica, la mayoría de los acoples solo tienen capacidad para absorber algunas cargas axiales y muy poca resistencia angular, lo cual induce y trasmite a la maquinaria problemas que incrementan los paros imprevistos, acortan la vida útil, aumentan los costos de mantenimiento, y lo que es más grave, ocasionan pérdida de producción. Algunas empresas preocupadas por el alto consumo de sellos mecánicos han recomendado evaluar su rendimiento y relacionar los desgastes excesivos con problemas en la maquinaria. Por eso recientes estudios concluyen con cluyen que las condiciones c ondiciones de alineamiento inciden directamente en la vida útil de los sellos mecánicos en las bombas centrífugas. Un fenómeno muchas veces ignorado, es el comportamiento dinámico de la maquinaria, el cual involucra los cambios térmicos producidos por las condiciones de operación, las diferenciales de presión, los esfuerzos de las estructuras, las condiciones de resonancia del sistema, etc., que afectan el alineamiento estático o en frío.
MVJ
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ALINEAMIENTO
FUNDAMENTOS Cuando en dos o más máquinas la línea central de sus ejes coinciden entre sí, es por que están correctamente alineadas. Sinembargo, en la práctica es muy común encontrar que la línea central de sus ejes forman un ángulo o están desfasadas, condición a la cual se le llama desalineamiento. En algunos casos las instrucciones de alineación suministradas por los fabricantes de equipos y acoples dan la impresión que el desalineamiento dentro de los límites del acople es perfectamente aceptable. Cualquier movimiento transmitido a través de los ejes causa serias averías al comportamiento de la máquina y para evitarla debe establecerse con precisión los cambios que soportan las máquinas desde sus estados en frío hasta su operación del normal funcionamiento. Al conocer estos cambios se considera que al dejar desalineadas las máquinas en condiciones ambiente cuando adquieren su estado de funcionamiento dinámico, sus ejes queden alineados, es decir que la línea central de sus ejes coinciden entre sí.
TI POS DE DESAL I NEAM I ENTOS Las formas más generales para describir el desalineamiento, entre los ejes de dos máquinas son: a. Desalineamiento paralelo b. Desalineamiento angular c. Desalineamiento combinado (paralelo angular).
CORRECCI ON DEL DESALI NEAM I ENTO Desali neami ento paral elo Este tipo de desalineamiento es la distancia perpendicular entre la línea central de un eje y la misma línea del otro eje. Este se corrige sencillamente al mover paralelamente la máquina. Desalineamiento angular Este ocurre cuando la línea central de los ejes forman un ángulo entre sí. Su corrección requiere desplazamiento a través del ángulo formado y translación paralela.
Desali neami ento combinado (paral elo angul ar) Es el más común de los desalineamientos y es la combinación de los dos tipos anteriores.
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El grado de desalineamiento entre dos máquinas puede definirse como la condición existente entre la zona de desalineamiento. Este no debe exceder los valores máximos permisibles establecidos. Cualquier desalineamiento entre los ejes de las dos máquinas, puede ser considerado en términos de sus parámetros de alineamiento básico: Paralelismo horizontal Paralelismo vertical Angularidad horizontal Angularidad vertical Debe tenerse en cuenta que el objetivo del alineamiento es la colinealidad de los ejes de la máquina y no de los acoples.
ALISTAMIENTO El alistamiento consiste en tomar todas las precauciones necesarias que permitan el fácil manejo de las máquinas para ejecutar los movimientos indicados en el proceso de la alineación. El alistamiento siempre se manifiesta como defecto, falla o daño a veces catastrófico, lo que ocasiona cuantiosas pérdidas las cuales pueden minimizarse o evitarse si se precisa una alineación de ejes adecuada. Es esencial para la óptima alineación, el perfecto estado de las superficies de contacto entre la máquina y su base. La falta de planitud y paralelismo entre estas caras es causa de tensiones de montaje en las patas de las máquinas cuando se aprietan los tornillos de anclaje. Desigualdades en altura en la superficie de la base, caras inferiores de las patas con suciedad o corrosión, hacen que las máquinas se apoyen únicamente sobre tres patas, condición denominada ¨Pata coja¨. Antes de iniciar el alineamiento se debe co rregir la cojera (máximo permisible). 003¨)
H ERRAM I ENTAS DE MEDI CION Entre las herramientas más usadas para la medición de las condiciones de alineamiento están el indicador de carátula y los equipos ópticos que utilizan el rayo láser como fundamento.
I NDI CADOR DE CARATULA Instrumento de precisión utilizado para evaluar cuantitativamente las posiciones de los ejes en condiciones estáticas. El indicador de carátula funciona mediante un eje llamado pistoncillo, el
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cual se mueve hacia adentro o hacia afuera, cuyo desplazamiento es medido en la escala graduada con una precisión hasta de media milésima de pulgada (0.0005¨). El pistoncillo del indicador cabalgará alrededor de la manzana de un acople opuesto y mostrará en su dial la cantidad en milésimas de pulgada o equivalente, la posición de un eje con respecto al otro.
PREPARACI ON Y ALI STAM I ENTO BASI CO
Soportes para i ndi cadores Hay una gran variedad para soportes de indicadores y quizá existe uno para cada tipo de máquina. Sinembargo, cualquiera que sea el tipo de soporte, este debe estar libre de flexiones y pandeos para evitar los errores en la toma de lecturas. Debe procurarse un soporte con la suficiente rigidez cuando hay separaciones entre ejes, para mantener confiabilidad en las lecturas obtenidas. Evitar el uso de soportes flexibles, así como el sistema de bases magnéticas, cuando se mueven los ejes. Es aconsejable la medición de la deflexión de cada soporte para no crearse confusiones durante el desarrollo de la toma de lecturas de indicadores.
Pern os o ¨ gatos¨par a r eali zar los movi mi entos. Para realizar los movimientos de las máquinas es aconsejable ulizar tornillos¨gatos¨que se roscan en la platina de soporte. Este sistema permite los movimientos puntuales y evita desajustes cuando se corren las máquinas.
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Pl atinas par a ¨ gatos¨ . Para realizar los movimientos de las máquinas es necesario disponer de platinas adecuadas para los tornillos ¨gatos¨con que se mueve cada una de las patas de la máquina. Generalmente debe instalarse uno por cada dirección de cada pata de la máquina. Si es posible atornillarlas a la base, pues el soldarlas dificulta la instalación de los shims.
Cal zos o Shi ms. Para corregir la posición vertical de las máquinas es necesario utilizar láminas delgadas, llamadas Shims, para calzar cada pata de la máquina con el espesor necesario. Comercialmente se consiguen en espesores que van desde 0.001¨hasta 0.125¨.Cuando es necesario instalar calzas por más de .125¨es conveniente reemplazarlos por una platina de ese espesor.Igualmente es aconsejable dejar por lo menos 1/16¨en shims por cada pata de la máquina para efectuar los ajustes futuros. Cuando se fabrican los shims se debe tener el cuidado de rematar las rebabas y redondear las puntas para evitar cortaduras al manipularlos. Se deben recortar a la medida de las patas y no más pequeños que éstas. En el momento de instalar los shims se debe evitar que queden montados unos con otros. También se debe evitar los ¨colchones¨ de calzas, reemplazándolos por un calzo grueso.
Nivelaci ón de la máquina. Para lograr un buen alineamiento es importante hacer una correcta nivelación de la máquina principal y su estructura de apoyo. Al realizar el montaje de una máquina debe comenzarse por su nivelación para garantizar la facilidad de los ajustes una vez la máquina entre en operación. La máquina moderna, por su relación de peso, es muy sensible a los cambios de nivel y conviene precisar la nivelación antes de realizar el alineamiento final. Para lograrlo debe utilizarse niveles de precisión que se colocan sobre los ejes de las máquinas y cuya lectura establece la posición paralela con el nivel del suelo y la fundación de concreto.
Patas cojas.
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Con la ayuda del indicador de carátula, debe revizarse cada pata de la máquina para comprobar que todas ellas estén ubicadas en el mismo plano y evitar que alguna pueda hacer ¨cojear¨ la máquina.
Excentr ici dades y fl exi ones. Debe comprobarse la concentricidad de los acoples con respecto a los ejes de las máquinas. En ocasiones este factor no solo produce lecturas erróneas sino desbalanceo dinámico en la máquina. Igualmente debe medirse el eje de cada máquina para verificar que no existen torceduras o flexiones excesivas que puedan provocar defectos tanto en el alineamiento como en el funcionamiento de las máquinas.
ALI NEAM I ENTO ESTATICO Para realizar el alineamiento estático debe escogerse una de las dos máquinas como máquina móvil. Para esto se tiene en cuenta cual se debe dejar nivelada y también cual es más fácil mover (la que tiene menos tubería, la más liviana, etc.)
Generalidades. Toda operación de alineamiento, efectuada racionalmente, supone por lo menos tres pasos principales:
Medición de las magnitudes y direcciones de las desalineac iones. Cálculo de los desplazamientos de corrección. Efectuar estos movimientos.
Además en algunas máquinas es necesario determinar y aplicar desplazamientos para compensar las dilataciones térmicas relativas de un elemento de máquina con relación a otro.
M ETODOS DE AL I NEACION Mé todo de borde r ecto. El método de alineación más primitivo, todavía útil en algunos casos, consiste en el uso de una regla biselada de precisión, aplicada alrededor de los bordes del acoplamiento. Como un paso preliminar para una alineación basta, sigue siendo una operación recomendable. Pa ra máquinas lentas, accionadas con poca frecuencia y por cortos periodos, puede ser todo lo que se necesita.
Mé todos uti lizando el indi cador de carátula.
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El indicador de carátula es la herramienta mecánica básica para realizar el alineamiento. Este mide las distancias y desplazamientos en milésimas de pulgada o en centésimas de milímetro. El indicador debe sujetarse firmemente en la manzana del acople o en el eje y luego se desliza sobre el acople opuesto, una vuelta completa, tomando lecturas cada 90 grados para registrar los desplazamientos con respecto al eje central. Al volver al punto inicial el indicador debe tener la misma lectura con que inició el giro. Se debe tener el cuidado que el eje del indicador quede perpendicular al borde del acople cuando se mira paralelismos y perpendicular a la cara del acople cuando se mira angularidades. Al desplazar el indicador desde el punto 0 grados en la parte superior, hasta el punto 180 grados en la parte inferior, se obtiene la lectura total del indicador (T.I.R.) , esto es, dos veces la lectura real de distancia entre ejes. Lo mismo ocurre en la posición horizontal.
0 T
L
0.005"
R
B 0.010"
T.I.R.
La suma de las lecturas verticales debe ser igual a las sumas de las lecturas horizontales. l + R = T + B Esto sirve para comprobar que los indicadores están registrando correctamente las lecturas. Cuando no se obtiene la anterior igualdad, se deben revisar los acoples, el indicador, los soportes, etc. Es importante considerar la deflexión de los soportes.
M ÉTODO DEL I NDI CADOR I NVERTI DO. Toma de lecturas Para la toma de lecturas con los indicadores, cuando se utiliza el método de indicador invertido, se coloca primero el soporte en el eje de ¨A¨ y el indicador hace el barrido en el eje ¨B¨. Luego se coloca el soporte en el eje de “B” y el indicador hace el barrido en el eje “A”. Para determinar la dirección de las diferentes lecturas, el operario se ubica detrás de la máquina estacionaria y mira hacia la máquina móvil (ver Fig. Nº4)
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B
Fig. Nº4 Todas las lecturas serán tomadas girando los dos ejes hacia la derecha del eje de la máquina estacionaria (A). Esto es importante por cuanto la interpretación y los cálculos se harán teniendo en cuenta que las med iciones se han realizado todas hacia la derecha de “A” o sea de la máquina estacionaria. Esta toma de lecturas se hará siempre en cada eje y cada 90º, girando lentamente los ejes para que las lecturas sean confiables. Ahora es necesario conocer las distancias horizontales entre los sitios donde se hizo el barrido con el indicador, cuya distancia es D1. Luego, desde el acople de “A” y en el sitio donde se colocó el indicador hasta la pata más cercana de la máquina “B” que va a ser movida, cuya distancia es D2. Por último, desde el mismo sitio de la máquina “A” hasta la pata lejana de la máquina “B” que va a ser movida, está distancia es D3. (Ver Fig. Nº 5).
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MAQ. MOVIL MAQ. ESTACIO B
A Pc
Pl
D 1 D 2 D 3
Fig. Nº 5
I nterpretación Gr áfica Con un ejemplo vamos a ver como se calculan gráficamente los desplazamientos de corrección del alineamiento. Las lecturas obtenidas, con indicador, son las siguientes:
0
+5
A A
0
-15
+14
B BB
+6
+20 -10
Lo anterior significa que esas son las lecturas q ue registra el indicador en condiciones ambiente o estáticas. Necesitamos ahora saber la posición real de los ejes, la cual se obtiene así: V 1 = Vertical Real T = Arriba
B = Abajo
H 1 = Horizontal Real R= Derecha
L = Izquierda
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V 1 =
B – T 2
y
H 1 =
R – L 2
reemplazando tenemos:
V 1 =
B – T = (-10) – (0) = - 5 (en A )(+20) – (0) = +10 ( en B ) 2 2 2
H 1 =
R – L 2
= (-15) – (+5) = -10 (en A ) 2
(+6) – (+14) = -4 (en B ) 2
Ahora en una hoja de papel cuadriculado dibújese una línea gruesa que representa el eje de la máquina “A” y un punto para marcar el acople. Acople A
Luego escójase una escala horizontal para las distancias de acoples (D1 ) y las distancias entre el acople de A y la pata cercana de B (D2 ) y el acople de A y la pata lejana (D3 ).
A
Acople A
Acople B
Pata cercana
Pata lejana
D1 D2 D3
a) Vertical Marque con un punto arriba o abajo del acople “A” a una distancia equivalente al valor V 1 de acuerdo al signo algebraico. Repita esta operación para el acople “B” sobre la línea de proyección de la máquina “A” y cuidando el signo algebraico. Tenga en cuenta que para “A” sí es negativo se dibuja abajo y si es positivo se dibuja arriba. Cuando localice “B” con respecto a “A” el valor negativo se dibuja por encima de la línea de proyección y el valor positivo se dibuja por debajo de la misma línea. Observe la gráfica:
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Arriba Acople A
V 1 = -5
5 mils
V 2 = +10
10 mils
Abajo
Una vez se establecen estos dos puntos, se puede graficar la posición del eje “B” con respecto al eje “A” al unirlos mediante una línea:
V 1 = -5
V 2 = +10
5 mils
Arriba
Abajo
10 mils
Ahora bajamos una perpendicular a la línea de proyección del eje “A” desde el punto donde ubicamos la pata cercana de “B” hasta que nos corte la línea que trazamos para unir los dos puntos y que nos está representando el eje “B”. En está intersección ubicamos la posición relativa de la pata cercana de “B” con respecto a “A” y hacemos lo mismo desde el punto donde esta ubicada la pata trasera y con esto podemos determinar las distancias que deben correrse (subir o bajar ) las patas de la máquina móvil “B”, para que queden alineadas las máquinas.
5 mils
10 mils
Pc
Pl
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b) Horizontal Para la expresión gráfica de las posiciones horizontales, el proceso es similar al de la posición vertical. Trace una línea para graficar el eje de la máquina “A” y “B”. Escoja la escala que le permita conocer la posición relativa en el plano horizontal. Mediante la fórmula de H 1 =(R-L)/2 encuentre el valor para cada eje, luego coloque el punto respectivo según el signo algebraico encontrado. Tenga en cuenta que para “A” sí es negativo se dibuja abajo (derecha) y si es positivo arriba (izquierda). Cuando localice “B” con respecto a “A”, si es negativo se dibuja arriba y si es positivo se dibuja debajo de la línea de proye cción. Con estos dos puntos establecidos se unen mediante una línea y se proyecta sobre las distancias D2 para Pc y D3 para Pl. Al medir éstas con respecto a la línea de proyección sabemos cuánto debe corregirse la máquina que va a ser movida para dejarla alineada. Volviendo al ejemplo tendremos para el plano horizontal:
Pl Izq. Pc A
4 mils
B
10 mils
Der.
Expr esión M atemáti ca El proceso anterior se puede calcular mediante fórmulas matemáticas que se obtienen por similitud de triángulos de la proyección de los ejes con su posición relativa (ver Fig.Nº6).
Realización de los movi mi entos Los movimientos verticales se hacen agregando o retirando shims en las patas de la máquina a mover. Si el resultado es positivo calzamos y si da negativo retiramos calzas.
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Los movimientos horizontales se hacen desplazando la máquina móvil por medio de los tornillos gatos ( si dispone de ellos), o si no palanqueando la máquina y en últimas con golpes, evitando golpear directamente con el martillo. Si el resultado es positivo desplazamos la pata hacia la izquierda y si da negativa corremos la pata hacia la derecha. Es aconsejable realizar primero los movimientos horizontales y después calzar verticalmente.
M ETODO DEL I NDI CADOR INVERTIDO
MAQ. ESTACIO
MAQ. MOVIL B
A
D 1 D 2 D 3 A V 1
V 2
Pl
V 1 = TI R A /2
B
V 2 = TIR B /2 + V 1 Pc = Pata cercana
Fig. Nº 6
Pc = V 2 (D 2 /D 1 ) - V 1
Pl = Pata lejana TI R=L ectura Total de I ndicador
Pl = V ) - V 1 2 (D 3 /D 1
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Mé todo Combi nado Radi al- Ax ial
Este método consiste en tomar lecturas; con el indicador de carátula, en el borde y en la cara de cada uno de los acoples ( o de los soportes) cada 90º y posteriormente hacer los cálculos de corrección por medio de fórmulas matemáticas que se obtienen por similitud de triángulos de la proyección de los ejes de acuerdo con su posición.( ver fig. Nº 7 y 8) En este método las lecturas pueden ser tomadas en el acople de la máquina fija o en el acople de la máquina móvil. Como se puede observar en las figuras 7 y 8 las dimensiones D 2 y D3 varían, dependiendo del acople donde estemos tomando las lecturas. Si estamos leyendo en el acople de la máquina fija, la distancia D2 la tomamos desde el acople de la máquina fija, hasta la Pata cercana de la máquina móvil. Y la distancia D3 la tomamos desde el acople de la máquina fija, hasta la Pata lejana de la máquina móvil. Si estamos tomando las lecturas en el acople de la máquina móvil, la distancia D2 la tomamos desde el acople de la máquina móvil, hasta la Pata cercana de ésta misma. Y la distancia D3 la tomamos desde el acople de la máquina móvil, hasta la Pata lejana de ésta misma. Al tomar la lectura axial ( c ), se debe tener la precaución de eliminar el movimiento axial de los ejes durante la medición, de lo contrario podemos errar en los cálculos de corrección. El diámetro ( d ), corresponde al diámetro de la circunferencia que me describe el indicador sobre el acople en el momento en que tomo las lecturas axiales. Generalmente se toma el mismo diámetro exterior del acople, ya que el indicador se debe colocar lo más próximo a la periferia de éste. Para las correcciones tanto verticales como horizontales tomamos las mismas convenciones que en el método del indicador invertido.
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M ETODO COM BI NADO ( RADIAL - AXI AL ) LEYENDO EN A c
V1
MAQ. ESTACIO d
M. MOVIL
A
B Pc Pl
D2
D3
Pc = D2. c/d - V 1
c = lectura en la cara d = diám. acople V 1 = TIR/2 Pc = Pata cercana
Pl = D3. c/d - V 1
Pl = Pata lejana TIR = Lectura Total de Indicador
Fig. Nº 7
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M ETODO COM BI NADO ( RADIAL - AXI AL ) LEYENDO EN B c
MAQ. ESTACIO
V1
d
M. MOVIL
A
B Pc Pl
D2
D3
Pc = D2. c/d + V 1
c = lectura en la cara d = diám. acople V 1 = TIR/2 Pc = Pata cercana
Pl = D3. c/d + V 1
Pl = Pata lejana TIR=Lectura Total de Indicador
Fig. Nª 8
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PRECI SI ON DEL ALI NEAMI ENTO
La tabla que se presenta a continuación sugiere tolerancias de alineamiento cuyos valores son basados en la experiencia y no se deben exceder. Deben ser utilizados solamente si las normas o las especificaciones del fabricante de la máquina o acople no establecen ningún otro valor.
TOLERANCIA
Cojera
Acopl es cortos flexibl es Paralelismo
Angularidad (diferencia de espaciamiento en el borde del acople por 10” de diámetro)
R.P.M.
Milésimas de pulgada
Cualquiera
3.0 (mils)
600 900 1200 1800 3600 7200
Aceptable 9.0 6.0 4.0 3.0 1.5 1.0
600 900 1200 1800 3600 7200
15.0 10.0 8.0 5.0 3.0 2.0
600 900 1200 1800 3600 7200
3.0 2.0 1.5 1.0 0.5 0.25
Excelente 5.0 3.0 2.5 2.0 1.0 0.5 10.0 7.0 5.0 3.0 2.0 1.0
Acoples con espaciador es. Paralelismo (por pulgada de longitud del espaciador).
1.8 1.2 0.9 0.6 0.3 0.15
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CONFI ABILI DAD DEL ALI NEAMIENTO Para que un alineamiento sea confiable y rápido se deben tener en cuenta los siguientes puntos: 1) Los soportes deben estar instalados correctamente y las bases deben ser paralelas con respecto a los ejes de las máquinas. 2) La máquina debe estar libre de esfuerzos de tubería. Esto se logra con el uso de soportes, brazos, juntas de expansión, resortes, etc. 3) Las máquinas deben estar firmemente apoyadas en la base de montaje con igual carga en cada soporte. Un juego suficiente deberá ser previsto en los agujeros de las patas de las máquinas, con respecto a los tornillos, para permitir movimientos adecuados en futuros ajustes. 4) Los soportes de las máquinas y las bases de los cojinetes deben estar a escuadra con respecto a cada uno de ellos. Estos deberán estar libres de rebabas, virutas y otras imperfecciones. 5) Los calzos deben dar un enlace muy firme y sólido entre la máquina y su base. Lo mejor es una laina laminada sólida y densa. 6) Las máquinas deben ser inspeccionadas visualmente y probadas entonces para detectar (a) acolchonamientos o cojeras en los apoyos y (b) esfuerzos en la tubería. a) Al chequear acolchonamiento o cojera en el apoyo de la máquina, ésta debe estar atornillada a la base. Cada apoyo es chequeado con el indicador de carátula o con el Optaling, todos y cada uno. Si el movimiento excede de 3 mils. es indicación de acolchonamiento o cojera en el apoyo. Los calzos deberán ser afirmados y apretados uniformemente. b) Al chequear esfuerzos de tubería se debe colocar el indicador de carátula o el Optalign monitoreando tanto la posición vertical como la horizontal del eje. Las bridas deben ser apretadas observando continuamente las lecturas del indicador o del computador. Un movimiento que exceda de 5 mils. es considerado excesivo y debe ser corregido. El alineamiento se hace con la tubería suelta, entonces se aprieta ésta y se comprueban los esfuerzos. 7) Los soportes de los indicadores deben ser hechos y agarrados al acople de tal manera que la deflexión sea minimizada. Si ésta no se puede eliminar se debe contabilizar para los cálculos.
