alineamiento

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Área de Ingeniería Mecánica - I. de Diseño Mecánico Prácticas de Mantenimiento Industrial

Práctica 6 Hoja 1 de 16

TÍTULO:

Alineación de árboles ÍNDICE:

1. OBJETIVOS ............................................................... ...................................................................................... ....................... 1 2. MATERIAL Y EQUIPOS ................................................................. 1 3. DESCRIPCIÓN ................................................................................. ................................................................................. 2 3.1. Concepto de alineación y tipos de desalineamiento .................. 2 3.2. Métodos de alineamiento. alineamiento. .......................................................... 3

4. DESARROLLO ................................................................................. 5 4.1. Alineación mediante reloj radial y galgas (o micrómetro)........ 5 4.2. Alineación mediante relojes radiales alternados....................... 7 4.3. Sistema de alineamiento por láser Optalign.............................. 8 4.4. Anexo: Verificación y corrección del error de flecha radial. Calibrado de los útiles. ............................................................. 9

5. FICHA DE TRABAJO .................................................................... 11 5.1. Alineación mediante galgas y reloj comparador ..................... 12 5.2. Alineación mediante relojes comparadores alternados........... 14 5.3. Alineación mediante rayo láser ............................................... 16

1.

Objetivos

El objetivo de esta práctica es mostrar al alumno la necesidad de una adecuada alineación entre ejes en máquinas rotativas, y conocer y utilizar los métodos más usuales para la realización de dicha alineación: • Alineamiento mediante galgas y reloj comparador • “ “ relojes radiales alternados • “ “ rayo láser

2.

Material y equipos

• De aula Esta práctica se realizará en el aula de Prácticas del Área de Ingeniería Mecánica, donde se dispone de sistemas mecánicos para alinear y del utillaje necesario para realizarlo: galgas, flexómetro, relojes comparadores con sus soportes y el equipo de alineamiento con láser Optalign. • Del alumno Dispondrá de las Fichas de Trabajo que se presentan en el punto 5 de esta Guía. Además es necesaria la utilización de útiles de dibujo y calculadora.




3.

Descripción

3.1. Concepto de alineación y tipos de desalineamiento

La alineación es el proceso mediante el cual la línea de centros del eje de un elemento de maquinaria, por ejemplo un motor, se hace coincidir con la prolongación de la línea de centros del eje de otra máquina acoplada a ella, por ejemplo, una bomba. El alineamiento es una técnica que busca la calidad en el montaje de las máquinas rotativas. Sus fines son: • Lograr un buen posicionamiento entre ejes. • La eliminación de esfuerzos no deseados. • La descarga de los órganos de apoyo de los equipos. • La duración del servicio. • Ahorro económico por disminución de roturas, deterioros y stocks de almacenamiento. • Mayor disponibilidad de servicio. La falta de alineamiento ocasiona excesivas fuerzas axial y radial en los cojinetes, lo cual conlleva: • Recalentamiento y desgaste prematuro de los cojinetes. • Sobrecargas en el motor. • Desgaste prematuro en las empaquetaduras o sellos mecánicos del eje. • Posibilidad de rotura del eje debido a fatiga. • Chirridos y ruidos extraños. • Vibraciones, las cuales son a su vez causa del desalineamiento, creando un círculo vicioso que termina por arruinar el equipo. Los posibles desalineamientos (desviaciones de la condición de alineamiento ideal) que se pueden presentar se representan en la figura 1 y son: • Radial o Paralelo (ejes desplazados paralelamente). • Angular (ejes angulados entre sí). • Combinación de los anteriores. Toda operación de alineamiento que se efectúe de forma racional debe seguir, al menos, los 4 pasos siguientes: •

Medición de las magnitudes y dirección de las desviaciones (debidas a los desplazamientos paralelos y angulares de los ejes en los planos vertical y horizontal).

•

Cálculo de los desplazamientos de corrección.

•

Efectuar dicho desplazamiento.

•

Comprobar la alineación.




Figura 1. Tipos de desalineamiento 3.2. Métodos de alineamiento.

Para corregir los diferentes tipos de desalineación existen diferentes métodos entre los que se pueden destacar, de menor a mayor precisión, los siguientes:

Regla y nivel.

Reloj radial y galgas (o micrómetro). Cara y borde (reloj radial y axial).

Indicadores alternados (relojes radiales en ambos ejes). Reloj radial y dos relojes axiales a 180º. Relojes axiales.

Sistema de rayo láser. En negrita se destacan los que se van a utilizar y a comentar a lo largo del desarrollo de la práctica. 3.2.1. Regla y nivel

Es un sistema de alineamiento rápido, utilizado en los casos en los que los requisitos de montaje no son exigentes, dado que es poco preciso. El proceso de alineamiento es como sigue: ♦

Los ejes, con los platos calados, se aproximan hasta la medida que se especifique.

♦

Con una regla de acero y un nivel, se sitúan en las generatrices laterales que podemos denominar Este y Oeste (o 3 y 9) y se irá corrigiendo hasta que los consideremos alineados. Se comprueba el paralelismo de los platos midiendo en cuatro puntos a 90

♦

Figura 2. Método de regla y nivel

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Si en el plano Norte-Sur no tenemos el nivel a cero, quiere decir que el

°.



mecanismo está “CAÍDO” o “LEVANTADO”, por lo que habrá que colocar forros donde se necesite para que los dos platos queden paralelos. 3.2.2. Reloj radial y galgas (o micrómetro).

Se dispone de un útil con reloj para medida de valores radiales, y de galgas (en acoplamientos próximos) o micrómetro (en acoplamientos con separador) para medida de la oblicuidad de los ejes. Es un método de gran sencillez y ligereza de útiles, por lo que es muy utilizado. 3.2.3. Indicadores alternados (relojes radiales en ambos ejes).

Se disponen dos relojes radiales. Más exacto que el anterior, permite determinarr desalineamientos radiales y angulares con sólo medidas radiales. Esta ausencia de medidas axiales evita interferencias debidas al posible desplazamiento axial en ejes flotantes. La alineación con este método es posible gracias a que se definen las posiciones relativas de las líneas de ejes. Problema: requiere útiles largos para mejor valoración y apreciación de los desalineamientos. 3.2.4. Sistema de rayo láser.

Es el método más preciso para el alineamiento (Figura 3). El equipo a utilizar es el OPTALIGN, de Prüftechnik AG. Consta de una unidad Láser/Detector, que montada en el eje de la máquina estacionaria, emite un rayo láser, que es dirigido al prisma montado en el eje de la máquina que debe ser movida; donde es reflejado hacia el detector. Un computador recibe la información del detector y suministra todos los datos necesarios para un alineado preciso. El láser es de semiconductores GaAl-As, y emite luz en la zona del rojo visible (longitud de onda 670 nm). Su potencia es del orden de pocos mW.

Figura 3. Alineamiento con rayo láser Ventajas:

• Rapidez de montaje. • Elimina voladizos de los útiles (inducen errores). • Realiza todos los cálculos automáticamente hasta dar los valores de corrección.

Área de Ingeniería Mecánica - I. de Diseño Mecánico Prácticas de Mantenimiento Industrial • Elimina errores de excentricidad.



• Elimina errores de huelgo axial. • Elimina errores de lectura. • Valora directamente posiciones de eje. Como inconvenientes cabe destacar: • • • • •

4.

No se puede medir cuando uno de los ejes no puede girar. El láser puede ser desviado por corrientes térmicas o de vapor. Sus componentes son sensibles a los ambientes con suciedad. Requiere revisiones de la casa para garantizar los resultados. Requiere una formación y una adaptación del operario.

Desarrollo

4.1. Alineación mediante reloj radial y galgas (método Brown-Boveri).

En primer lugar se busca corregir la desalineación angular con la ayuda de las galgas . El objetivo es que los dos platos del acoplamiento estén en el mismo plano También se pretende, con las dieciséis medidas, compensar los errores de medida debidos a huelgo axial; sino con cuatro medidas bastaría. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Se mide con las galgas la distancia entre los platos del acoplamiento en las posiciones que hemos denominado “izquierda”, “derecha”, “arriba” y “abajo”. 2. Se mueven conjuntamente los dos árboles 90º, repitiendo las 4 medidas del paso anterior. Se opera igual para 180º y 270º. 3. Los valores así obtenidos se colocan en una tabla como la siguiente y se calculan los promedios. Izda Medida 1: 0º Medida 2: 90º Medida 3: 180º Medida 4: 270º Suma=(1+2+3+4)

Dcha

Arriba

Abajo Arriba

Izda

Media=(1+2+3+4)/4

Dcha

Abajo

4. Se conseguirá el alineamiento si: Izquierda = Derecha = Arriba = Abajo. Puede suceder que el plano del plato no sea perpendicular al eje, lo que puede generar otro tipo de error llamado “error de plano” . Este error se detecta una vez hecha la corrección al tomar de nuevo la serie de medidas indicadas en el punto 3. Si la media de las cuatro columnas coincide (confirmando que el desalineamiento angular se ha corregido), pero no coinciden los valores de las columnas para cada medida, hay error de plano.

Área de Ingeniería Mecánica - I. de Diseño Mecánico Prácticas de Mantenimiento Industrial En la práctica se corrigen primero los errores angulares en el plano vertical y



luego en el horizontal. Es decir, primero corregimos verticalmente un ángulo arriba = abajo , y después corregimos horizontalmente un ángulo izquierda. (Figura 4).

Plano vertical

Plano

α para que

derecha =

β para que

horizontal

Figura 4. Corrección del desalineamiento angular Una vez corregida la desalineación angular se busca corregir la desalineación radial utilizando un reloj comparador. Primeramente se instala un montaje como el de la figura 5 que permita medir la posición relativa del eje B respecto al A:

Figura 5. Medida de la desalineación radial con reloj comparador 1. Los platos se giran conjuntamente y se lee el marcador en las posiciones izquierda, derecha, arriba y abajo. Las medidas indicarán una posición correcta de B respecto de A si se cumple: izquierda = derecha = arriba = abajo 2. Es conveniente repetir para medir la posición relativa del eje A respecto a B. En la figura 6 se indica lo que se mide cuando se utiliza un reloj comprador. Se tiene un árbol B desalineado hacia abajo una distancia H respecto del árbol A. La base del reloj está sobre el eje B; por tanto éste es el referente que se toma para la medida. La diferencia entre las medidas en ambas posiciones, es la diferencia de lectura del reloj. Así : (R-H) – (R+H) = -2H

Es decir, si en la posición 1 el reloj se pone a cero, en la posición 2 el reloj marcará –2H, lo que significa que se lee el doble de la desalineación existente entre ambos árboles.


Medida en Posición 1



R+H

R+H

R

Eje A

H

R H

Eje B

R- H

Medida en Posición 2 R-H

Figura 6. Significado de la lectura de un reloj comparador 4.2. Alineación mediante relojes radiales alternados.

La desalineación en este método se determina gráficamente definiendo las posiciones relativas de las líneas de ejes. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Marcar sobre la superficies de uno de los semiacoplamientos un punto de referencia y otros 3 más a 90º, 180º y 270º, respectivamente. 2. Montar dos relojes comparadores, uno con su palpador apoyado en el exterior de un plato y su soporte asegurado en el eje de la otra máquina, ocupando la posición de 0º, y el otro colocado en la dirección contraria y en la posición de 180º (ver figura 7). 3. Anotar las lecturas que se obtienen en ambos relojes comparadores en las posiciones de 0º, 90º, 180º y 270º en el lugar correspondiente de la ficha de trabajo. 4. Se procede a la determinación de la desalineación en el plano vertical (figura 8). Sobre el papel milimetrado, se traza el árbol EI de la máquina estacionaria en una posición arbitraria, situando respecto a él la posición de los platos PI y PII y de sus apoyos.




Figura 7. Montaje para el alineamiento con dos relojes comparadores

Figura 8. Alineamiento en el plano vertical con relojes alternados 5. Con las lecturas en las posiciones 0º y 180º del reloj RII conocemos la distancia dII (posición relativa del eje EII respecto del eje EI en el plano de medida PI), de forma que podemos situar el punto II. 6. Con las lecturas en las posiciones 0º y 180º del reloj RI conocemos la distancia dI, (posición relativa del eje EI respecto del eje EII en el plano de medida PII), de forma que podemos situar el punto I. Uniendo los puntos I y II definimos la proyección sobre el plano vertical del eje EII. De esta forma obtenemos la posición relativa del eje EII respecto al EI. Si situamos ahora sobre EII sus apoyos podremos ver gráficamente las distancias CI y CII, que representan las correcciones en los apoyos de EII necesarias para un correcto alineamiento. 7. De forma análoga, pero considerando las lecturas de las posiciones 90º y 270º, se procede al alineado en el plano horizontal. 4.3. Sistema de alineamiento por láser Optalign

El procedimiento para alinear con este equipo se sigue fácilmente a través de las Hojas de Protocolo como las que se adjuntan en la Ficha de Trabajo, y es el siguiente: 1. En primer lugar se procede al ajuste del emisor/detector y del prisma. Tanto el sistema transductor, que contiene al láser y al detector de posiciones, como el prisma, se deslizan y posicionan sobre las columnas de las fijaciones. El rayo láser visible facilita el ajuste inicial del prisma, incluso a grandes distancias, buscando su reflexión en el detector de posiciones. El detector emite las coordenadas de recepción del rayo láser al computador (tecla “M” de medida pulsada), solamente cuando el rayo reflejado por el prisma cae dentro de su

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Práctica 6

Prácticas de Mantenimiento Industrial campo interior linealizado (figura 9). Su resolución es de 1

Hoja 9 de 16 µm.


Figura 9. Computador y posibilidades de incidencia del rayo sobre el detector

2. Pulsando la tecla “DIM”, se introducen las medidas de la máquina. El equipo va pidiendo las medidas necesarias. 3. Medición. Se mide pulsando la tecla “M” en por lo menos tres posiciones a 90 ° de giro conjunto de los árboles. El inclinómetro indica la posición exacta. En caso de obstrucciones visuales existe una función especial de lectura con °. Cualquier desalineado de los ejes es causa de que el una rotación de sólo 90 rayo reflejado se separe de su posición original en el centro del detector. Las lecturas efectuadas por el detector de estos movimientos del rayo láser entran en la computadora, que los emplea junto con las dimensiones de la máquina para calcular el desalineado de los ejes. 4. Resultados en el acoplamiento . Pulsar la tecla “ acoplamiento” para que aparezca en pantalla el desalineado en el acoplamiento, con una precisión de 0,01 mm. Se indican en vistas horizontales y verticales el desplazamiento paralelo y la angularidad en el acoplamiento. Además sirve para comprobar si la alineación está dentro de las tolerancias. 5. Corrección de los apoyos . Si la alineación está fuera de las especificaciones, pulsar la tecla de “ pie de máquina” para obtener los valores de corrección, que incluyen la compensación de las dilataciones térmicas si hay valores de desalineado intencional. 4.4. Anexo: Verificación y corrección del error de flecha radial. Calibrado de los útiles.

El error de flecha radial, está producido por la falta de rigidez del soporte del reloj comparador, que se deforma elásticamente.




Figura 10. Error de flecha radial por la falta de rigidez del soporte del reloj Si no tenemos en cuenta este error, las lecturas de un reloj comparador en unos ejes bien alineados como los de la figura 10 serían:

En ambos casos, leeríamos que el motor está “E” alto. Esto nos empujaría a bajar el motor una distancia "E", para obtener una lectura de “cero” en todas las posiciones. Con esto pensaríamos que la alineación es correcta, cuando en realidad lo que hemos hecho es un desalineamiento de valor "E". Un método sencillo para calcular la flecha radial es montar el reloj comparador sobre un eje rígido, como se indica en la figura 11 siguiente:

alineamiento

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