ÍNDICE INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………... 2
1. CAPITULO I ACOPLAMIENTOS……………………………………………………2 1.1. Conceptos básicos y fundamentales de acoplamientos ………………………. 2 1.2. Acoplamientos rígidos…………………………………………………………….. 3 3 1.3. Acoplamientos flexibles …………………………………………………………….3 1.4. Acoplamientos mecánicamente flexibles ………………………………………...3 1.5. Acoplamientos elastoméricamente flexibles …………………………………….4 1.6. Fallas en acoplamientos flexibles………………………………………………...4 1.7. Solución a desperfectos por fallas del acoplamiento…………………………...4 2. CAPÍTULO II CONCEPTOS BÁSICOS DE ALINEAMIENTO………………...5 2.1. Conceptos básicos y fundamentales de alineamiento en equipos rotatorios...5 2.2. Desalineamiento ……………………………………………………………………6 2.3.Condiciones previas al desalineamiento …………………………………………6 2.4. Factores externos que afectan el alineamiento …………………………………7 2.5. Niveles permisibles de alineamiento ……………………………………………..7 2.6. Desalineamiento de ejes………………………………………………………….7 2.7. Planos y formas de desalineamiento ……………………………………………7 2.8. Tipos y formas de desalineamiento ……………………………………………...8 2.9. Apoyo desigual………………………………………………………………….....9 2.10. Desalineamiento producido por cambio térmico………………………….…10 2.11. Alineamiento de acoplamientos ………………………………………………..11 2.12. Selección de un método de alineamiento de acoplamientos …………….....11 2.13. Rellenos (lainas) ………………………………………………………………...12 2.14. Determinación del pie suave y su corrección …………………………….......13 3. CAPÍTULO III ALINEAMIENTO LASER……………………………………….13 3.1. Fundamentos y consideraciones en el alineamiento láser …………………..13 …………………..13 3.2. Método láser ……………………………………………………………………...13 ……………………………………………………………………...13 3.3. Componentes principales, ventajes y limitaciones …………………………...15 3.4. Seguridad en el trabajo con láser ……………………………………………....16 ……………………………………………....16 3.5. Clasificación del láser ……………………………………………………………17 ……………………………………………………………17 3.6. Principio de alineamiento por rayo láser ………………………………………18 ………………………………………18 4.- BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………..25
1
INTRODUCCIÓN Este material didáctico, Este capítulo analiza primero los acoplamientos y luego los principios y cuidados de alineamiento por sistema láser
ha sido preparado para ayudar a que los trabajadores, así como de actualización de los conocimientos requeridos para realizar tareas de alineamiento encomendadas. Como su nombre lo indica, el presente manual tiene por objetivo entregar conocimiento y entregar las herramientas teórico – técnicas, formas de uso del equipo, así como inspecciones pre y post alineamiento
CAPÍTULO I. ACOPLAMIENTOS 1.1 Conceptos básicos y fundamentales de Acoplamientos Los acoplamientos se usan para unir dos ejes y transmitir potencia de una fuente impulsora a una máquina impulsada. impulsada. Los diferentes modelos modelos de acoplamientos acoplamientos son: Acoplamie Acoplamientos ntos rígidos rígidos que que requie requieren ren una una posici posición ón positiv positiva a de los ejes ejes Acoplamie Acoplamientos ntos flexibles flexibles que permite permiten n una una ligera ligera desal desalinea ineación ción y juego horizonta horizontall del eje Uniones cardánicas (uniones en U) que conectan los ejes con el desalineación angular y/o descentrado. Acoplamie Acoplamientos ntos centrífu centrífugos gos que que se usan usan cuando cuando se requiere requiere que que la transmisi transmisión ón alcance alcance una una cierta velocidad antes de acoplarse. acoplarse. También se consideran consideran los embragues embragues para está función. Los acoplamientos acoplamientos se fabrican con materiales materiales ferrosos y no ferrosos. Los aceros inoxidables inoxidables y los materiales no ferrosos son usados en atmósferas corrosivas. Las condiciones de desalineación que surgen cuando se acoplan dos ejes, se ilustra en el Dibujo 1. Cuando se elige elige un acoplamiento, acoplamiento, se debe debe considerar considerar la cantidad y tipo de desalineación que puede tolerar, y cuán probable es que ocurra.
Dibujo 1 Desalineación angular, desalineación paralela (descentrado) y desalineación axial (juego horizontal)
Este capítulo analiza primero los acoplamientos y luego los principios y cuidados de alineamiento por sistema láser.
2
1.2 Acoplamientos rígidos Los acoplamientos rígidos son diseñados para conectar dos ejes en una posición fija. Sólo se pueden usar cuando: la desalineación descentrada es menor que la holgura del rodamiento no exista desalineación angular las máquinas no se calientan mientras funcionan (creando un movimiento de eje axial) Los acoplamientos rígidos pueden ser acoplamientos de manguito, bridas o abrazadera.
Acoplamientos de manguito Acoplamientos con bridas (flange)
Acoplamiento embridado con espigas y ranuras Acoplamiento de compresión
Acoplamientos con bridas de montaje Acoplamientos de abrazadera
1.3 Acoplamientos flexibles A baja velocidad, los ejes de aplicaciones de baja energía pueden ser conectados usando ejes de metal flexible y manguitos de plástico o caucho. También puede ser usados los ejes de poca rigidez en su composición. En la transmisión de la energía, los acoplamientos flexibles son usados para unir dos ejes cuando existe un desplazamiento lateral limitado o un desalineación inevitable entre ellos. NO deben usarse cuando exista un desalineación mayor. Durante el uso, un acoplamiento flexible permite los efectos de una leve desalineación axial, desarrollo térmico y vibración entre los miembros. Sin embargo, las presiones introducidas por cualquier desalineación se transfiere directamente a la máquina motriz y a la máquina conducida. Esto origina una falla prematura del equipo. Cuando se usan los acoplamientos flexibles, asegúrese que el equipo esté alineado lo más exactamente posible. Las tres categorías más comunes de los acoplamientos flexibles son: mecánicamente flexibles. elastoméricos. uniones cardánicas.
1.4. Acoplamientos mecánicamente flexibles Los acoplamientos de este tipo obtienen su flexibilidad del deslizamiento y rotación de las partes coincidentes. Las partes dentro de estos acoplamientos habitualmente requieren lubricación. Estos acoplamientos crean una transmisión positiva de energía y torsión de las máquinas de transmisión y dirigidas. Es decir, no existe juego rotatorio. Algunos de los modelos más comunes de estos acoplamientos son: mandíbula y deslizador engranaje, doble engranaje cadena grilla o rejilla metálica disco metálico
3
1.5. Acoplamientos elastoméricamente flexibles Un elastómero es una sustancia elástica como caucho natural o plásticos de caucho o sintético (polímeros). Se usan diferentes modelos de elementos elastoméricos en estos acoplamientos. Los acoplamientos elastoméricos dan baja rigidez torsional y reducen la fuerza lateral debido a la desalineación. Acoplamientos elastoméricos de mandíbula Acoplamientos de inserto flexible Acoplamientos elastomérico con abrazadera Acoplamientos de neumático con abrazadera Acoplamientos de pasador con alojamiento flexible Acoplamiento descentrado
1.6. Falla de acoplamientos flexibles Todos los ejes de transmisión rotatoria operan mejor cuando están alineados con precisión. No es recomendable usar acoplamientos muy flexibles en lugar de ensamblar cuidadosamente ejes de transmisión. Una desalineación excesiva puede destruir los acoplamientos flexibles así como el equipo acoplado. El acoplamiento flexible puede actuar como fusible: cuando existe un problema, falla antes que las partes más costosas y permanentes de la línea de transmisión. No se debe confiar en esto si la falla es peligrosa como la de una grúa o un ascensor. En estos casos, el freno debe estar entre el acoplamiento y la carga.
1.7. Solución a desperfectos por falla del acoplamiento Cuando se investiga la falla del acoplamiento, revise el equipo y el elemento flexible cuidadosamente y estudie las mazas cuidadosamente también. La Tabla 1 de la página siguiente muestra algunos síntomas y posibles causas. Si estos síntomas no se presentan, analice el miembro flexible de posibles señales de sobrecarga o desalineación. Puede ser necesario devolver el acoplamiento dañado al fabricante con su historia de rendimiento para encontrar la posible causa. Tabla 1: Solución a desperfectos de fallas del acoplamiento flexible Síntoma principal Síntomas secundarios Posible causa Diámetro interior de maza Marcas de fuerza marca en el El diámetro interior era muy fracturada muestra marcas de exterior pequeño para el eje y fue rozadura forzado El metal laminado se La maza fue torsida desprende en el diámetro rotativamente cuando se interior y marcas de martillo en instaló el exterior El chavetero de la maza está El chavetero se extendió sobrecarga o frecuente alta deformado radialmente en sólo una torsión de arranque dirección de rotación El chavetero se extendió en Mal ajuste de la chaveta para 4
Marcas internas en el diámetro interior Diámetro interior, orificios del chavetero de los pernos de conexión muestran ondulaciones Elongación o desgaste de las horquillas periféricas, orificios de los pernos y punto de enganche
ambas direcciones de rotación Sólo una parte de la longitud de la chaveta está deformada Anillos de grasa, suciedad, óxido o corrosión
la carga en reversa Una chaveta corta o chaveta deslizada La maza no fue acoplada con el eje en toda su longitud Vibración torsional Excesivo desalineación o vibración torsional Carga pesada, no controlada (carga de vibración)
Uniones cardánicas Acoplamientos centrífugos
Acoplamientos de fluido
CAPITULO II: CONCEPTOS BÁSICOS DE ALINEAMIENTO 2.1. Conc eptos b ásico s y fund amentales d e alineamien to en equip os ro tatorio s.
Las unidades de máquinas generalmente se instalan con sus ejes paralelos, a un ángulo de 90º, o en línea uno con el otro. Los ejes se alienan de manera precisa para permitir que las máquinas y sus componentes trabajen de manera pareja, incrementando así su vida útil. Las máquinas y sus componentes se alinean por medio del ajuste de sus posiciones hasta que ellas presenten una relación de alineación aceptable. Componentes como los engranajes, las poleas acanaladas, las ruedas dentadas, los flanges, las uniones, las manivelas y las piezas coincidentes, etc., deben estar alineadas en el momento de su instalación. Las revisiones adicionales de la alineación se realizan a intervalos regulares de servicio, y después del mantenimiento de la mayoría de las máquinas. En casi todas las nuevas instalaciones de maquinarias, la unidad primaria se identifica e instala primero. La unidad primaria se alinea contra puntos de referencia o líneas como los ejes centrales o marcas en los bancos. Todas las otras unidades de máquinas y componentes que comparten un relación común están alineadas con la primera unidad, o con unidades que hayan estado previamente alineadas a la unidad primaria (ver Dibujo 20). Muy a menudo las unidades de máquinas que están alineadas con la unidad primaria son unidades motrices, tales como las unidades generadoras y unidades de transmisión. En este capítulo el término unidad motriz se aplica a la unidad alineada. Existen también unidades con transmisión de poleas y correas en V, estas unidades pueden alinearse con equipos láser.
5
Dibujo 2 Alineamiento de unidades rotatorias
El procedimiento de alineación empleado y el grado de precisión de la alineación usualmente dependen del los tipos de componentes que conectan las unidades. Los ejes en-línea (ejes coaxiales) usualmente se ajustan con acoplamientos y son alineados empleado un procedimiento conocido como alineación por acoplamiento . Este procedimiento determina el alcance de la desalineación y la corrige. Los detalles sobre los procedimientos de alineación de otros componentes se analizan en los capítulos dedicados a esos componentes. 2.2. Desalineamien to.
Es la causa que tal vez supere la mitad de los problemas vibracionales de maquinaria rotativa, se presenta cuando los ejes de giro de 2 partes que se acoplan no coinciden. El desalineamiento puede ser angular, paralelo o una combinación de ambos Las causas más comunes de desalineamiento son: • Defecto de acoplamiento de máquinas durante el montaje • Expansiones térmicas en el proceso de trabajo • Fuerzas transmitidas a la maquina desde tuberías y miembros de soporte • Fundaciones irregulares o que han cedido. • Bases débiles 2.3. Cons ideracio nes prev ias al alineamiento 1. Definir el conjunto de máquina 2. Instalar pernos de ajuste de posición 3. Disponer de calzas ó shims 4. Realizar la nivelación de la máquina 5. Revisar pies cojos o soft foot 6. Revisar excentricidades 7. Comprobar desplazamiento axial 8. Comprobar tensión de tuberías 9. Considerar crecimiento térmico 10. Prever el recorrido de la máquina
6
2.4. Factores extern os q ue afectan el alineamiento 1. Fundación y capacidad portante 2. Grouting de precisión 3. Skid y pernos de anclaje 4. Acoples 5. Acople de máquinas de diferente tipo 6. Tolerancia eje agujero inadecuada. 2.5. Niveles permis ibles de alineamiento Dependen de la velocidad de giro, se sugieren: Velocidad
Velocidad
1500 rpm
3000 rpm
Offset (paralelo)
Excelente 0.06
Excelente 0.03
(mm) gap (angular)
Eceptable 0.09
Aceptable 0.06
Excelente 0.05
Excelente 0.03
(mm/ 100 mm D)
Aceptable 0.07
Aceptable 0.04
2.6. Desalineam iento de eje La desalineación es la condición en la que los ejes centrales de dos ejes coaxiales no forman una línea recta. La desalineación pueden provocar un acortamiento de la vida del rodamiento, daños en los acoplamientos, altos niveles de vibración, reducción de la vida del sello, aumento de los tiempos de parada y el incremento de los costos de realineación.
Las dos condiciones de desalineación son la desalineación angular y la desalineación paralela. También estas condiciones a menudo se presentan juntan. Se corrigen por medio de ajustes tanto vertical como horizontal. 2.7. Planos y formas del desalineamiento Para resolver exitosamente un problema de desalineación, el mismo tendrá que resolverse en dos planos , el vertical y el horizontal. Esto quiere decir que las desalineaciones se dividen por sus efectos horizontal y vertical.
El Dibujo 21a muestra la desalineación angular en los planos vertical y horizontal. La desalineación vertical se muestra en una vista frontal y la alineación horizontal en una vista en planta. El Dibujo 21b muestra una desalineación paralela en similares vistas frontal y de planta.
Dibujo 3 Desalineaciones en los planos vertical y horizontal
7
La alineación en los planos horizontal y vertical se realiza separadamente para evitar confusión y error. Es una práctica normal realizar primero la alineación vertical ya que es más fácil alterar la alineación horizontal cuando se están realizando los ajustes verticales. La desalineación vertical se corrige agregando ó retirando rellenos por debajo de las patas de la unidad de máquina a alinear. La dilatación térmica, el grosor de la película de aceite, el juego de los rodamientos y la deflección de la base pueden afectar la alineación vertical (tanto angular como paralela). La desalineación horizontal se corrige ajustando la posición de la unidad sobre su base. El uso de tornillos de alineación (tornillos elevadores ó gatos) facilita este trabajo. 2.8. Tipos y fo rmas del desalineamiento Desalineamiento ang ular La cara es la parte del acoplamiento que está en ángulo recto con la línea longitudinal del eje. En caso de desalineación angular, las caras de los acoplamientos no son paralelas. Las líneas longitudinales de los ejes tampoco están en paralelo (parecen estar dobladas). Esto también se llama desalineación de cara, Ver Dibujo 4 Dibujo 4 Desalineación descentrada(de cara)
La desalineación angular horizontal se corrige mejor con tornillos de alineación (gatos). Cuando los tornillos se ajustan manualmente, ellos producen la alineación de la transmisión. La desalineación angular vertical se corrige con rellenos de un grosor apropiado insertados debajo de la base de la transmisión.
8
Desalineamiento paralelo
En la desalineación paralela, las líneas medias de los ejes son paralelas, pero no están en línea. Esto también se conoce como desalineación periférica o desalineación paralela. Ver Dibujo 5. Dibujo 5 Desalineación paralela (de bordes)
La desalineación paralela horizontal se corrige mejor con tornillos elevadores que empujan la transmisión desde un lado. Tanto los delanteros como los traseros tienen la misma cantidad de ajuste. La desalineación paralela vertical se corrige con las mismas cantidades de rellenos debajo de la base de la unidad de transmisión. Desalineación com binada En la mayoría de los casos, la desalineación paralela y la angular coexisten (Ver Dibujo 6). Empleando variaciones de procedimientos de alineación de acoplamientos se puede corregir cada desalineación separadamente. Sin embargo, es más eficiente corregir ambas al mismo tiempo. Dibujo 6 Alineación angular y descentrada
2.9. Apoyo desigual El apoyo desigual se presenta cuando el peso de una máquina no está distribuido equitativamente sobre los elementos de apoyo. La máquina no descansa firmemente sobre su base (pie). El apoyo desigual es unas de las principales causas de la desalineación del eje. Puede crear esfuerzo sobre la caja de la máquina y ovalar los orificios del rodamiento.
El apoyo desigual puede estar dado por una o más de las siguientes causas: mal fresado del pie suciedad debajo de la fundación de la máquina pernos de anclaje incorrectamente apretados durante la cimentación diseño de la base no es adecuado deficiente procedimiento de nivelado la vibración de la máquina afloja los pernos de anclaje cimentación y fraguado deficientes las secciones de la máquina fueron mal ensambladas corrosión en la base o pie de la unidad de máquina Apoyo desigual normal y angular Existen dos tipos de apoyo desigual: el normal y el angular (ver Dibujos 7a b, y c).
El apoyo desigual normal es la magnitud de separación pareja entre un pie de una máquina y la base o placa de asiento.
9
El apoyo desigual angular es la separación angular o irregular entre el pie de una unidad de máquina y la base o placa de asiento. Un buen ajuste entre el pie y la base significa que debe de existir un contacto plano. No debe existir ninguna separación entre la placa de asiento y el paquete de rellenos. Además, la separación entre el pie y el paquete de rellenos debe ser inferior a 0,025 mm (0,001”).
Dibujo 7 Apoyo desigual
Dibujo 7. Formas de apoyos desiguales 2.10. Desalineam iento pro du cid o po r c amb io té rmic o
Las diferencias en la dilatación o contracción térmica entre las unidades de máquinas motrices y propulsadas durante la operación producen una desalineación excesiva. Esto sucede en las unidades generadoras de turbinas a vapor. Debido a que la turbina está expuesta a considerables aumentos de la temperatura durante su funcionamiento, el eje se ubica más bajo que el de la unidad propulsada en su estado estacionario. El fabricante del equipo ofrece generalmente información sobre el cambio de la magnitud térmicos. Esta información también puede obtenerse en los manuales técnicos y otras fuentes. Los cambios de la magnitud térmica pueden determinarse, además, por medio de instrumentos de medición como pueden ser de láser o referencias fijas. Ellos registran los cambios de la magnitud real cuando se alcanzan las temperaturas normales de funcionamiento.
Alineamiento en frío Cuando se dispone de información sobre el cambio de la magnitud térmica, la desalineación premeditada de la unidad motriz en la cantidad requerida produce resultados satisfactorios. Algunas compañías usan equipos de análisis de la vibración cuando alinean las transmisiones que están expuestas a variaciones térmicas. El análisis de las lecturas obtenidas puede ayudar a determinar la mejor posición de la alineación en frío para la transmisión.
10
Alineamiento en caliente Para realizar la alineación en caliente, la máquina se lleva a su temperatura de funcionamiento y se detiene. Se revisa entonces la alineación (empleando métodos estándares) antes de enfriarla. Generalmente se acepta que esta revisión en caliente produce resultados no confiables en la alineación de una maquinaria. Un método más confiable requiere del cálculo de los cambios térmicas y desalinear premeditadamente el equipo a temperatura ambiente (la temperatura de los alrededores) 2.11. Alineamiento de aco plamiento La alineación por acoplamiento es el procedimiento que produce la alineación de dos ejes coaxiales. El nombre implica que el objetivo principal es la alineación de las caras de los acoplamientos. Sin embargo, el objetivo real es lograr la alineación de las líneas medias de los ejes. Los acoplamientos más flexibles pueden tolerar grados muy significativos de desalineación. Sin embargo, los ejes deben estar alineados con la mayor precisión posible para garantizar una vida máxima de servicio de los rodamientos, los acoplamientos y de la propia máquina. Una pobre alineación puede resultar en: un incremento de las cargas sobre los rodamientos y fittings deflexión de los ejes los patrones de vibración que se transmiten a través de la máquina producen desgaste. La desalineación de los acoplamientos es una de las principales causas de alta vibración. El análisis de la vibración es un método reconocido para establecer las tolerancias aceptables de desalineación. 2.12. Selección d e un mé tod o de alin eamiento de aco plam iento s
Las alineaciones de acoplamiento en máquinas de gran tamaño puede ser difícil. El procedimiento de alineación de acoplamientos seleccionado depende de los siguientes factores: velocidad del equipo herramientas disponibles tiempo disponible política corporativa condición de la máquina y su base uso al que fue destinada la máquina especificaciones de alineación (tolerancias)
Métodos de alineación Los métodos utilizados en la alineación de acoplamiento son: alineación aproximada empleando la regla recta y una lamina calibradora (feeler) cuadrante de borde y cara cuadrante transversal método gráfico cuadrante de lectura inversa láser
11
Cualquiera que sea el método seleccionado, observe todas las precauciones de seguridad. ¡PRECAUCIÓN! Está prohibido subir a la máquina o pararse sobre las tuberías u otros componentes de la máquinas. Siempre elija el andamiaje adecuado desde donde trabajar.
2.13. Relleno s (lainas)
Los rellenos son placas metálicas, plásticas de forma plana, fabricados con precisión. Ver Dibujo 8. Pueden fabricarse en un taller o pre-cortarse. Se instalan bajo el pie de montura de la unidad motriz para alinearla en el plano vertical. Los rellenos se instalan generalmente en paquetes para permitir el preciso ajuste de esa alineación.
Dibujo 8 Cuatro tipos de rellenos pre-cortados
Rellenos pre-cortados Se recomienda el uso de los rellenos de acero inoxidable pre-cortados para motores. Aunque su costo inicial es mayor que el de los paquetes de relleno de bronce, se pueden utilizar más rápidamente ya que no necesitan cortarse o rebajarse. También producen menos inexactitudes en la alineación. Los rellenos pre-cortados están disponibles en grosores estándares a partir de 0,001” hasta 0,125” y a tolerancias de grosores garantizados . Están disponibles en cuatro tamaños estándares (clases). Clase A que miden Clase B que miden Clase C que miden Clase D que miden
2” x 3” x 4” x 5” x
2” 3” 4” 5”
Siempre utilice la clase (tamaño) de relleno que cubre la mayor área del pie, ofreciendo así máximo apoyo, y recuerde el ancho de la ranura. Después de la alineación, regrese todos los rellenos no utilizados a sus correspondientes cajas. Si los rellenos se mezclan pueden producir confusión en otras tareas de alineación. Uso correcto de los rellenos Para disminuir el efecto de resorte causado por los rellenos que se están montando, siempre utilice la menor cantidad de rellenos para darle al grupo de relleno el grosor necesario. Esto se logra utilizando los rellenos más gruesos que estén disponibles. Cuando inserte los rellenos, realice lo siguiente:
Ponga el relleno más grande en la parte inferior, el segundo más grande en la parte superior y el relleno mas delgado en medio de los otros dos. Si la selección lo permite, use solo tres rellenos para lograr la elevación 12
Mantenga los rellenos bien apilados debajo del pie de montura para que el peso de la máquina se distribuya uniformemente sobre la base. Los paquetes de rellenos no deben moverse manualmente cuando los pernos estén apretados Desbaste las esquinas agudas y rebabas. Los rellenos no desbastados fabricados en el taller son peligros y lucen poco profesionales. Las rebabas también pueden producir un apoyo desigual. 2.14. Determinac ión de pie suave y su c orrecc ión La desalineación de apoyo desigual puede identificarse y corregirse antes de tratar de alinear la unidad de máquina. Muchos juegos de alineación por láser incorporan procedimientos que permitirán no solo identificar el apoyo desigual, sino que también calculan la corrección por relleno requerida. Sin embargo, el mecánico de planta debe decidir el tipo de apoyo desigual utilizando métodos que emplean calibradores de cinta o indicadores de cuadrante.
CAPÍTULO III. ALINEAMIENTO LASER 3.1. Fun dam entos y co ns ideracio nes en el alineamiento láser Durante muchos años, los técnicos de mantenimiento industrial han alineado los ejes utilizando ya sea unas galgas ó un comparador de carátula. Pero para muchos Técnicos, la tecnología láser está reemplazando rápidamente las herramientas más antiguas y convencionales.
El alineamiento por medio de rayo láser se esta volviendo cada vez más popular simplemente porque es más precisa que los otros métodos de alineamiento. Y un alineamiento preciso se traduce, con frecuencia, en vida más larga de las partes, operación más confiable, reducción del ruido, la vibración y ahorros en energía que superan el costo de los equipos láser. Una vez que el técnico se familiariza con los procedimientos de alineamiento por medio de rayo láser, el método es más rápido y más fácil que los métodos convencionales. El método de alineamiento por láser es el más preciso que los otros métodos como el de galgas y reloj comparador, debido a que es más confiable en su lectura y forma de calcular las lainas de corrección y con frecuencia requiere menos de la mitad del tiempo que el método del comparador de carátula. Los cálculos se hacen en un computador portátil y se elimina la necesidad de hacer las lecturas en el comparador de carátula. El equipo láser es más fácil de sujetar a la máquina y se eliminan los dispositivos de barras extensoras y los problemas del movimiento de estos elementos para tomar las medidas, y tal vez lo mejor de todo, los equipos de alineación por medio de rayo láser funcionan sobre ejes acoplados ó que apenas se van a acoplar. 3.2. Mé to d o láser Con el advenimiento de la tecnología láser, se pueden lograr alineamientos con altos niveles de precisión y sin tener que preocuparse de la deflección en el fijador (soporte, abrazadera) del indicador de cuadrante.
Un sistema de alineamiento laser utiliza un diodo láser para producir un haz láser recto. Estos haces pueden ser visibles o invisibles al ojo humano. Estos sistemas están disponibles en juegos pre-empacados a través de múltiples distribuidores. La mayoría de los sistemas viene junto a una computadora de diseño especial, un transmisor de haz y unidades detectoras, fijadores (soporte, abrazaderas) de eje, manual de instrucción y varios cables y accesorios.
13
¿Qué es un láser?
L ight A mplification by S ttimulated E mission of R adiation (Amplificación de la Luz por Emisión Estimulada de Radiación)
“MUY IMPORTANTES: NUNCA TRABAJE SOBRE EJES Ó ACOPLES SIN HABERLOS PRIMER BLOQUEADO TOTALMENTE”
Un láser es un dispositivo electrónico que produce un rayo de luz intensa conocida como luz coherente.
Dibujo 9 Emisión láser
La luz láser tiene varias propiedades que la hacen diferente de la luz normal. La luz de una bombilla, por ejemplo, se esparce a medida que viaja. La luz láser, por el contrario, viaja en un rayo paralelo y se esparce muy poco. Además, la luz blanca es una combinación de muchos colores diferentes de luz los cuales tienen, cada uno, diferentes longitudes de onda. A la luz láser se le han filtrado todas las longitudes de onda exceptuando una. Dichas longitudes de onda son paralelas y se complementan entre sí haciendo más poderoso el rayo. Esto es lo que se conoce como luz coherente. Dado que el rayo es tan intenso, exponerse a el puede lastimar la piel y los ojos. El mayor riesgo es para los ojos. Las precauciones que se deben tomar dependen de l clase de láser que se está usando. Los rayos láser se clasifican de acuerdo con su poder y los riesgos potenciales. Existen cuatro clases de haces de láser: Clase I (Invisible) Clase II (Visible) Clase III Clase IV Los haces láser Clase I no requieren de ninguna protección de seguridad especial, tales como anteojos protectores ó barreras durante el proceso de alineamiento. Sin embargo, no se recomienda mirar directamente el haz láser sin protección.
14
Los pasos cambian con cada sistema. Se deben observar las instrucciones del fabricante para obtener resultados c onfiables .
Todos los equipos láser que se comercializan en la mayoría de los países requieren la identificación en el equipo y deben indicar la clase de láser que utilizan. Normalmente los equipos láser para alineación de ejes son de Clase I y Clase II. Los láser de Clase I no producen a los humanos riesgos conocidos. El láser Clase I emite un rayo de muy poca energía, que puede ser visible ó invisible. Los láser Clase II producen una luz visible y brillante que no produce efectos cuando el contacto con los ojos es momentáneo. La luz de los láser Clase II es tan brillante que la reacción de adversión natural hará que la persona mire hacia otro lado o parpadee cada cuarto de segundo, lo cual no es tiempo suficiente para que resulte en un daño permanente de la vista. Aunque en algunos casos se requiere usar protección especial para los ojos cuando se utilizan láser Clase II, normalmente no es necesario para los procedimientos de alineación de ejes. Los láser Clase III y Clase IV representan un riesgo para la piel y para los ojos. Se debe utilizar un equipo protector cuando se opera con ellos. Sin embargo, los equipos láser para alineación no tienen láser de Clase III o Clase IV. Los equipos de alineación por láser utilizan láser de Clase I o de Clase II. Existen cuatro normas básicas de seguridad para estas clases de láser: 1. Nunca mire directamente el rayo láser. Cuando trabaje con equipos láser, usted debe colocar su cuerpo de tal forma que no quede mirando directamente el rayo o haciéndole seguimiento con la vista. 2. Evite las reflexiones del rayo láser en superficies brillantes. El rayo puede se reflejado desde el reflector de prisma, o un vidrio hacia la pintura brillante o aún a las superficies de herramientas cromadas. 3. Limite el alcance del rayo láser. Cuando estén girando los ejes con el equipo láser funcionando, siempre haga girar las ópticas al tiempo para que éstas contengan el rayo. Nunca opere el rayo láser con solo una cabeza óptica puesta en su sitio. Un rayo láser no controlado podría lastimar accidentalmente a una compañero de trabajo que está cerca. 4. Lea las instrucciones del fabricante. Usted debe estar familiarizado con las instrucciones específicas y con las señales de precaución que tenga el equipo. 3.3. Com po nentes prin cip ales, ventajas y lim itacion es del láser: 1. Medio activo para la formación del láser 2. Energía bombeada para el láser 3. Espejo reflectante al 100% 4. Espejo reflectante al 99%
15
5. Emisión del rayo láser
Dibujo 10 Componentes de un has de láser
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 m ayoría 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.
Limitaciones de la alineación láser 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. 3.4. Segu rid ad en el trab ajo c on láser Protecc ión ocu lar co ntra rad iacion es láser El número de lesiones oculares y cutáneas, causadas por radiaciones accidentales de láser, está aumentando debido al creciente uso de lásers en aplicaciones industriales, quirúrgicas y científicas
El funcionamiento del láser queda descrito por su propio nombre. El término LASER está formado por las iniciales de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, es decir una, Amplificación de la Luz por Emisión Estimulada de Radiación. Los láseres pueden emitir radiación desde la región ultravioleta hasta la región de infrarrojos lejanos, dependiendo del tipo de láser y de la función para la cual está diseñado. Para comprender el funcionamiento de un equipo láser y las consecuencias en términos de daños oculares que la radiación pueda tener para los operarios, es preciso conocer el espectro electromagnético.
16
Dibujo 11 Espectros electromagnéticos
La banda de radiación óptica visible por el ojo humano es el intervalo de longitudes de onda comprendidas entre 380 nm y 780 nm. La radiación de la parte perjudicial de la luz azul se encuentra en la banda espectral visible. Su intervalo de longitudes de onda está comprendido entre 400 nm y 480 nm. La radiación infrarroja es la radiación óptica cuyas longitudes de onda son superiores a las de la radiación visible. Para la radiación infrarroja, la banda entre 780 nm y 1 mm, se divide generalmente en: 3.5. Clas ifi cac ión de láser (EN 60825)
Los productos láser se agrupan en cuatro clases generales para las que se especifican los límites de emisión admisibles (LEDs). Láser Clase I
Sistemas láser que no pueden emitir radiación en exceso de los niveles máximos de exposición permitidos.
Daño Ninguno
Riesgo Ninguno
Medida de control Etiquetas de peligro Carcasa protectora
Clase II
Clase IIIa
Láseres emisores de luz visible que no tengan suficiente potencia para producir daños por accidente, pero pueden producir daños por una observación directa del haz durante un período superior a 0,25 segundos Láseres emisores de luz visible que no producen daños por observación indirecta, pero dañan la
Etiquetas de peligro
Ocular
Ocular
Crónico para exposiciones de 1.000 segundos Indicadores de funcionamiento
Crónico para exposiciones mayores de
Gafas de protección Controles de ingeniería
17
retina si se focalizan dentro del ojo
0,25 segundos Gafas de protección Controles administrativos Señales de peligro Controles de ingeniería
Clase IIIb
Láseres que pueden producir daños por accidente si se observa directamente el haz o sus reflexiones en distintas ópticas
Gafas de Peligro agudo protección en contacto con Cutáneo el haz Controles administrativos Ocular
Señales de peligro Controles de ingeniería Clase IV
Sistemas láser que producen daños graves, por incidencia directa, indirecta ó reflexión difusa, en los ojos y la piel.
Peligro agudo Gafas de en contacto con protección el haz ó con su Cutáneo radiación difusa Controles administrativos Ocular
Señales de peligro Dibujo 12 Tabla comparativa de daños aculares, según tipo de láser
Cómo afecta la radiación al ojo hum ano El cuadro muestra las distintas radiaciones con sus respectivos intervalos de longitud de onda y las lesiones que pueden causar al ojo humano. 3.6. Princip io del alin eamiento po r rayo láser 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. Soporte 2. Cabezas Ópticas 3. Computador portátil.
18
Dibujo 13 Equipo básico de alineación láser
Los soportes 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.
Dibujo 14 Soportes de cabezales
El computador 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.
19
Dibujo 15 Computador
Veamos ahora 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.
Dibujo 16 Cabezales ópticos
Si se utiliza un rayo láser, la cabeza óptica que con tiene 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, conoc ida 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.
20
Dibujo 17 Transductor
El reflector de prisma es montado sobre el eje la unidad conductora. Este refleja el rayo láser hacia el transductor.
Dibujo 18 Reflector de prisma
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.
21
Dibujo 19 Emisor-receptor
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.
Dibujo 20 Emisor-receptor
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 mayor iteraciones y mejorar el cálculo.
22
Dibujo 21 Giro de ejes en equipo láser
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.
Dibujo 22 Inclinómetro
23
Segurid ad en u so de equ ipo láser
Como cualquier trabajo, la seguridad es el aspecto más importante de la alineación por láser. Si no se siguen ciertas normas de seguridad, usted o un compañero de trabajo pueden resultar lastimados. Segundo, existen precauciones específicas que se deben seguir cuando se trabaja con equipos láser.
Procedimiento rápido de alineamiento de equipos rotatorios. Paso 1.
Paso 2
Paso 3.
Paso 4
Paso 4.
Paso 5.
24
Paso 5
BIBLIOGRAFÍA: www.um.es/LEQ/laser/Ch-9/F9s1t1p1.htm www.um.es/LEQ/laser/Ch-6/F6s4p9.htm www.um.es/LEQ/laser/Ch-6/F6s2t1p1.htm www.pruuftechnik.com www.ispjae.cu/centros/ceim/ceim.htm
25
