Universidad Rafael Landívar Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica Instalación y Mantenimiento de Equipo Ing. José Luis Mendoza
Investigación Control de la vibración y anclaje de maquinaria y equipo
Guatemala 19 de Noviembre de 2015
Oscar Fernando Herrera Poggio ............................................................... 10794-11 Gian Marco Nadalini Nadalin i Paiz .......................... ................................................ 10100-11 10100 -11 Cindy Gabriela Oliva Hurtado ....................................................... ............ 11296-11 11296 -11 José Luis Peña Liscutín ...................................................... ...................... 12274-11 12274 -11 Amaury Bogaerts ................... .......................... .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .......10051-10 Carlos Centeno .......................................................................................... 12695-10 Diego Zamora ..................................................... ....................................... 11593-11 11593 -11 Pablo López Lópe z ............................................................................................ ...................................... ...................................................... ...10831-10 10831 -10 Javier De León ........................................................................................... 10231-10 Pablo Andrés Aguilar de León ...................................................... ............ 11888-11 11888 -11 José Eduardo Beteta Gálvez ..................................................................... 10240-11 Raúl Estuardo Estuard o García Loaiza .............................................. .................................................................... ...................... 11698-11 11698 -11 Diego Alejandro Monroy Márquez ............................................................. 11940-11 Pablo Vinicio Moya Morales ................................................ ...................... 11894-11 11894 -11 Carlo Sebastián Sebas tián Rivas Larios .................................................................... .................... ................................................ 11103-11 11103 -11 Ovidio Arias ............................................... ............................................................................................... ................................................ 12344-10 12344 -10 Luis Roberto Ortiz ...................................................................................... 11074-10 Alejandro Pacay ............. .................... .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .......20213-10 Juan Pablo Romero ................................................................................... 12512-10 Juan Carlos Sáenz ............................................ .................................................................................... ........................................ 20077-10 20077 -10 Alfredo Hegel .............. ..................... ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ........... ....12632-07 Juan Manuel Enríquez Enríqu ez ............................................... .............................................................................. ............................... 11320-12 11320 -12 Jorge Váley ................................................ ................................................ 10096-12 10096 -12 Nery Castañeda ......................................................................................... 10487-11 Francisco Franc isco Müller ................................................. ....................................... 11394-11 11394 -11 Augusto Reyes ............. .................... .............. .............. ............. ............. .............. ............. .............. .............. ............. .............. ......... ..10677-11 Regina Estrada ................................................... ....................................... 10746-11 10746 -11 Jorge Gonzalez .......................................................................................... 11034-11 Gerardo Gerar do Gonzalez Gonzale z ............................................. ..................................................................................... ........................................ 12253-11 12253 -11 Eric Velasquez ........................................................................................... 11661-11 José Granados ................................................... ....................................... 10631-11 10631 -11
Contenido
1.
Introducción
2.
Objetivos
........................................................................................................................2
.............................................................................................................................2
I.
Objetivo General
II.
Objetivo Específico
3.
............................................................................................................2
Desarrollo del tema I.
........................................................................................................2
...........................................................................................................3
Normas sobre la instrumentación y sistemas de medidas
.......................................3
a.
Normas IEC:
...............................................................................................................3
b.
Normas MIL:
...............................................................................................................3
c.
Normas CISPR:..........................................................................................................3
d.
Normas UNE:
.............................................................................................................4
e.
Normas ISO:
...............................................................................................................4
II.
Norma y guía sobre la severidad de vibraciones ......................................................4 Normas ISO
III.
........................................................................................................................5
Información que el fabricante debe proporcionar sobre la máquina ...................9
a.
Datos de la máquina que deben ser proporcionados: ..........................................9
b.
Datos físicos del sistema de aislamiento que deben ser p roporcionados: ......10
IV.
Fundiciones
..............................................................................................................10
Tipos de cimentaciones
..................................................................................................11
V. Anclaje...........................................................................................................................12 Consideraciones para determinar base correcta para soportar maquinaria ...........12 VI.
Aislamiento
VII.
Nivelación y alineamiento
...............................................................................................................13 .......................................................................................14
Aspectos importantes para el alineamiento de equipos .............................................16 Alineación Mecánica
.......................................................................................................17
Nivelación de Equipos 4.
Conclusiones
5.
Bibliografía
....................................................................................................18
....................................................................................................................19
........................................................................................................................20
1. Introducción En el siguiente trabajo se explicará la normativa que existe para el análisis de vibraciones y correcto anclaje de la maquinaria a los soportes de concreto. De esta manera se puede garantizar el cumplimiento de los requerimientos mínimos para el funcionamiento de una instalación maquinaria. Estos procedimientos ayudan a garantizar la confiabilidad de la maquinaria por medio del control de vibraciones que soportará la base, así como los efectos de la fuerza que existirán sobre la misma. La importancia principal para realizar estos lineamientos es para garantizar la seguridad de la maquinaria y de las personas que se encuentren en su vecindad. Además, al garantizar una correcta instalación se puede garantizar que la maquinaria instalada funcionara de una manera correcta y no interferirá con otra maquinaria que pueda encontrarse en las cercanías. Entre las partes que deben tomarse en cuenta para la correcta instalación, está en anclaje de la maquinaria a la base. Esto debe realizarse por medio de las especificaciones del fabricante y generalmente viene asociado con el tipo de anclaje (Perno, Soldadura, etc.) y el tipo de base (Acero, Concreto, Amortiguada, etc.) que debe existir para el soporte correcto de la máquina. Finalmente, se tiene que tomar en cuenta, también, el diseño de la base incluyendo sus dimensiones y el tipo de suelo en el que se posicionará. Esto se realiza para garantizar que al finalizar la instalación, y con el tiempo, la misma se mantenga en las condiciones iniciales.
2. Objetivos I.
Objetivo General
Analizar y comprender los factores que se deben de tomar en cuenta para controlar las vibraciones y realizar un correcto anclaje de maquinaria, mediante la recolección de información en libros, manuales e internet.
II.
Objetivo Específico
Identificar la información necesaria que se debe poseer para realizar una buena instalación. Comprender la severidad que pueden llegar a tener las vibraciones de no ser controladas al momento de instalar un equipo. Determinar los elementos necesarios para poder realizar un buen aislamiento de maquinaria.
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3. Desarrollo del tema I.
Normas sobre la instrumentación y sistemas de medidas
Estas normas se refieren a las características de los equipos y sistemas de medida y adquisición, analizadores de vibraciones y sensores, empleados en la medida y análisis de vibraciones. Engloban aspectos muy diversos como calibración, pruebas de seguridad, agitación y temperatura, etc. Algunas de las normas más habituales que suelen cumplir los aparatos y sensores de medida pueden ser las denominadas como: a. Normas IEC: Millones de productos y sistemas eléctricos o electrónicos en hogares, oficinas, instituciones de salud, fábricas, espacios públicos, generación de energía, transporte y más dependen de las Normas Internacionales de IEC y de los servicios de los Sistemas de EC (Evaluación de Conformidad) de IEC. IEC es la organización mundial líder que publica Normas Internacionales globalmente pertinentes para todas las tecnologías eléctricas, electrónicas y demás relacionadas, y respalda toda forma de evaluación de conformidad y administra Sistemas de EC de tercera parte. b. Normas MIL: Las normas a utilizar son las siguientes: MIL-STD-167-1 y MIL-STD-167-2 Estas normas que datan de 1974 son un intento de proporcionar un nivel de vibración límite, como función de la frecuencia para pruebas de aceptación de maquinaria rotativa.Mil STD-167-1 cubre la vibración excitada internamente en toda clase de maquinaria rotativa con la excepción de maquinaria recíproca, y MIL-STD-167-2 cubre la maquinaria recíproca, sistemas de propulsión y flechas. Se han usado por muchos años y se consideran como pasadas. Se basan en un espectro de desplazamiento (mils pico) que es equivalente a una velocidad constante de 0-13 pulgadas por segundo (107 VdB) arriba de 1200 RPM. Esas normas siguen siendo usadas como una referencia aproximada para niveles aceptables de vibración para máquinas sencillas, de tamaño medio, como motores de bombas eléctricas, pero no se deben usar como una norma absoluta.
c. Normas CISPR:
Comité Especial Internacional de Perturbaciones Radioeléctricas (CEIPR) o CISPR por sus siglas en inglés, es una organización cuyo fin es la normalización en el campo de las interferencias electromagnéticas en los dispositivos electrónicos y dispositivos electicos. Estas dependen en cierta forma de la IEC o Comisión Electrotécnica Internacional. Básicamente determinan los límites y métodos de medición de la interferencia de radiofrecuencia RFI en distintos equipos, y por eso se dividen en varias secciones que abarcan todos los equipos. Estas se dividen en varias secciones que se encargan de normalizar ciertas medidas, las cuales son: A. Medidas de radio interferencia, métodos estadísticos y estimación de incertidumbres. B. Medidas de interferencia en equipos de uso industrial, médico o científico. Equipos de alto voltaje, líneas de alta tensión y sistemas de tracción eléctrica. C. Emisiones de motores en vehículos de combustión interna y vehículos con motores eléctricos. D. Aparatos de iluminación y domésticos. E. Límites de emisiones en alta y baja frecuencia por encima 1GHz y por de bajo de 30MHz.
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F. Equipos de tecnologías de la información, multimedia y receptores de radio y televisión.
d. Normas UNE: Entre las normas nacionales (UNE) que hacen referencia a estos aspectos, se pueden destacar las siguientes: UNE 21 328 75 (1) “Características relativas a los transductores electromecánicos
destinados a la medida de choques y vibraciones”. UNE 21 328 75 (2) “Clases de captadores de vibraciones y elementos sensibles empleados en estos captadores”. UNE 95 010 86 “Vibraciones y choques, terminología”.
e. Normas ISO:
A su vez, entre las normas ISO cabe mencionar la ISO 2954 “Vibración mecánica en maquinaria rotativa y alternativa – Requerimientos para los instrumentos de medida de la severidad de vibración”.
No obstante, es importante constatar como un número importante de aparatos de medida de vibraciones no cumple, en general, ninguna norma internacional. En la mayor parte de los casos, se confía en el renombre de ciertas marcas como garantía suficiente. Sin embargo, el cumplimiento de las normas de aparatos puede ser punto de conflicto en los peritajes.
II.
Norma y guía sobre la severidad de vibraciones
Una de las primeras herramientas, ampliamente utilizada en la industria, es la carta de Rathbone. Es una escala logarítmica desarrollada en los años 3 0 con dos escalas. Una es la frecuencia de vibración medida en hercios (Hz) y la otra en amplitudes pico de desplazamiento. Con ambos datos, se puede determinar el nivel de la vibración que va desde extremadamente suave hasta muy dura.
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Imagen No. 1: Diagrama de Rathbone, utilizado para medir la severidad de las
vibraciones. Obtenido de: http://www.incosys.co.kr/images/handbook/part1/chapter12/PIC157.gif Como desventaja se puede mencionar: EL diagrama no toma en cuenta el tipo de máquina, la potencia ni la rigidez de los anclajes, El diagrama es sólo aplicable a equipos rotativos y no a los alternativos
Normas ISO a. ISO 2372- 1974 ““Vibración mecánica de máquinas con velocidades de operación entre 10 y 200 rev/s. Bases para la especificación de estándares de evaluación”
Es aplicable a máquinas rotativas con rotores rígidos y a máquinas rotativas con rotores flexibles en los que la medida de vibración de la tapa del eje, representa el comportamiento de vibración del eje. Solamente estudia la vibración global, sin bandas de frecuencias.
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Para esta norma, se requiere estar en un rango de entre 10 Hz a 1000 Hz. Para este rango, se puede determinar las causas más comunes de vibración en una máquina rotativa: Excitaciones de carácter asíncrono por rozamientos Desbalance del rotor Excitaciones eléctricas y sus armónicos Armónicos de excitaciones asíncronas del rotor Dependiendo de la vibración admisible, se categorizan en 5 clases las máquinas rotativas: Clase I: Componentes individuales, totalmente conectados al conjunto de la máquina en condiciones normales de operación. Como pequeños motores eléctricos de hasta 15 KW Clase II: Máquinas de tamaño medio. Por ejemplo, motores eléctricos de 15 a 75 Kw o hasta 300 Kw en motores con cimentación especial. Clase III: Motores principales grandes, con cimentación rígida y pesada Clase IV: Motores principales grandes montados sobre cimentación blanda y ligera. Por ejemplo, Turbomaquinaria (equipos con RPM > velocidad crítica). A continuación tenemos una tabla donde se muestran las severidades de la vibración en relación a las RMS y a su clasificación anteriormente descrita:
Tabla No. 1: Severidad de la vibración de la máquina acorde a la clase de la misma.
(Fuente: http://goo.gl/93lPuI). La tabla anterior muestra la severidad de vibración comprendida en cuatro rangos: A. Buena. B. Satisfactoria. C. Insatisfactoria. D. Inaceptable. Para utilizar esta norma se clasifica primero la clase de máquina y, luego de haber medido el valor global (RMS) de vibración entre 600 y 60 000 CPM, se localiza su severidad en la tabla. Esta clasificación se lleva a cabo también tomando en cuenta los siguientes factores: Tipo y tamaño de máquina. Tipo de servicio que la misma proporciona o proporcionará. Sistema de soporte de la máquina. Efecto de la vibración en la máquina sobre el entorno de la misma (instrumentos, equipos adyacentes, personas, etc.).
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En términos generales, se considera que la severidad de vibración de la máquina se mantiene invariable si presenta el mismo valor global de amplitud de velocidad de vibración en el rango de frecuencias de 10 a 1 000 Hz. b. ISO 3945. “Medida y evaluación de la severidad de vibración en grandes máquinas rotativas, in situ; velocidades de operación entre 10 y 200 rev/s”
Mediante este estándar se logra clasificar la severidad de la vibración en máquinas grandes rotativas “in situ”, para un rango de velocidades de entre 600 y 1 200
revoluciones por minuto. A continuación se muestra la tabla de clasificación, aplicable para motores grandes principales, clases III y IV def inidas con anterioridad.
Tabla No. 2: Severidad de la vibración de máquinas grandes rotativas “in situ”.
(Fuente: http://goo.gl/jFBTd0). Como se puede observar en la tabla anterior, la clasificación de la severidad de vibración para la norma ISO 3945 depende de la flexibilidad o rigidez del sistema soporte que la máquina presenta: Los soportes son flexibles si la frecuencia fundamental de la máquina sobre éstos es menor que la frecuencia principal de excitación. Y por el contrario, si la frecuencia fundamental de la máquina sobre los soportes es menor que la frecuencia principal de excitación, se dice que son rígidos.
c. ISO 10810. “Vibración mecánica – Evaluación de la vibración en una máquina mediante medidas en partes no rotativas”
Esta norma recopila una serie de normas que describen los procedimientos para la evaluación de la vibración en máquinas a partir de medidas realizadas en partes no rotativas de las mismas. Este grupo de normas se presentan en cinco diferentes partes: Parte 1: Indicaciones generales. Parte 2: Turbinas de vapor y generadores que superen los 50 MW con velocidades típicas de trabajo de 1 500, 1 800, 3 000 y 3 600 RPM. Parte 3: Maquinaria industrial con potencia nominal encima de 30 kW y velocidades entre 120 y 15 000 RPM. Parte 4: Conjuntos movidos por turbinas de gas, excluyendo las empleadas en aeronáutica. Parte 5: Conjuntos de máquinas en plantas de hidrogeneración y bombeo con una potencia nominal encima de 1 MW y velocidades entre 120 y 1 800 RPM. Cada parte constituye criterios aplicables únicamente para el tipo de máquina que se menciona. El criterio general relaciona el monitoreo en condiciones de operación y el
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ensayo de aceptación de la máquina. En éste no se hace referencia a valores absolutos únicamente, sino también a valores relativos, variaciones y tendencias. Además, no solo se mencionan valores de velocidad, sino también de aceleración y desplazamiento. d. ISO 7919. “Vibración mecánica de máquinas no alternativas – Medidas en ejes rotativos y evaluación”
Una máquina rotativa que tiene una carcasa rígida relativamente y/o pesada en comparación con su masa rotativa, usualmente se considera como si tuviera un eje rotor flexible. Si éste fuera el caso, las condiciones de vibración deben ser evaluadas con un mayor grado de sensibilidad si las medidas son llevadas a cabo sobre los elementos rotativos y no sobre los componentes estáticos de la misma. Es por ello conveniente, considerar el estándar ISO 7919, antes de aplicar las ISO 2372 o la ISO 3945, presentadas con anterioridad, ya que éstas pueden no caracterizar de manera adecuada las condiciones de funcionamiento de la máquina; sin embargo, la realización de las medidas de acuerdo con lo establecido en estas dos normas sí pueden resultar útiles. La norma ISO 7919 se compone de las siguientes partes: Parte 1: Procedimientos generales para varios tipos de máquinas. Parte 2: Grandes sistemas anclados a tierra, conjuntos de turbina generadoras. Parte 3: Conjunto de máquinas industriales con cojinetes de fluidos. Parte 4: Turbinas de gas industriales con salidas de potencia mayores a 3 MW. Parte 5: Conjuntos de máquinas hidráulicas con cojinetes de película de fluidos con salidas de potencia por encima de 1 MW.
e. ISO 10817-1. “Sistemas de medida de vibración en ejes rotativos, Parte1: Señal relativa y absoluta de la vibración radial de ejes rotativos”
En este estándar se especifican las condiciones de ensayo y el procedimiento a seguir, incluyendo montaje para el soporte de la máquina, la instrumentación y el método de ensayo; basándose en el valor RMS o el valor PICO de la amplitud de vibración en velocidad medida sobre la estructura, es decir, sobre los alojamientos de los cojinetes en los soportes. f.
ISO 237 3. “Vibración mecánica en cierta maquinaria eléctrica rotativa con alturas de eje entre 80 y 400 mm – Medida y evaluación de la severidad de vibración”
Esta norma es una adaptación especial de 2372 que se aplica a motores de corriente alterna trifásica y a motores de corriente continua con alturas de eje (distancia vertical entre la base del motor y la línea central del eje) entre 80 y 400 mm. Para este caso, el criterio de severidad de vibración es el mismo que el de la ISO 2372, es decir, se mide en términos del valor RMS de amplitud de vibración en velocidad, en el rango de 10 a 1 000 HZ, cumpliendo con los requerimientos de instrumentación establecidos por la norma ISO 2954. Las mediciones son realizadas con la máquina suspendida libre (por ejemplo, suspendida o montada sobre un soporte elástico de muelles o material elastómero). El motor opera a la frecuencia nominal (para motores AC) y a su velocidad nominal. Si las máquinas presentan velocidades variables, los ensayos se llevan a cabo a diferentes velocidades de operación. Las medidas de la severidad de vibración se realizan sin carga de operación y a la temperatura alcanzada por el motor luego de un periodo suficiente de operación en situación de no carga, al menos que se establezca lo contrario.
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A continuación se presenta una tabla que establece los límites de la severidad de vibración, para varios tamaños de motor, que la norma recomienda.
Tabla No. 3: Límites recomendados de la severidad de vibración para motores eléctricos.
(Fuente: http://goo.gl/9WQWOL).
III.
Información que el fabricante debe proporcionar sobre la máquina
El fabricante debe proporcionar al usuario la información mínima para garantizar instalación y utilización correcta. Debe proporcionar información respecto a la máquina y su aislamiento. a. Datos de la máquina que deben ser proporcionados:
a. Plano de la maquinaria: Debe incluir configuración e instalación, dimensiones globales, peso total, inercia rotacional, especificaciones de localización y tamaño de pernos de anclaje o conexiones específicas para fijar la máquina o equipo, indicar la dirección de los ejes basados en el centro de gravedad y la orientación normal de la máquina con respecto al plano horizontal para indicar la dirección de choques y vibraciones. b. Excitación de la vibración: Para que la instalación y utilización de la máquina sea segura, el fabricante debe de describir las fuerzas y pares que pueden generar un movimiento oscilatorio en función de la frecuencia o el tiempo. Algunas causas de esto pueden ser: c. Fuerzas y pares inherentes y residuales en función de la frecuencia de rotación d. Acoplamientos del par de reacción e. Amplitudes y frecuencias del fenómeno de variaciones de presión de gas. f. Especificaciones particulares: Especificar conexiones eléctricas, conductos y tuberías, fuerzas y momentos externos, zonas de acceso y el sistema de refrigeración para la maquinaria con su gradiente de temperatura. g. Características eléctricas: Estas deben ir mencionadas en el plano anteriormente mencionado. Estas deben de establecer las disposiciones previstas para la puesta a tierra y otro tipo de especificaciones aplicables. h. Especificaciones particulares para la estabilidad mecánica: Brindar información acerca de los centros de gravedad y su variabilidad debido a empujes externos que estén sometidos. 9
b. Datos físicos del sistema de aislamiento que deben ser proporcionados:
a. Datos de carácter general: Suministrar información sobre el tipo de sistema, materiales, peso, nivelación, rigidez, funcionamiento, dimensiones, localización y duración. b. Comportamiento dinámico: Se debe especificar el comportamiento dinámico longitudinal y rotacional en términos de rigidez dinámica. Además, de mencionar las condiciones ambientales y los valores de carga que se utilizaron para determinar los datos de deformación bajo carga y sus respectivas tolerancias. Los parámetros que el fabricante debe tomar en cuenta son los siguientes: i. Frecuencia de resonancia en función de la carga ii. Frecuencia de resonancia en función de la amplitud iii. Frecuencia de resonancia en función de la temperatura iv. Frecuencia de resonancia en amortiguamiento c. Durabilidad: límite de duración al presentarse choques repetidos o deformaciones, datos de deformación permanente y efectos del paso del tiempo en el aislamiento. d. Condiciones ambientales: Para asegurar la utilización correcta del sistema de aislamiento el fabricante debe mencionar los sigu ientes aspectos: v. Límites de temperatura a las que puede operar correctamente el sistema de aislamiento vi. Resistencia a la corrosión o deterioro causado por humedad vii. Forma correcta de almacenamiento. e. Datos de mantenimiento: Suministrar información sobre los periodos y tipos de mantenimiento específicos para el aislamiento de la máquina.
IV.
Fundiciones
La utilización de fundiciones para el anclaje de equipo estático se puede presentar en cualquier tipo de industria. El termino equipo estático se refiere al equipo industrial que no contiene partes que se desplacen largas distancias. Para el costo de la fundición, no representa un gran problema, ya que puede ser igual a una pequeña fracción del costo de la máquina. Sin embargo un diseño incorrecto puede interrumpir la operación del equipo y ocasionar importantes pérdidas económicas para la industria, sin mencionar el desgaste del equipo. Los propósitos fundamentales de las fundiciones para el anclaje son resolver los siguientes problemas: Evitar que los movimientos del equipo no sean excesivos, ya que originarían fallas en la operación de la máquina. Que los asentamientos debidos a los efectos dinámicos se encuentren sobre los rangos permisibles. Que se disminuyan o eliminen las vibraciones transmitidas a través del suelo.
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Tipos de cimentaciones Basándose en el criterio de diseño de sus cimentaciones, estos se pueden clasificarse dependiendo del tipo estructural el cual utiliza. A. Cimentaciones tipo bloque: este consiste en un pedestal de concreto el cual soporta al quipo. Estas son usadas para maquinas que produce impactos y fuerzas periódicas de baja velocidad. B. Cimentación de tipo cajón: costa de un bloque de concreto hueco, en donde el equipo se mantiene en el interior del bloque. C. Cimentación de tipo muro: está conformada por dos puros, los cuales tienen el propósito de dar soporte a la maquinaria. D. Cimentación tipo marco: consiste en dos columnas las cuales soportan una plataforma horizontal, la cual sirve de asiento para el equipo. Son usadas para máquinas de altas velocidades y maquinaria del tipo rotatorio.
Adicionalmente se puede seleccionar el tipo de cimentación dependiendo de la frecuencia de operación del equipo. Para esto se tiene que dividir las maquinas dependiendo de su rango de velocidad.
Grupo 1. Frecuencias de bajas revoluciones: con valores de 0 a 300rpm. En
este grupo se encuentra las maquinas reciprocantes, compresores y ventiladores grandes. Para este tipo de equipo se utilizan las cimentaciones de tipo bloque. Grupo 2. Frecuencias de medias a altas revoluciones: con valores de 300 a 1000rpm. Están integradas por máquinas reciprocantes de tamaño medio. Para este grupo se recomienda las cimentaciones de tipo bloque, con ayuda de o placas elásticas como el neopreno Grupo 3. Frecuencias de muy altas revoluciones: con valores mayores a 1000 rpm. Conformadas por máquinas de combustión interna de alta velocidad, motores eléctricos y turbogeneradores. Recomienda utilizar cimentaciones de tipo bloque con placas elásticas para reducir la frecuencia natural. Para los turbogeneradores es necesario utilizar las de tipo marco, acomodando las columnas en los equipos auxiliares. 11
V.
Anclaje
Consideraciones para determinar base correcta para soportar maquinaria 1. Esfuerzo normal centrado:
Puede ser de compresión o de tracción. En el primer caso la cimentación debe soportar el propio peso de la maquinaria y transmitirlo al terreno. Es suficiente con que las dimensiones del bloque de la cimentación sean suficientes para reducir la carga unitaria a la admisible por el terreno. De hecho una maquinaria estática se apoya simplemente sobre su bancada. En caso de que la máquina transmita a la cimentación un esfuerzo normal (superficie de contacto no lisa) de tracción la cimentación deberá tener un peso al menos de 1,5 veces el de la máquina mientras que los esfuerzos deberán transmitirse mediante tirantes metálicos anclados al hormigón. 2. Momento flector
Las máquinas rotativas, las máquinas alternativas y las oscilantes pueden transmitir a la base un momento rotacional. Este momento no puede transmitirse como flexiones sino que debe trasmitirse a los anclajes como esfuerzos de tracción y compresión. Nuevamente deben tenerse en cuenta las consideraciones precedentes respecto de los puntos de anclaje ya que en este caso se verifica una compresión no uniforme que tiende a despegar la máquina de la base. Toda la superficie de apoyo deberá ser realizada con un mortero específico. 3. Momento torsor
El momento examinado anteriormente se convierte en torsora si la máquina a anclar está dotada de movimiento de rotación alrededor del eje vertical. En tal caso los pernos de anclaje ejercen sobre el mortero de relleno un esfuerzo torsor de elevada concentración en las zonas de contacto entre el acero y el mortero. 4. Esfuerzo cortante
En las máquinas alternantes de eje horizontal (sierras, etc.) se verifica el estado de solicitación cortante sobre la base. En realidad se transmite casi siempre mediante pernos de anclaje un momento flexiona. En este caso se verifican algunos pernos traccionados y otros comprimidos. El estudio de la cimentación si reconduce mediante la evaluación del máximo esfuerzo de tracción que puede verificarse en un sólo perno y debe transmitirse mediante el mortero de anclaje al bloque de la cimentación. 5. Mantenimiento
Debido a la naturaleza mineral de todos productos empleados, la durabilidad, eficacia y estabilidad de los productos aplicados es muy elevada. Por ello, estos productos no requieren un mantenimiento específico. 6. Inspección
a. Frecuencia La inspección de la reparación se realizará de forma periódica un mínimo de una vez cada cinco años, (o antes si fuese preciso) de forma visual.
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b. Comprobación En el mortero de reparación se comprobará la presencia de: · Fisuras Desagregaciones cualquier otro tipo de pérdida de cohesión interna.
c. Acción Cuando durante una inspección (periódica o extraordinaria) se detecte algún daño, la reparación del mismo deberá realizarse de forma inmediata (en un plazo no superior a dos meses) para evitar su propagación. 7. Documentación
Una vez finalizados los trabajos se creará un registro con el nombre y razón social de la empresa encargada de los mismos así como su descripción detallada (con documentación gráfica). Esta documentación se entregará a la propiedad. Asimismo se registrarán las inspecciones y trabajos mantenimiento llevados a cabo, consignando: las fechas del resultado, el nombre y razón social de la empresa que los realice así como la descripción detallada de las acciones de mantenimiento aplicadas.
VI.
Aislamiento
Uno de los factores de gran importancia a tomar en cuenta al momento de realizar cimientos de la maquinaria es la vibración que esta tiene y evitar la frecuencia natural del concreto de los cimientos de la maquinaria. Para ello es importante tomar en cuenta dos tipos de aislamientos en este caso, el activo y el pasivo, los cuales son tipos de aislamientos anti vibratorios de las cimentaciones de maquinaria. Activo: El aislamiento activo consiste en proteger al entorno y a la cimentación en que se encuentra la maquinaria de las vibraciones que e sta produce por su funcionamiento. Entre estas se pueden clasificar como: Protección de Personas contra Vibraciones Perturbadoras: En este caso es importante tomar en cuenta el bienestar en el lugar de trabajo, aumento en el rendimiento de los trabajadores y las mejores condiciones de trabajo. Protección de Edificios contra Vibraciones Perturbadoras: Es importante en cuenta la reducción de los efectos contraproducentes de las fuerzas dinámicas que actúan sobre el edificio, con el fin de prolongar la vida útil de los edificios. Protección del Entorno contra Vibraciones Perturbadoras: Se debe verificar que el aislamiento no permita la propagación de las vibraciones al entorno y así evitar que los vecinos se vean afectados. Sin embargo se debe de tomar en cuenta que la maquinaria debe de funcionar perfectamente. Pasivo: Este tipo de aislamiento protege a la maquinaria de las perturbaciones vibratorias proveniente del exterior, y de la misma manera la cimentación de esta. Para ello es importante tomar en cuenta: Protección de los Equipos Sensibles: En este ámbito es importante tomar en cuenta el buen funcionamiento de los equipos de medición o de los ensayos de alta precisión, junto con la reducción de distancia hacia la fuente perturbadora adicionando la protección antisísmica.
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VII.
Nivelación y alineamiento
En la nivelación de equipo se determinan dos puntos importantes: El desnivel que puede existir entre dos o más elementos físicos entre sí. La relación entre uno o más elementos físicos y un plano de referencia. La alineación es un proceso primordial en los equipos ya que si no se tiene ocasiona daños en el equipo. De la misma manera si se tiene una correcta alineación tienen importantes mejoras. Suponen un gran ahorro. Mayor disponibilidad y productividad del equipo Vida útil más larga para correas, poleas y cojinetes. Mejor uso de la película lubricante, menor riesgo de sobrecalentamiento. Menos fricción. Menos vibraciones. Menos riesgo de averías graves. Todas estas ventajas se consiguen solo si tiene una buena nivelación y alienación, y para tenerla existen diferentes procedimientos y técnicas de alineación. 1. Regla y nivel: es un sistema simple de alineamiento rápido. Se utiliza cuando los requisitos de montaje son poco exigentes. No so n tan precisos.
El procedimiento es el siguiente, se aproximan los ejes con los platos calados hasta la medida que especifique. Se utiliza el nivel y se sitúa en las generatrices laterales que se denominan como este y oeste. Se corrige hasta que se considere alineado. Comprobar el paralelismo de los platos midiendo en cuatro puntos distintos 90°.
2. Reloj Comparador: es un instrumento
medidor que consiste en una caja metálica que está atravesada por una varilla que se puede desplazar axialmente algunos milímetros. Cuando esta se desplaza hace girar por medio de engranes, una aguja que señalara sobre una esfera que está dividida en 100 partes, 14
el espacio recorrido por la varilla, de tal manera que una vuelta completa de la aguja representa 1mm del desplazamiento de la varilla. Cuenta con una segunda aguja que indica milímetros enteros. Existen tres métodos para emplear el reloj comprador: a. Alineación mediante reloj radial y galgas (método Brown-Boveri) b. Alineación mediante relojes radiales alternados (método indicado inverso) c. Alineación mediante cara y borde (método radial-axial) 3. Sis tem a de Ray o Láser : Son sistemas mucho más precisos y más rápidos. Hay
una gran variedad de tipos de láser, un ejemplo, consta de un láser/detector que se coloca sobre el eje de la maquina estacionaria, emite un rayo láser que dirigido al prisma que esta sobre el eje de la máquina que debe ser movida, de ahí es reflejado hacia el detector. Una vez esto está hecho un computador recibe la información del detector y suministra todos los datos necesarios para alineado preciso.
4. Alineam iento Óptic o: Este método de alineamiento está basado en una
inspección mecánica y ajuste del alineamiento de una máquina usando equipo óptico. Este se usa en aplicaciones de molinos, industria de papel, generadoras de energía, plásticos, etc. Este equipo ayuda a que la exactitud mecánica dentro de milésimas de pulgada a lo largo de distancias pueda ser obtenida. El equipo óptico utiliza telescopios de alta potencia, capaces de mostrar y medir pequeños incrementos a largas distancias. Equipos típicos incluyen teodolitos de un arco por segundo, y tránsitos para medir condiciones de alineamiento angular, rectitud y plomo. Estos instrumentos no ven directamente a la máquina sino ven puntos de referencia especializados, escalas y blancos reflectivos que son instalados contra componentes de la maquinaria que está siendo medida. Las aplicaciones más específicas son las siguientes: Nivelación de Maquinaria Línea de Referencia Alineamiento de Maquinaria Nueva
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Alineamiento Perpendicular Alineamiento de Sistemas de Transmisión
Aspectos importantes para el alineamiento de equipos Al momento de ejecutar un alineamiento, se deben tener presentes las siguientes consideraciones: 1. La velocidad de rotor: a mayor velocidad, más preciso deberá ser el alineamiento. Por ejemplo, una pequeña bomba operando a 900 rpm con un motor de 50 HP requerirá un alineamiento más tolerante que un compresor operando a 3600 rpm. 2. El tipo de acoplamiento: el tipo de acoplamiento tendrá impacto sobre el juego
en el acople y el tipo de des-alineamiento a corregir (offset o angular). 3. Número y tamaño de los anclajes del motor: el número y tamaño de los pies de
anclaje del motor determinarán el método para medir y corregir el desnivel de los pies del motor, en especial si tiene una “pata coja”. 4. Dilatación térmica: los cambios de temperatura, torque del rotor, cargas del
generador, dilatación o contracción de las tuberías y presiones de descarga, son factores que harán variar el alineamiento y que normalmente no son tomados en cuenta. 5. Tensión de las tuberías: las tensiones en las tuberías, producidas por una mala
instalación o modificación posterior en el diseño, pueden forzar a realizar cambios en el alineamiento del equipo. Estos cambios ocurren entre los rodamientos al interior de la máquina forzando condiciones de precarga en los rodamientos y podría llegar a provocar síntomas similares al desbalanceo con altas vibraciones. Es importante saber que no existe una medida definitiva para el alineamiento; la tolerancia que se pueda tener al momento de alinear un equipo depende del tipo y clasificación de la máquina. A continuación se muestra un ejemplo de las tolerancias que se pueden tener en los equipos, según su velocidad de operación: 16
Las lecturas sobre el des-alineamiento son referidas en cuatro parámetros: Offset vertical Offset horizontal Ángulo vertical Ángulo horizontal Con estos cuatro parámetros, se logran abarcar todos los puntos de referencia necesarios para una alineación adecuada. Basado en esas lecturas se ejecutan los movimientos necesarios para corregir el des-alineamiento. Nota: se recomienda primero hacer las correcciones en el plano horizontal. Alineación Mecánica Para la alineación mecánica de un equipo, es necesario que éste se obtenga el espaciamiento adecuado entre el motor y la máquina impulsada. Para ajustar la posición de los equipos, se pueden utilizar tornillos, gatos, calzas, entre otros dispositivos de alineamiento. Si esto no se hace correctamente, se puede tener desalineación angular o axial.
Es esencial que el motor y su carga estén bien alineados en las condiciones y temperaturas reales de funcionamiento. Si están bien alineados a la temperatura ambiente, pueden desalinearse en forma grave por deformación o dilatación térmica diferencial al aumentar la temperatura. Por ello, se debe comprobar la alineación después de que el motor y la maquina impulsada han llegado a su temperatura máxima con carga.
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Después de alinear el motor con la carga, se fija en su lugar con pernos de mayor tamaño posible. Es aconsejable la posibilidad de variar un poco la ubicación de los pernos de anclaje; para ello estos elementos se instalan dentro de tubos de acero enclavados en el concreto. En algunos casos para conseguir un posicionamiento correcto, se utilizarán suplementos metálicos (galgas). Una vez apretados los pernos de anclaje, verificar la perfecta nivelación, mediante el empleo de un nivel de burbuja, como se muestra a continuación:
Los motores y maquinas conectados que quedan bien alineados al instalarlos pueden desalinearse más tarde por desgaste, vibración, desplazamiento de la base, asentamiento de los cimientos, dilatación y contracción térmicas, o corrosión. Por ello es aconsejable comprobar la alineación en periodos de tiempo adecuados, según el requerimiento de los equipos. Los defectos de alineación, conducen al desgaste prematuro de los elementos elásticos de transmisión, torsiones de los ejes, calentamiento excesivo de los rodamientos y otra serie de averías. Nivelación de Equipos Nivelación
La persona encargada del área donde se encuentre la maquinaria debe colocar los calzos de nivelación, siendo responsabilidad de la persona que monte la máquina la comprobación y conservación el revisar esto. En máquinas suministradas con tornillos de nivelación se deberán usar éstos para cumplir su fin. Las bases de las máquinas se deben nivelar con reglas paralelas y niveles de precisión, en donde la nivelación debe contemplar lo siguiente: Nivelación según el eje longitudinal o paralelo al mismo Nivelación según el eje transversal o paralelo al mismo Nivelación diagonal, ambas diagonales La tolerancia debe de ser 1:1,000 a menos que el suministrador indique lo contrario Cuando la máquina se encuentre 100% nivelada y sus bases bien apretadas, se debe de notificar esto para que se compruebe la calidad del trabajo realizado. Al verificar esto se extenderá un certificado de aceptación si cumple todas las normas establecidas.
Instalación en bancada
Si en dado caso las bancadas o bases tienen taladrados los agujeros de amarre de los equipos (ya sean pasantes o roscados) se debe proceder a la alineación de las máquinas. 18
Si la bancada no tiene más agujeros que los correspondientes a la maquinaria, se debe de presentar la maquinaria conductora cuidando específicamente la alineación longitudinal y paralelismo de acoplamiento, sin tener en cuenta la elevación o altura final de la instalación. Alineación
Para las maquinas que se encuentren acopladas en línea o directas eje a eje, la alineación se deberá llevar a cabo utilizando las siguientes herramientas: Comparadores de dial (precisión de 0.01 mm) Porta comparador Juego de galgas Reglillas cortas Comprobador de interiores cara a cara del acoplamiento cuando este tenga espaciador Laminillas metálicas de distintos espesores para suplementar Las clases de errores en la alineación son el error angular, de paralelismo y el mixto: Error angular (Axial): Ejes con sus líneas de centros que se cortan en un punto. Error de paralelismo (Radial): ejes con sus líneas de centros desplazados, pero paralelos. Mixto: Es el más frecuente y es una combinación de los anteriores. Para revisar estos errores se debe de utilizar comparadores de dial correctamente instalados y soportados, y si su instalación no es posible se debe de usar galgas para el Axial y reglilla metálica para el Radial. Las tolerancias finales de estas operaciones generalmente son las siguientes: Error Angular: +- 0.04 mm en la lectura del comparador. Error de paralelismo: +-0.03 mm en la lectura de comparador correspondiente a una desviación real de +- 0.04 mm Se debe de colocar orejetas y tornillos de alineación para todas las máquinas conductoras, aquellas quedarán instaladas definitivamente.
4. Conclusiones 1. La comprensión y control de las vibraciones de los equipos que van a ser instalados es de gran importancia para poder realizar un montaje adecuado para el equipo a instalar. 2. El conocer los parámetros de trabajo del equipo facilita la realización de un buen diseño de cimentación para la instalación. 3. La nivelación y alineamiento de la máquina a instalar es de gran importancia para que no existan daños internos que puedan afectar el funcionamiento posteriormente.
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